ГОСТ Р 57939-2017

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КОМПОЗИТЫ ПОЛИМЕРНЫЕ

Инфракрасная спектроскопия. Общие принципы

Polymer composites. Infrared spectroscopy. General principles

     

ОКС 13.220.40

Дата введения 2018-06-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" совместно с Автономной некоммерческой организацией "Центр нормирования, стандартизации и классификации композитов" при участии Объединения юридических лиц "Союз производителей композитов" на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 497 "Композиты, конструкции и изделия из них"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 5 декабря 2017 г. N 1878-ст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к стандарту АСТМ E334-01(2013)* "Стандартная практика общих методов инфракрасного микроанализа" (ASTM E334-01(2013) "Standard practice for general techniques of infrared microanalysis", MOD) путем включения дополнительных положений, фраз, слов, ссылок, показателей, их значений и/или внесения изменений по отношению к тексту применяемого стандарта АСТМ, которые выделены курсивом**.

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей.

** В оригинале обозначения и номера стандартов и нормативных документов приводятся обычным шрифтом, кроме отмеченного в разделе "Предисловие" знаком "**". - Примечания изготовителя базы данных.   

Объяснения причин внесения технических отклонений, а также оригинальный текст модифицированных структурных элементов стандарта АСТМ приведены в дополнительном приложении ДА.

Разделы (подразделы, пункты), не включенные в основную часть настоящего стандарта, приведены в дополнительном приложении ДБ.

Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой указанного стандарта АСТМ E334-01(2013) приведено в дополнительном приложении ДВ.

В настоящем стандарте исключены ссылки на стандарты АСТМ E168, АСТМ E573, АСТМ E1642 и АСТМ E2106, так как они носят справочный характер.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного стандарта АСТМ для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

Сведения о соответствии ссылочных национальных и межгосударственных стандартов стандартам АСТМ, использованным в качестве ссылочных в примененном стандарте АСТМ, приведены в дополнительном приложении ДГ

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Октябрь 2019 г.

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации"**. Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

     1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие требования к анализу полимерных композитов методом инфракрасной спектроскопии. Особое внимание уделено особенностям анализа микрообразцов.

Настоящий стандарт может быть также применен к анализу других материалов, таких как чистые органические и неорганические вещества и их смеси, полимерные материалы (как реактопласты, так и термопласты), а также компоненты для их производства, включая смолы, отвердители, ускорители, пластификаторы и прочие.

Более полные сведения по конкретным методам анализа приведены в ГОСТ Р 57941 и ГОСТ Р 57988.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 27176 Приборы спектральные оптические. Термины и определения

ГОСТ Р 57941 Композиты полимерные. Инфракрасная спектроскопия. Качественный анализ

ГОСТ Р 57988 Композиты полимерные. Термогравиметрический анализ, совмещенный с анализом методом инфракрасной спектроскопии (ТГА/ИК)

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

     3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 27176, а также следующий термин с соответствующим определением:

3.1 световой конденсор (beam condenser): Специализированное приспособление, предназначенное для анализа микрообразцов диаметром 2,0 мм или меньше.

     4 Особенности анализа микрообразцов

4.1 Общие положения

Методы спектроскопии, используемые для изучения микрообразцов, как правило, являются модификациями аналогичных макрометодов. Особой проблемой микроанализа является сильное воздействие загрязнителей. Например, незначительные примеси в растворителе могут стать основными компонентами осадка, остающегося после испарения растворителя. Вещества, извлекаемые из материалов для тонкослойной хроматографии, из бумаги, используемой в бумажной хроматографии, и других твердых адсорбентов, могут содержать примеси, требующие особенно внимательного отношения. К значительному загрязнению может приводить также неподвижная фаза для газовой хроматографии. При интерпретации результатов микроанализа необходимо учитывать эти факторы, а также другие источники загрязнения. Вероятность получения ошибочных результатов можно минимизировать, используя чистые реактивы, соблюдая осторожность при обращении с образцами, а также регулярно используя контрольные пробы при разделении и последующей регистрации спектров.

4.2 Использование компьютерной обработки

В компьютеризированных дисперсионных спектрометрах или инфракрасных спектрометрах с преобразованием Фурье для повышения наблюдаемого отношения сигнал-шум слабых полос и повышения чувствительности используют компьютерные процедуры многократного сканирования, усреднения сигнала, вычитания спектров и растяжки по ординате. Вычитание спектров используют также для устранения интерференционных полос из спектра образца, что позволяет понизить предел обнаружения.

4.3 Использование экранирующих диафрагм

Отверстие держателей образцов, применяемых при микроспектроскопии (без использования инфракрасного микроскопа), обычно меньше ширины луча образца. Из-за таких небольших размеров диафрагм необходимо принимать меры для получения спектров наилучшего качества, а применяемые методы будут зависеть от типа используемого спектрометра. Обычно существенно улучшить результаты удается при использовании приспособления для уменьшения диаметра светового пучка (см. 4.4).

При использовании двухлучевого дисперсионного спектрометра, не снабженного компьютером, луч сравнения также необходимо ограничивать до соответствующей диафрагмы. Это можно сделать с помощью непрозрачного листа из плотного материала с отверстием подходящего размера, а также специальных шторок или ослабителей. Ослабление луча сравнения влияет на характеристики измерительного прибора, поэтому для получения надежных спектров при менее высоких уровнях излучения необходима соответствующая регулировка параметров прибора (т.е. увеличение ширины щели или повышение усиления). Чувствительность можно повысить с помощью растяжки по ординате, доступной на большинстве спектрометров.

При использовании однолучевого спектрометра фоновый спектр необходимо регистрировать через диафрагму в держателе образца, размеры которой не превышают размеров образца. Обычно это можно сделать, используя пустой держатель образца.

На некоторых спектрометрах с преобразованием Фурье установка диафрагмы в держатель образца приводит к небольшому изменению наблюдаемых частотных положений полос в результате изменения оптического пути. Следовательно, положение диафрагмы должно быть одинаковым при получении спектров образца и сравнения, особенно при использовании компьютерного вычитания спектров.

При использовании инфракрасного микроскопа спектр сравнения обычно регистрируют через ту же диафрагму, которая использовалась для анализа образца. Размеры диафрагмы выбирают визуально, наблюдая анализируемую область образца. Регистрируют однолучевой спектр данной области образца, после чего регистрируют однолучевой спектр сравнения. Спектр пропускания или поглощения образца получают, используя программное обеспечение спектрометра для расчета отношения двух однолучевых спектров.

4.4 Использование светового конденсора

Больших потерь энергии вследствие ослабления луча можно избежать, используя приспособление для концентрирования светового пучка. Это приспособление используется для фокусировки пучка излучения на анализируемой области размером 2 мм или менее, позволяя исследовать микрообразцы меньшего размера. В большинстве случаев достаточно светового конденсора, уменьшающего размеры светового пучка в 4 раза.

Тепло, производимое концентрированным пучком, может повредить некоторые образцы, особенно при использовании ряда дисперсионных приборов. При возникновении этой проблемы защиту образца можно обеспечить, установив тонкую пластинку из германия между источником света и образцом, либо охлаждая образец потоком воздуха.

     5 Анализ полимерных композитов

5.1 Анализ полимерных композитов проводится так же, как и анализ любых других твердых веществ, однако имеет некоторые особенности. Полимерные композиты, как правило, являются неплавкими и нерастворимыми веществами, что сильно ограничивает возможные методы исследования. Структура полимерных композитов неоднородна, поэтому результаты анализа могут существенно зависеть от выбранного метода анализа и пробоподготовки, особенно при анализе микрообразцов. Наличие в составе полимерного композита армирующего наполнителя может потребовать увеличения времени измельчения образца. Из-за интенсивного поглощения графита и подобных ему материалов в ИК области анализ полимерных композитов, содержащих такие наполнители как углеродное волокно или технический углерод, требует повышенного внимания к выбору метода анализа и пробоподготовки.

Примечание - Методы, описанные в данном разделе, применимы для анализа любых твердых веществ.

5.2 Для регистрации качественных спектров микрообразцов твердых веществ необходимо вводить поправку на ослабление луча образца или использовать световой конденсор; для повышения чувствительности может потребоваться растяжка по ординате, многократное сканирование или усреднение сигнала.

Примечание - Для анализа микроколичеств твердых веществ существуют специальные приспособления, такие как микродержатели суспензий, таблеток и т.д. Некоторые из них предназначены для конкретных приборов, а другие являются универсальными.

5.3 Небольшое количество мелко измельченного порошка смешивают с суспендирующим агентом, например, вазелиновым маслом, и наносят на небольшую пластину для образца размерами 351 мм. Пластину устанавливают в держатель максимально близко к фокусу сужающегося пучка излучения или в модуль светового конденсора.

5.4 При анализе микрообразцов может использоваться метод взвесей в галогенидах щелочных металлов (прессования таблеток). Предпочтительно использовать галогенид щелочного металла, выдержанный в сушильном шкафу при температуре от 105°C до 110°C. Для получения спектров сравнения используют свежеприготовленные контрольные таблетки, чтобы контролировать возможное загрязнение.

Серийные пресс-формы для микротаблеток обычно позволяют получать диски диаметром 0,5 или 1,5 мм. Пресс-форму стандартного размера 13 мм можно использовать для получения микротаблеток, проделав небольшое отверстие в диске, например, из оловянной фольги, манильской бумаги, промокательной или фильтровальной бумаги толщиной около 0,1 мм. Оловянная фольга или бумага обычно служит в качестве держателя таблетки и может размещаться за отверстием держателя микротаблетки или на световом конденсоре. Допускается использование свинцовых микродисков.

Примечания

1 Отверстия для микротаблеток могут быть выполнены с использованием дыроколов для бумаги.

2 Для правильной работы некоторых дисперсионных спектрометров необходима апертура размером 1 на 4 мм и более. При использовании светового конденсора минимально допустимая апертура уменьшается до размера от 0,5 до 1 мм в диаметре. Спектрометры с преобразованием Фурье при необходимости позволяют получать спектры через апертуру диаметром 0,5 мм без использования светового конденсора.

Образец очень маленького размера можно сделать пригодным для перемещения путем перетирания с сухим порошком бромида калия (KBr). Необходимо использовать спектроскопически чистый KBr, а время перетирания должно быть минимально необходимым для равномерного распределения образца в таблетке. Этот способ также используют при анализе тонкого поверхностного слоя, снятого с твердого объекта.

Образец материала тонкого покрытия можно получить, обрабатывая поверхность наждачной бумагой на основе стекла или карбида кремния. Спектр образца на поверхности наждачной бумаги можно получить методом диффузного отражения, используя в качестве эталона чистый кусок соответствующей наждачной бумаги.

5.5 Анализ твердых веществ можно проводить, растворив их в растворителе (см. 6.2). Полученный раствор можно анализировать напрямую или использовать для перевода растворенного вещества в состояние, более пригодное для анализа, например, изготовив тонкую пленку или порошок из галогенида металла с нанесенным веществом для приготовления таблеток с KBr или анализа методом диффузного отражения. Для получения спектра сравнения необходимо использовать тот же растворитель и те же условия пробоподготовки.

Примечание - Перекристаллизация из раствора или расплава, а также прикладываемое к образцам давление может вызывать изменения в кристаллической структуре материала и привести к изменению наблюдаемого спектра.

5.6 Некоторые твердые вещества можно размягчить или расплавить, сжав между двумя небольшими нагреваемыми пластинами из KBr, а затем исследовать в съемном держателе. Сжатие образца может быть выполнено сначала между двумя листами алюминиевой фольги, чтобы приложить более высокое давление. Затем тонкую пленку отделяют от фольги и анализируют между солевыми окнами. Некоторые твердые образцы можно нарезать тонкими пластинками, которые затем устанавливают в держатель для микротаблеток для дальнейшего анализа.

5.7 Анализ небольших пластинок материала можно проводить, помещая их на солевую пластину и размещая диафрагму над образцом. При этом и солевая пластина, и диафрагма располагаются на пути одного луча. Для удерживания очень небольших образцов внутри точечной диафрагмы можно использовать статические силы. В обоих случаях установки образцов может наблюдаться рассеянное излучение, поскольку обычно образцы не закрывают диафрагму полностью. Более высокого качества спектральных данных можно добиться при использовании светового конденсора (см. 4.4) или ИК-микроскопа (см. 7.4).

5.8 Образцы можно помещать не на поверхность солевой пластины, а удерживать между двух тонких листов полимерного материала с низким поглощением инфракрасного излучения на изучаемых частотах. Для получения спектров в большей части средней ИК-области можно использовать фторопластовую ленту, в то время как для измерений в дальней ИК-области используют полиэтиленовую пленку. Оба материала устойчивы к действию многих коррозионных образцов.

5.9 Также небольшие образцы твердых материалов можно удерживать на пути луча, приклеив их к полупрозрачной клейкой ленте и установив диафрагму над образцом. В этом случае необходимо вносить поправку на спектр клейкой ленты, либо установив аналогичную диафрагму, закрытую клейкой лентой, на пути луча сравнения, либо методом компьютерного вычитания спектра клейкой ленты, полученного в условиях, аналогичных условиям получения спектра образца.

Чтобы избежать необходимости компьютерного вычитания спектра клейкой ленты, для установки микрообразцов возле диафрагмы можно использовать маленькие кусочки солевого окна. От использованного кристалла соли с помощью лезвия откалывают кусочки размером от 1 до 2 мм и менее. С помощью зонда переносят несколько частиц клея с кусочка клейкой ленты (желательно старого) на противоположные края этой солевой покровной пластинки. Образец помещают над диафрагмой и накрывают солевой пластинкой. Солевую покровную пластинку придавливают к диафрагме так, чтобы она держалась на клею. Клей из использованного фрагмента ленты облегчит снятие покровной пластинки после завершения измерения.

5.10 При использовании метода НПВО с небольшим образцом оптимальные результаты можно получить, если образец размещается поперек элемента НПВО. В случае с образцами очень малых размеров предпочтительно размещать образец в точке входа луча, чтобы первое отражение находилось в месте расположения образца.