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我的科研生涯(三)
——细雨申城
  作者:石拓 发表:2015/4/14 11:53:53 等级:4 状态: 正常发表 阅读:1146
  编辑按:人类总是在对科学的中不断进步。
  
  (四)
  聚合物材料有个老化问题。聚合物材料的老化过程,是一个材料原有的力学性能、物理性能、化学性能等,特性失去的过程。事实上,任何材料在一定的环境中,都有这样的过程,只是叫法不同,金属材料叫“疲劳”;非金属无机材料叫“风化”。
  聚合物材料的老化是个极其复杂的过程。由于材料的老化,使得渐渐失去原有的性能,这给材料应用的安全带来了问题。因为聚合物材料的老化,必然涉及到材料的使用寿命。
  因此,聚合物材料的使用寿命,从发明之日起,就已经成为了科学家们研究的课题之一。科学家们一方面研究抗老化;另一方面研究各种环境下的使用寿命。于是,发明了许多研究老化的方法,例如有自然老化法、仪器分析法等。我国在广州建有“老化研究所”,专门研究聚合物材料的老化问题。
  但是,无论用什么方法,研究聚合物材料的使用寿命,都要涉及到使用寿命的可靠性问题,这就是前面提到的问题(2)。1986年的下半年,我着手研究聚合物材料,老化与使用寿命等的可靠性分析课题。
  聚合物材料是一种,由有机高分子组成的人工材料。处在一定环境中的有机高分子,随着时间的增加,是会发生变化的,诸如:降解、交联,甚至分解之类等变化。有机高分子的这种变化过程,就是所谓的“老化过程”。因此,聚合物材料的老化,实际上是一个复杂的化学物理变化的过程。
  尽管科学家研制了各种各样的添加剂,试图用来阻止聚合物材料的老化。但是,添加剂的作用只能延缓老化,不能阻止其老化。这是因为聚合物材料的老化,是一个极其复杂的过程。可喜的是,某些变化过程,可以用专门的仪器来测定。
  由此可知,聚合物材料的各项性能,随时间而变化。如果聚合物材料,在一定的使用时间内,保持了使用者所要求的性能。那么,这个“使用时间”就是所谓的“使用寿命”,简称“寿命”。
  现在的问题是,如何来估算“寿命”?即使估算出了“寿命”,如何来保证估算出的“寿命”其可靠性?
  研究工作进行的很顺利,1987年的春节过后,我在理论上获得了初步的研究成果。接下来的工作是验证理论成果的准确性。同事们用“老化箱”(一种模仿自然老化的仪器),对多种聚合物材料进行试验,然后把经过试验的材料,进行力学和物理性能的测试。实验测试的数据与理论计算的结果,进行了数据对比。令人惊奇的是,数据对比的结果,相对误差在百分之一左右。验证工作至少持续了大半年,我和我的同事们都很兴奋。
  这项研究成果写在了我的论文“高分子材料老化的可靠性分析”中。这篇论文在1987年9月,“中国兵工学会非金属学会”举办的“现代分析测试技术应用研讨会”(会议地点在广西省桂林市)上发表。我的论文在这个学术会议上,得到了与会同行的重视,也得到了同行的响应。
  在这次学术会议的交流期间,我荣幸地认识了“合肥工业大学”高分子化学家金荣福教授。后来我们成了合作者。金荣福教授建议我,把此文在他们学校的学报上发表。会后在征得我的同意后,此文发表在《合肥工业大学学报(自然科学版)》1989年第3期。
  关于聚合物材料的老化,我一直在思考这样的问题,聚合物材料在不同的使用环境下,有不同的老化表现形式,老化的过程又是缓慢而复杂。因此,从微观上来确定,老化到底是有机高分子的降解引起,还是交联引起,还是其它什么因素引起?看来是不现实的。
  我认为聚合物材料的老化,是多种因素都有可能发生的综合过程。如果某种因素在某个时刻没有发生,不能保证下一时刻也不发生。这种过程在数学上定义为“随机过程”。因此,聚合物材料的老化过程,实际上就是一个“随机过程”。“随机过程”是自然界中的普遍现象。
  时间到了1989年的初夏,我终于求得了聚合物材料老化的数学方程。两年后这项研究的论文“聚合物材料老化的随机过程模型”发表在《应用科学学报》第九卷第四期上(1991年)。
  我的这篇论文,是我在聚合物材料老化“寿命”可靠性邻域研究中的基础。也是以后深入研究拓展的基础,譬如:聚合物的加速老化、聚合物的热解与热解动力学,以及热解寿命等研究。
  
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责任编辑:香奈儿
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