丝绸文物老化过程的模拟表征及寿命估计

摘要

本文通过对现有的蚕丝进行人工加速老化试验，模拟丝绸文物的整个老化过程，分别测试在水解老化、光老化和热老化条件下老化不同时间的纤维性能。从力学性能、微观形貌、质量变化、结晶结构和分子二级结构变化各个方面对老化程度进行综合表征。对比不同老化条件和时间下纤维的老化状况的差异，对三种老化的一致性和差异性特征进行总结和讨论。利用时温等效原理，估计出纤维的存在寿命。主要得出以下结论：
　　（1）三种老化的一致性特征有：蚕丝纤维经老化后都出现重量损失现象，且随着老化时间的延长重量损失率增加。纤维的表面都有不同程度的丝胶剥落损伤，纵向出现深浅不一的沟槽。纤维的断裂强度都随着老化时间的增加而减小。老化过程中蚕丝纤维的内部结构均出现由有序排列向无规化构象转变的趋势。纤维的结晶度先增加后降低。
　　（2）三种老化的差异性特征有：a)水解老化过程中蚕丝纤维的质量损失情况显著，初始阶段的质量损失不受溶液浓度的影响；纤维由于脱胶分散成单一的丝素纤维，同时丝素纤维的表面出现沟槽不再光滑；由于水解老化过程中脱胶程度不同，一段时间内纤维的应力-应变曲线呈现出束纤维断裂的特征；蚕丝纤维酰胺Ⅰ带的峰值位置从1668cm-1偏移至1666cm-1，二级结构从β-折叠转化为β-转角结构，之后再转化为β-折叠结构。b)光老化过程中，纤维表面出现大量垂直于纤维轴向的裂痕并随着老化程度增大形成断口；纤维的断裂伸长率下降明显，脆性增加，断裂强度和模量的降低较为缓慢；纤维1624cm-1处酰胺Ⅰ带的波峰位置偏移至1649cm-1处，纤维的二级结构从β-折叠转变为α-螺旋和无序结构。c)热老化过程中，蚕丝纤维的表面缺陷包括沿着纤维轴向的裂缝和撕裂式的断口，同时随着热老化程度增大也会出现垂直于纤维轴向的裂痕；纤维的力学性能受温度高低的影响较大，温度升高，纤维的断裂强度和断裂伸长率降低明显；纤维的峰值位置没有明显偏移，但吸收峰的高度和宽度发生改变。
　　（3）提出了存在寿命的估计方法，设定断裂强度损失达到95％时为材料的存在寿命。热老化条件下，通过200℃时老化不同老化老化对纤维断裂强度的影响和与不同温度下老化1000min对纤维的断裂强度的影响对比，证明蚕丝纤维的热老化符合时温等效原理；通过时温等效的移动因子，计算室温25℃下纤维的存在寿命为15万年。水解老化条件下，对不同浓度碱处理的丝纤维的强度变化进行拟合，计算得到纤维的老化速率。光老化条件下，对光和光湿条件处理的丝纤维的强度变化进行拟合，计算得到纤维的老化速率。对丝绸文物的寿命估计还需考虑氧化作用和细菌、霉菌的和虫蛀等因素，计算多个因素共同作用时的寿命需要通过不等权重的叠加计算多因素共同老化速率，并估计出存在寿命。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 蚕丝的组成和结构

1.3 丝绸文物老化过程的研究现状

1.4 丝绸文物老化状况表征的研究现状

1.5 丝绸文物保护技术的研究现状

1.6 本课题的研究内容和意义

第二章 实验与测试方法

2.1 实验材料

2.2 人工老化实验

2.3 实验仪器与测试方法

2.4 本章小结

第三章 水解老化试验

3.1 纤维在水解老化过程中的重量损失

3.2 纤维在水解老化过程中的微观形貌变化

3.3 纤维在水解老化过程中力学性质的变化

3.4 纤维在水解老化过程中结构的变化

3.5 纤维在水解老化过程中结晶度的变化

3.6 本章小结

第四章 光老化试验

4.1 纤维在光老化过程中的微观形貌变化

4.2 纤维在光老化过程中的力学性能变化

4.3 纤维在光老化过程中结构的变化

4.4 纤维在光老化过程中结晶度的变化

4.5 本章小结

第五章 热老化试验

5.1 纤维在热老化过程中的微观形貌变化

5.2 纤维在热老化过程中的力学性能变化

5.3 纤维在热老化过程中的结构变化

5.4 纤维在热老化过程中的结晶度变化

5.5 本章小结

第六章 老化同异性比较与丝文物寿命的估计

6.1 老化的一致性和差异性的对比及产生原因的讨论

6.2 其它老化因素的影响讨论

6.3 存在寿命的估计方法

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

附录

论文发表情况

致谢