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CN113933325B - 将处于拉伸状态橡胶制成透射电镜样品并进行透射电镜表征的方法 - Google Patents

将处于拉伸状态橡胶制成透射电镜样品并进行透射电镜表征的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于橡胶检测技术领域。针对目前难以对拉伸状态的橡胶进行TEM微观结构表征的问题，提供一种将处于拉伸状态的橡胶制成透射电镜样品并进行透射电镜表征方法。步骤：将硫化橡胶片裁成胶条，将胶条用拉伸装置拉伸并固定其端部，然后迅速放置于液氮中冷却，使胶条不再收缩；将处于拉伸状态并冷冻固定好的胶条迅速转移至已预先降温的冷冻切片机的切片室中切成超薄切片；将超薄切片转移至载网上，而后将另一个载网盖于超薄切片上面形成三明治结构；用压块压在三明治结构的上方，然后转移至常温下，直至其恢复至常温。制样方法简单，适用范围广，实现了常温下对处于拉伸状态的橡胶的微观结构表征。

Description

将处于拉伸状态橡胶制成透射电镜样品并进行透射电镜表征 的方法
技术领域
本发明属于橡胶检测技术领域，具体涉及一种将处于拉伸状态的橡胶制成透射电镜样品并进行透射电镜表征的方法。
背景技术
目前对处于自由状态(没有任何变形)的橡胶制成透射电镜(TEM)样品并进行表征的方法已非常成熟，但这也仅限于处于自由状态的橡胶。轮胎在行驶过程中橡胶是处于动态的拉伸(施役)状态，并且橡胶的力学性能一般是在不停的拉伸变形中表现出来的，所以对处于拉伸状态的橡胶微观结构的表征非常重要，但是利用TEM对处于拉伸状态的橡胶微观结构的表征一直是空白，其瓶颈主要是制样困难，所以有必要设计一种将处于拉伸状态的橡胶制成TEM样品并进行表征的方法。
发明内容
针对目前难以对处于拉伸状态的橡胶进行TEM微观结构表征的上述问题，本发明提供了一种将处于拉伸状态的橡胶制成透射电镜样品并进行透射电镜表征的方法，，此适用范围广，能够真实地反映处于拉伸状态的橡胶的微观结构。
本发明采取的技术方案如下：
一方面本发明提供了一种将处于拉伸状态的橡胶制成透射电镜(TEM)样品的方法，包括以下步骤：
(1)将硫化橡胶片裁成胶条，在拉伸装置上固定胶条的一端后将其拉伸至一定的伸长率；
(2)将已拉伸的胶条连带拉伸装置一起迅速放置于液氮中冷却，使胶条不再收缩；
(3)将处于拉伸状态并冷冻固定好的胶条连带拉伸装置从液氮迅速转移至已预先降温的冷冻切片机中并制成超薄切片；
(4)将超薄切片转移至载网上，而后再将另一个载网盖于超薄切片上面形成三明治结构；
(5)用压块压在三明治结构的上方，然后转移至常温下，直至其恢复至常温。
用压块的目的是使超薄切片固定在两个载网之间，由于超薄切片会牢牢地吸附到载网上，恢复至常温后，取走压块，切片也不会收缩，因此，能够用TEM拍摄到拉伸状态下橡胶的微观结构。
进一步的，所述步骤(1)硫化橡胶片的厚度为50um～2mm；所裁胶条的宽度为1mm～4mm。
进一步的，所述步骤(1)拉伸装置为一刚性的、尺寸稳定性好的直板，为了便于读数，直板上带有长度刻度或者伸长率刻度，一端设有固定胶条的压片，压片与直板通过螺栓固定。拉伸装置可以采用钢板或者铁板制作。
进一步的，所述步骤(1)胶条的伸长率可以根据情况进行调整，一般伸长率范围为100％～500％。
进一步的，所述步骤(2)已拉伸的胶条连带拉伸装置在液氮中冷却10～60S。
进一步的，所述步骤(3)切片的方法为：在切片机中首先使用已预先在切片室内冷却的剪刀垂直于拉伸方向裁出宽为1mm～2mm的小条，然后将小条夹持于切片机样品夹上进行切片，切片厚度为100nm～300nm，长为1mm～2mm。
进一步的，所述步骤(4)载网为100目～400目的铜网、镍网、金网或钼网。
另一方面本发明提供一种处于拉伸状态的橡胶TEM表征方法，按照以上所述的方法制备透射电镜样品，然后将载有超薄切片的三明治结构放置于样品杆前端固定并将样品杆插入到TEM预抽室中，待真空抽好后送入镜筒，打开电子枪并在低倍下找到样品，之后进行合轴、像散调整、聚焦，为提高图像衬度，选用20um物镜光阑，调整好放大倍率并在谢尔策欠焦条件下拍摄一系列图像。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
实现了对处于拉伸状态的橡胶进行TEM制样和表征，能够真实地表现橡胶在常温拉伸状态下的微观结构；制样方法简单，容易操作；适用于对所有的橡胶材料进行TEM微观结构表征。
附图说明
图1为实施例1-3拉伸装置结构示意图，1-直板、2-压片、3-螺栓、4-胶条
图2为实施例1-3三明治结构的制作流程图；
图3为实施例1拉伸橡胶的TEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明做进一步详细说明。
实施例1
制备出厚度为200微米的橡胶片(胶种为天然橡胶，填料为炭黑N134)。
首先用刀片将胶片裁成宽度为2mm的胶条，室温下在拉伸装置上固定胶条的一端后将胶条拉伸到300％的伸长率，然后将其迅速置于液氮中冷却，冷却时间为1分钟。拉伸装置结构如图1所示，包括刚性的直板1，直板1上带有伸长率刻度，直板一端设有固定胶条4的一端的压片2，压片2与直板通过螺栓3固定。使用时，胶条的另一端可以用手拉到到所需伸长率并保持。
将冷却好的胶条连带拉伸装置一起从液氮迅速转移至已预先降温(-50℃以下)的冷冻切片机中，使用预先在切片室内冷冻好的剪刀垂直于拉伸方向裁出宽为1mm的小条，将小条夹持于切片机样品夹上进行固定，然后用玻璃刀将截面修平，最后换成钻石刀切出厚度为200nm，长为1mm的超薄切片待用。
将200目纯铜网用吸头吸起并置于钻石刀靠近刀刃处，然后用睫毛刷将切好的比较规整的切片转移至铜网上，转移3片，将铜网用吸头转移至刀架一侧，最后将另一个200目铜网盖于上面。
用边长约为1cm的立方形金属压块压在铜网上方，然后将铜网与压块一起取出放置于桌面上，在常温下放置10min待用。
将载有样品的铜网放置于样品杆前端固定并将样品杆插入到TEM预抽室中，待真空抽好后送入镜筒。打开电子枪并在低倍下找到样品，之后进行合轴、像散调整、聚焦等操作，为提高图像衬度，选用20um物镜光阑，调整好放大倍率并在谢尔策欠焦条件下拍摄一系列图像。
实施例2
制备出厚度为300微米的橡胶片(胶种为顺丁橡胶，填料为炭黑N234)。
首先用刀片将胶片裁成宽度为2mm的胶条，室温下在拉伸装置上固定胶条的一端后拉伸到300％的伸长率，然后将其迅速置于液氮中冷却，冷却时间为1分钟。
将冷却好的胶条连带拉伸装置一起迅速转移至已预先降温(-50℃以下)的冷冻切片机中，使用预先冷冻好的剪刀垂直于拉伸方向裁出宽为2mm的小条，将小条夹持于切片机样品夹上进行固定，然后用玻璃刀将截面修平，最后换成钻石刀切出厚度为100nm，长为2mm的超薄切片待用。
将300目纯铜网用吸头吸起并置于钻石刀靠近刀刃处，然后用睫毛刷将切好的比较规整的切片转移至铜网上，转移4片，将铜网用吸头转移至刀架一侧，最后将另一个300目铜网盖于上面。
用边长约为1cm的立方形金属压块压在铜网上方，然后将铜网与压块一起取出放置于桌面上，在常温下放置10min待用。
将载有样品的铜网放置于样品杆前端固定并将样品杆插入到TEM预抽室中，待真空抽好后送入镜筒。打开电子枪并在低倍下找到样品，之后进行合轴、像散调整、聚焦等操作，为提高图像衬度，选用20um物镜光阑，调整好放大倍率并在谢尔策欠焦条件下拍摄一系列图像。
实施例3
制备出厚度为400微米的橡胶片(胶种为顺丁橡胶，填料为炭黑N330)。
首先用刀片将胶片裁成宽度为3mm的胶条，室温下在拉伸装置上固定胶条的一端后拉伸到200％的伸长率，然后将其迅速置于液氮中冷却，冷却时间为2分钟。
将冷却好的胶条连带拉伸装置一起从液氮迅速转移至已预先降温(-50℃以下)的冷冻切片机中
使用预先在切片室冷冻好的剪刀垂直于拉伸方向裁出宽为1mm的小条，将小条夹持于切片机样品夹上进行固定，然后用玻璃刀将截面修平，最后换成钻石刀切出厚度为100nm，长为1mm的超薄切片待用。
将200目纯铜网用吸头吸起并置于钻石刀靠近刀刃处，然后用睫毛刷将切好的比较规整的切片转移至铜网上，转移3片，将铜网用吸头转移至刀架一侧，最后将另一个200目铜网盖于上面。
用边长约为1cm的立方形金属压块压在铜网上方，然后将铜网与压块一起取出放置于桌面上，在常温下放置10min待用。
将载有样品的铜网放置于样品杆前端固定并将样品杆插入到TEM预抽室中，待真空抽好后送入镜筒。打开电子枪并在低倍下找到样品，之后进行合轴、像散调整、聚焦等操作，为提高图像衬度，选用20um物镜光阑，调整好放大倍率并在谢尔策欠焦条件下拍摄一系列图像。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种将处于拉伸状态的橡胶制成透射电镜样品的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将硫化橡胶片裁成胶条，在拉伸装置上固定胶条的一端后将其拉伸至一定的伸长率；
（2）将已拉伸的胶条连带拉伸装置一起放置于液氮中冷却，使胶条不再收缩；
（3）将处于拉伸状态并冷冻固定好的胶条连带拉伸装置从液氮迅速转移至已预先降温的冷冻切片机中并制成超薄切片；
（4）将超薄切片转移至载网上，而后再将另一个载网盖于超薄切片上面形成三明治结构；
（5）用压块压在三明治结构的上方，然后转移至常温下，直至其恢复至常温。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）硫化橡胶片的厚度为50um～2mm；所裁胶条的宽度为1mm～4mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）拉伸装置为一刚性的直板，直板上带有长度刻度或者伸长率刻度，一端设有固定胶条的压片，压片与直板通过螺栓固定。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）胶条的伸长率为100％～500％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）已拉伸的胶条连带拉伸装置在液氮中冷却10～60S。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）切片的方法为：在切片机中首先使用已预先在切片室内冷却的剪刀垂直于拉伸方向裁出宽为1mm～2mm的小条，然后将小条夹持于切片机样品夹上进行切片，切片厚度为100nm～300nm，长为1mm～2mm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（4）载网为100目～400目的铜网、镍网、金网、钼网。
8.一种处于拉伸状态的橡胶TEM表征方法，其特征在于，按照权利要求1-7任一项所述的方法制备透射电镜样品，然后将载有超薄切片的三明治结构放置于样品杆前端固定并将样品杆插入到TEM预抽室中，待真空抽好后送入镜筒，打开电子枪并在低倍下找到样品，之后进行合轴、像散调整、聚焦，为提高图像衬度，选用20um物镜光阑，调整好放大倍率并在谢尔策欠焦条件下拍摄一系列图像。
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