博物馆航海类模型样本老化研究
骆文杰
(上海中国航海博物馆，上海 201306)
摘 要： 航海模型多采用高分子材料制成，高分子材料与胶黏剂的老化会使这类模型发生损坏，不同的高分子材料和胶黏剂特性不同，制成的模型抗老化性也不同.目前国内外对船模藏品研究较少，本文以中国航海博物馆现代船摸为例，对制作模型类藏品常用的材料和胶黏剂进行梳理，使用紫外老化技术、力学性能分析等方式对其进行老化研究，为后续这类模型的制作和保护工作提供依据.
关键词： 航海；高分子材料；模型；文物保护
国际博物馆理事会第11次全体大会指出，博物馆是不以营利为目的的，为社会和社会发展服务的，向公众开放的永久性机构.它是为教育、研究和欣赏的目的对人类和人类环境的见证物进行收集 、研究、保护、传播和展览[1].
1920年，旅美归来的赵元任邂逅了身为森仁医院院长的杨步伟，并一见钟情。几个月后，两人在北京举办了一场只婚不“礼”的特殊婚礼，他们一起到定情的中山公园拍了些照片，把其中的一张当作婚书上的“标准照”，洗了四百份，然后分别寄给各自的亲友。于此同时，他们分别请来各自的好友胡适和朱徵来家吃饭，顺便让两人帮忙在结婚证书上签了字。
中国航海博物馆自2010年开馆以来，为更好的展现我国悠久的航海历史、技术及其对世界科学技术发展的贡献，弘扬中华民族灿烂的航海文明及优良传统，普及航海知识，船模是我馆的重要藏品种类.就航海博物馆船模而言，可按古代、近代和现代分类，每一时期又可分为名船名舰与一般舰船，现代又可分为铜质船模、木制船模与高分子材料制船模.
4.健全反恐情报合作机制建设。随着恐怖活动不断升级和向内地蔓延扩散，防范与打击已经不能只靠一个地方或一个部门的力量来完成，在反恐工作中，需要党委、政府牵头，各级反恐工作领导小组成员单位加强合作，建立反恐情报共享平台，公安反恐部门要定期与国安、武警、军队等部门广泛搜集情报信息。充分利用情报信息协作交流平台，加强与新疆警方在反恐情报信息线索查证等方面进行交流合作。
经过对中国航海博物馆600余艘现代船模的现状调查，受损较严重的达10%.按照目前国家文物局可移动文物修复资质分类，可修复的文物种类有：玉、石器、陶器、瓷器、铜器、铁器、金银器、书法绘画、钱币、碑帖拓本等等，这些传统保护修复方式都不能应用于现代船模中，而现代船模作为航海博物馆重要藏品种类，其保护修复的方法也亟待解决.
式中：Li表示第i个成组方案中的构件集合，共有NL个集合；xij表示Li中的构件标号，vi表示集合Li中的构件数目。本文规定一个构件不能同时出现在两个集合中。
1 高分子材料在现代船模上的应用
从现实来看，直接使用馆藏现代船模进行实验不符合我馆现状，我们从我馆船模供货商之一处获得了一批制作现代船模的原料，分别是ABS板、PMMA板、PC板，对这批材料进行了老化实验.
2 高分子材料胶黏剂的选用
资料显示，不同的高分子材料有与其相适应的胶黏剂，制作船模常用的材料及其适用的胶黏剂如下[3]：
表1 各种高分子材料适用的胶黏剂
3 高分子材料老化现象
2014年，兵团水利工作将继续深入贯彻落实中央加快水利改革发展的决定，在水利部和兵团党委的正确领导下，进一步加大工作力度，强化各项措施，不断推进兵团水利改革发展。以服务民生、提升能力为重点，着力抓好水利管理体制改革、工程建设管理、农田水利、高效节水灌溉工程、防汛抗旱、水利安全生产等工作，将最严格水资源管理制度落到实处，加强水生态环境保护，为兵团“三化”建设、实现兵团水利改革跨越式发展和长治久安作出积极贡献。
外观表征：在材料发生老化后，材料的宏观物理特性会发生变化.最常见的变化有：银纹、裂纹、透光率下降、表观颜色变化等变化.
4 船模制作材料老化评价实验
高分子材料也称聚合物材料是以高分子化合物为基体，再配有其他添加剂所构成的材料.与金属和木材相比，高分子材料发展历史较短，但因其具有原料易得、品种多样、性能优越、加工方便等优于传统材料的特点而得到迅速发展[2].但由于高分子材料的基体是由许多重复结构单元组成的，理化性质对温度和时间的依赖性比较明显，材料性能一般表现为质量轻、模量和硬度不高、易变形、耐热耐寒性差、等.根据对馆藏现代船模现状的调查和对船模公司的调研，制作现代船模的高分子材料主要有：PS(聚苯乙烯)、PC(聚碳酸酯)、ABS(共聚物)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、FRP(玻璃钢)、光敏树脂等.
更为重要的是，因为闲书的阅读，没有压力，没有强迫，没有功利，纯粹是根据个人的兴趣和爱好，所以往往更能引领自己寻找到自己的真正擅长，真正打开属于自己天赋的灵田。很多人在人生路的中途又独辟蹊径，答案正在这里。一个农民成了作家，一个医生成了诗人，一个教师成了画家，不都是因为他们横向的寻找吗？
铜质和木质文物前人已有研究，只要保存环境相对稳定，有合适的温湿度，金属与木材制作的船模与其他金属制木质文物一样，可以保存数百年乃至千年.但是，高分子材料在加工贮存和使用过程中不可避免的会受到各种环境因素的影响，分子构造以及官能团会发生变化，引起材料性能逐渐变差，最终导致制品丧失原有性能，这种现象即为老化现象[4]，目前国内外对此类藏品研究很少.
4.1 物理性能指标
高分子材料老化是一个综合过程，期间伴随着物理和化学变化.其化学变化主要变现为大分子的分子链发生降解及交联.在化学因素(水、氧等)和物理因素(光照、热等)作用下大分子链发生无规断裂，造成材料的相对分子质量降低；或者发生聚合的逆反应使得分子链末端脱除；高分子链也可能会通过交联化学反应形成网状结构[5].在发生这些化学变化的同时，材料也会发生物理变化，例如老化过程中的松弛现象会使聚合物体积、强度等发生变化，上述变化必然导致其各项性能下降.
1)原料与样品制备.将ABS、PMMA、PC板由平板硫化仪于220 ℃、10 MPa的条件下模压10 min后，剪成长条状后再使用裁刀裁成哑铃状(材料力学性能测试标准样).
4.2 老化实验
力学性能表征：材料在工程结构中的应用必然要涉及强度，因而必然要研究其力学性能，材料的力学性能是评价材料在变形和破坏情况下的重要性能指标，主要有拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度及冲击强度等[6].
2)力学性能测试.拉伸测试所使用的仪器为SANS万能试验机(深圳，中国)，拉伸测试所选用的测试标准为GB/T 1040-92，测试温度25 ℃，拉伸速率恒为5 mm/min.冲击强度测试选用仪器为JJ-20冲击强度测试仪(长春，中国)，选用的测试标准为GB/T 1043-2008，简支梁模式，摆锤的冲击能为4 J，测试温度为25 ℃.为了确保测试结果的准确性和可靠性，测试前每种样品需要在25 ℃下恒温48 h，每类样品至少测试五次进行对比.测试后将同种样品置于紫外固化机中，型号RW-UVAOP301-10，紫外光1 KW，温度20～25 ℃，湿度60%，放置7天(168 h).7天后，取出重复上述力学测试.
3)实验结果.在拉伸测试中主要有三种表征：①弹性模量：指单向应力状态下应力除以该方向的应变.一般来说，弹性模量越低，弹性模量变形相对越大，刚度越小，材料易发生变形柔性越好；弹性模量越高，材料发生弹性模量变形相对越小，刚度大，材料不易变形，脆性越强.②断裂应变：将断裂应变用百分比表示，就是延伸率.延伸率即试样拉伸断裂后标距段的总变形ΔL 与原标距长度L 之比的百分数：断裂延伸率=ΔL /L ×100%.断裂伸长率越大，材料韧性越好.③断裂强度：是指材料发生断裂时的拉力与断裂横截面的比值.断裂强度越大，材料的抗拉强度越好.
表2 老化前后力学性能测试结果
图1 老化前后ABS拉伸强度图
图2 老化前后PC拉伸强度图
图3 老化前后PMMA拉伸强度图
本文以aging代表老化后的样品，由表2和图1～图3可以看出，在3种材料中，PMMA刚性最大，ABS韧性较好，老化之后，材料的弹性模量升高，断裂伸长率大大降低，断裂强度也降低，这都是材料老化的表现，说明在比较稳定的温度和湿度下，材料受光的影响很大.老化之后的材料变脆，抗拉伸性变弱.
表3 老化前后抗冲击测试结果
抗冲击测试是材料能承受冲击性的重要表征方式，冲击吸收功是用规定形状和尺寸的缺口试样，在冲击试验力一次作用下折断时耗费于产生两个新的自由表面和一部分体积塑性变形所需的能量.冲击强度是指冲击破坏过程中所吸收的能量与原始横截面面积之比.从表3可以看出，老化后的材料吸收功减小，冲击强度变小，说明材料的抗冲击性也变弱.PC材料由于抗冲击强度过大，老化前老化后都未能冲击断裂，在此不做对比.
5 结论
在相对稳定的温度、湿度下，紫外线使高分子材料力学性能大幅度下降，研究表明其所具有的能量会导致高分子键断裂，发生不可逆转的老化.与一般文物相比，高分子材料制的模型类藏品老化更快，一旦发生损坏，修复工作更难进行.对于珍贵的模型类藏品，更加需要注意其保存环境.
参考文献：
[1] 王 悦.论革命类纪念馆如何通过与社会公众的互动实现其红色文化传播——以平津战役纪念馆为例[J].中国纪念馆研究，2018(01)：25-30.
[2] 侯 欣. 浅析高分子材料成型加工技术[J]. 青年时代，2014(18).
[3] 高 扬，张军营. 胶黏剂选用手册[M]. 北京：化学工业出版社，2012.
[4] 陈绍军，钟燕辉，叶 旋.引起高分子材料老化的因素及防老化措施研究[J].开封教育学院学报，2017，37(11)：289-290.
[5] 陈嘉鑫.浅谈高分子材料老化原因及应对方法[J].民营科技，2018(12)：26.
[6] 邓祥胜. 废纸纤维/PHBV/PLA复合材料的制备与性能研究[D].西安：西安理工大学，2018.
Study on Aging of Museum Nautical Model Samples
LUO Wen-jie
(China Maritime Museum，Shanghai 201306，China)
Abstract ： The navigation models are mostly made of polymer materials. The aging of polymer materials and adhesives will cause damage to the models. Different polymer materials or adhesives have different characteristics，so the resulting models have different anti-aging properties. At present，there are few studies on nautical models. In order to study the aging characteristics of nautical models，the ultraviolet aging lamp and universal testing machine were used. The materials and adhesives of nautical models are summarized，so as to make and protect those models.
Key words ： navigation；polymer material；model；cultural relic protection
收稿日期： 2019-04-29
作者简介： 骆文杰(1991—)，女，硕士，助理馆员，主要从事材料科学与工程研究
中图分类号： TB324
文献标志码： A
文章编号： 1009-8526(2019)02-0070-03
标签：航海论文; 高分子材料论文; 模型论文; 文物保护论文; 上海中国航海博物馆论文;