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1、材料表界面第六章本讲稿第一页，共二十八页第六章第六章 高分子材料的表面张力高分子材料的表面张力本讲稿第二页，共二十八页高分子材料：以高分子化合物为基础的材料。高分子材料：以高分子化合物为基础的材料。包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。什么是高分子材料？什么是高分子材料？粘结剂粘结剂本讲稿第三页，共二十八页高分子材料占飞机总重的高分子材料占飞机总重的65。（即使采用最轻铝（即使采用最轻铝/钛合金，其比重也大于钛合金，其比重也大于2.7，而高分子材料的比重为，而高分子材料的比重为1.5左右）左右）高分子材料在国民经济中的地位高
2、分子材料在国民经济中的地位本讲稿第四页，共二十八页本讲稿第五页，共二十八页高分子材料的重要性高分子材料的重要性本讲稿第六页，共二十八页高聚物对其高聚物对其他材料的粘他材料的粘接接合成纤维合成纤维表面的染色表面的染色 塑料表面塑料表面的喷金的喷金 塑料薄膜塑料薄膜的印刷的印刷 涂料对金属或木涂料对金属或木材表面的涂覆材表面的涂覆 高分子材料表界面特性高分子材料表界面特性 高分子材料表界面特性高分子材料表界面特性表面张力是材料表界面的最基本性能之一。表面张力是材料表界面的最基本性能之一。本讲稿第七页，共二十八页6.2 表面形态对表面张力的影响表面形态对表面张力的影响6.1 表面张力与温度的关系表面
3、张力与温度的关系6.3 表面张力与相对分子质量的关系表面张力与相对分子质量的关系6.4 表面张力与分子结构的关系表面张力与分子结构的关系6.5 表面张力与内聚能密度表面张力与内聚能密度6.6 共聚和共混对表面张力的影响共聚和共混对表面张力的影响第六章第六章 高分子材料的表面张力高分子材料的表面张力6.7 固体聚合物表面张力的测定方法固体聚合物表面张力的测定方法本讲稿第八页，共二十八页表面张力表面张力 由由于于分分子子在在体体相相内内部部与与界界面面上上所所处处的的环环境境是是不不同同的的，产产生生了了净净吸吸力力。而而净净吸吸力力会会在在界界面面各各处处产产生生一一种种张张力力。把作用于单位把
4、作用于单位边界线边界线上的这种力称为表面张力，用上的这种力称为表面张力，用 表示表示，单位是单位是N Nm m-1-1。本讲稿第九页，共二十八页6.1 表面张力与温度的关系表面张力与温度的关系聚合物液体或熔体的表面张力也随温度的上升而下降。聚合物液体或熔体的表面张力也随温度的上升而下降。本讲稿第十页，共二十八页 Guggenheim曾提出表面张力与温度关系的经验式：曾提出表面张力与温度关系的经验式：0 0为为为为T=0KT=0K时的表面张力，时的表面张力，时的表面张力，时的表面张力，T Tc c为临界温度为临界温度为临界温度为临界温度微分微分微分微分T/TT/Tc c 1 1正常温度范围内，表
5、面张力与温度的关正常温度范围内，表面张力与温度的关正常温度范围内，表面张力与温度的关正常温度范围内，表面张力与温度的关系呈直线关系。系呈直线关系。系呈直线关系。系呈直线关系。6.1 表面张力与温度的关系表面张力与温度的关系临界温度临界温度就是某种气体能压缩成液体的就是某种气体能压缩成液体的最高温度，高于这个温度，无论多大压最高温度，高于这个温度，无论多大压力都不能使它液化。力都不能使它液化。本讲稿第十一页，共二十八页6.1 表面张力与温度的关系表面张力与温度的关系利用表面张力与温度的线性关系，可间接地测试固态聚合物的表面张力。利用表面张力与温度的线性关系，可间接地测试固态聚合物的表面张力。-第
6、一种得到表面张力的方法第一种得到表面张力的方法缺点：缺点：（1 1）没有考虑相变）没有考虑相变的影响的影响（2 2）测试结果不准）测试结果不准确确本讲稿第十二页，共二十八页 Macleod（麦克劳德）方程：（麦克劳德）方程：为密度为密度n为常数为常数 密度一般随温度升高而下降。方程同样表明表面张力随温度升高而下降。密度一般随温度升高而下降。方程同样表明表面张力随温度升高而下降。对聚合物来说，对聚合物来说，n n值从值从3.03.0变化到变化到4.44.4，可近似取作，可近似取作4 4。6.1 表面张力与温度的关系表面张力与温度的关系本讲稿第十三页，共二十八页6.2 表面形态对表面张力的影响表面
7、形态对表面张力的影响高分子聚合物高分子聚合物晶态晶态非晶态非晶态晶态的密度一般高于非晶态晶态的密度一般高于非晶态晶态的表面张力一般高于非晶态晶态的表面张力一般高于非晶态高聚物熔体冷却固化时，通常表面高聚物熔体冷却固化时，通常表面生成非晶态高聚物，本体则富集晶生成非晶态高聚物，本体则富集晶态高聚物，以降低体系的能量。态高聚物，以降低体系的能量。如果使高聚物熔体在具有不同表面能如果使高聚物熔体在具有不同表面能的表面上冷却，可得到结晶度不同的的表面上冷却，可得到结晶度不同的表面，这类表面具有不同的表面张力。表面，这类表面具有不同的表面张力。本讲稿第十四页，共二十八页6.2 表面形态对表面张力的影响表
8、面形态对表面张力的影响本讲稿第十五页，共二十八页n高聚物的高聚物的性能性能与与分子量分子量的关系：的关系：Xb：聚合物的某种性能；：聚合物的某种性能；Xb：分子量无穷大时的性能；：分子量无穷大时的性能；Kb：常数；：常数；Mn：高聚物的数均分子量。：高聚物的数均分子量。表面张力与分子量？表面张力与分子量？6.3 表面张力与相对分子质量的关系表面张力与相对分子质量的关系性性能能：如如玻玻璃璃化化转转变变温温度度、热热容容、比比热热、热热膨膨胀胀系系数数、折折射射率率、拉拉伸伸强强度度等等。本讲稿第十六页，共二十八页u 研究表明：研究表明：同系同系高聚物的表面张力也随分子量的增加而增加。但高聚物的
9、表面张力也随分子量的增加而增加。但表面张力表面张力不是与分子量的不是与分子量的M-1，而是与，而是与M-2/3呈线性关系，即：呈线性关系，即：u 表面张力与分子量的另一个有用的关系式是：表面张力与分子量的另一个有用的关系式是：6.3 表面张力与相对分子质量的关系表面张力与相对分子质量的关系：分子量无穷大时的表面张力（常数）：分子量无穷大时的表面张力（常数）以以-M-2/3或或1/4对对M-1作图，并外推到高分子量区域，即可间接得到固态高作图，并外推到高分子量区域，即可间接得到固态高聚物的表面张力。聚物的表面张力。-第二种得到表面张力的方法第二种得到表面张力的方法本讲稿第十七页，共二十八页6.3
10、 表面张力与相对分子质量的关系表面张力与相对分子质量的关系正烷烃正烷烃本讲稿第十八页，共二十八页6.3 表面张力与相对分子质量的关系表面张力与相对分子质量的关系聚乙二醇分子端基上的羟基之间发生聚乙二醇分子端基上的羟基之间发生氢键缔合作用氢键缔合作用，结果使低，结果使低聚物的性能变得像相对分子质量无穷大一样。聚物的性能变得像相对分子质量无穷大一样。特例特例本讲稿第十九页，共二十八页 等张比容是与物质的分子结构密切有关的量，摩尔体积与物质的密度等张比容是与物质的分子结构密切有关的量，摩尔体积与物质的密度有关，因而也与温度有关。因此，影响表面张力的两个重要因素是温度和有关，因而也与温度有关。因此，影
11、响表面张力的两个重要因素是温度和分子结构。分子结构。6.4 表面张力与分子结构的关系表面张力与分子结构的关系 等张比容经验公式：等张比容经验公式：等张比容等张比容摩尔体积摩尔体积本讲稿第二十页，共二十八页本讲稿第二十一页，共二十八页6.4 表面张力与分子结构的关系表面张力与分子结构的关系 等张比容经验公式：等张比容经验公式：等张比容等张比容摩尔体积摩尔体积若聚合物单元组成明确，则可由等张比容估算其表面张力。若聚合物单元组成明确，则可由等张比容估算其表面张力。-第三种得到表面张力的方法第三种得到表面张力的方法本讲稿第二十二页，共二十八页6.4 表面张力与分子结构的关系表面张力与分子结构的关系本讲
12、稿第二十三页，共二十八页6.2 表面形态对表面张力的影响表面形态对表面张力的影响6.1 表面张力与温度的关系表面张力与温度的关系6.3 表面张力与相对分子质量的关系表面张力与相对分子质量的关系6.4 表面张力与分子结构的关系表面张力与分子结构的关系本讲稿第二十四页，共二十八页固体聚合物表面张力的测试方法固体聚合物表面张力的测试方法（1）由熔融聚合物的表面张力）由熔融聚合物的表面张力-温度关系外推；温度关系外推；（2）由表面张力与分子量关系，以）由表面张力与分子量关系，以-Mn-2/3或或 1/4对对Mn-1作图外推；作图外推；（3）由等张比容法估算）由等张比容法估算本讲稿第二十五页，共二十八页下节课内容下节课内容6.5 表面张力与内聚能密度表面张力与内聚能密度6.6 共聚和共混对表面张力的影响共聚和共混对表面张力的影响本讲稿第二十六页，共二十八页电晕 光化学改性 火焰处理 化学改性 射线辐照 等离子 表面处理表面处理 高分子材料的表面处理高分子材料的表面处理下节课内容下节课内容本讲稿第二十七页，共二十八页更更刺刺激激，更更清清爽爽生生活活像像一一杯杯水水，有有的的时时候候需需要要加加点点冰冰本讲稿第二十八页，共二十八页