材料表界面-第六章PPT课件

1、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第1页/共28页高分子材料：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。什么是高分子材料？什么是高分子材料？粘结剂粘结剂第2页/共28页高分子材料占飞机总重的65。（即使采用最轻铝/钛合金，其比重也大于2.7，而高分子材料的比重为1.5左右）高分子材料在国民经济中的地位高分子材料在国民经济中的地位第3页/共28页第4页/共28页高分子材料的重要性高分子材料的重要性第5页/共28页高聚物对高聚物对其他材料其他材料的粘接的粘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

2、膜的印刷的印刷 涂料对金属涂料对金属或木材表面或木材表面的涂覆的涂覆 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。第6页/共28页6.2 表面形态对表面张力的影响6.1 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6.4 表面张力与分子结构的关系6.5 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第7页/共28页表面张力 由于分子在体相内部与界面上所处的环境是不同的，产生了净吸力。而净吸力会

3、在界面各处产生一种张力。 把作用于单位把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。第8页/共28页6.1 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。第9页/共28页 Guggenheim曾提出表面张力与温度关系的经验式：1190=1 (6-3)cTT 20911(1) (6-4)9ccdTdTTT常数dTd6.1 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就是某种气体能压缩成液体的最高温度，高于这个温度，无体的最高温度，高于这个

4、温度，无论多大压力都不能使它液化。论多大压力都不能使它液化。第10页/共28页6.1 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。表面张力。-第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）没有考虑相变的影响变的影响（2 2）测试结果不）测试结果不准确准确第11页/共28页 Macleod （麦克劳德）方程：n0为密度n为常数Anloglog 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，n值从3.0变化到4.4，可近似取作4。6.1

5、表面张力与温度的关系第12页/共28页6.2 表面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，通常高聚物熔体冷却固化时，通常表面生成非晶态高聚物，本体表面生成非晶态高聚物，本体则富集晶态高聚物，以降低体则富集晶态高聚物，以降低体系的能量。系的能量。如果使高聚物熔体在具有不同如果使高聚物熔体在具有不同表面能的表面上冷却，可得到表面能的表面上冷却，可得到结晶度不同的表面，这类表面结晶度不同的表面，这类表面具有不同的表面张力。具有不同的表面张力。 第13页

6、/共28页6.2 表面形态对表面张力的影响第14页/共28页n 高聚物的性能与分子量的关系： Xb：聚合物的某种性能； Xb：分子量无穷大时的性能； Kb：常数； Mn：高聚物的数均分子量。nbbbMKXX/表面张力与分子量？6.3 表面张力与相对分子质量的关系性能：性能：如玻璃化转变温度、如玻璃化转变温度、热容、比热、热膨胀系数、热容、比热、热膨胀系数、折 射 率 、 拉 伸 强 度 等 。折 射 率 、 拉 伸 强 度 等 。第15页/共28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高聚物的表面张力也随分子量的增加而增加。但表面张力而增加。但表面张力不是与分子量的不

7、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： 3/2/neMKnsMK /4/14/16.3 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） 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。固态高聚物的表面张力。- 第二种得到表面张力的方法第二种得到表面张力的方法第16页/共28页6.3 表面张力与相对分子质量的关系正烷烃正烷烃3/2/neMKnsMK /4/14/1第1

8、7页/共28页6.3 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，结果使低聚物的性能变得像相对分子质量无穷大一样。使低聚物的性能变得像相对分子质量无穷大一样。第18页/共28页4)/(VP 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分子结构。6.4 表面张力与分子结构的关系 等张比容经验公式：等张比容等张比容摩尔体积摩尔体积第19页/共28页第20页/共28页4)/(VP6.4 表面张力与分子结构的关系 等张比容经验公式：等张比容等张

9、比容摩尔体积摩尔体积iiPP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第21页/共28页6.4 表面张力与分子结构的关系第22页/共28页6.2 表面形态对表面张力的影响6.1 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6.4 表面张力与分子结构的关系第23页/共28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）由等张比容法估算第24页/共28页下节课内容6.5 表面张力与内聚能密度6.6 共聚和共混对表面