材料表面与界面-习题含答案

1、第一章1、什么是You ng方程？接触角的大小与液体对固体的润湿性好坏有怎样的关 系？答：Young方程：界面化学的基本方程之一。它是描述固气、固液、液气界面自 由能丫SV，丫SL, 丫Lv与接触角0之间的关系式，亦称润湿方程，表达式为: 丫SV-丫SL=YLvCO0。该方程适用于均匀表面和固液间无特殊作用的平衡状态。关系： 一般来讲，接触角0的大小是判定润湿性好坏的依据，若0=0.cos0=1,液体完全润湿固体表面，液体在固体表面铺展；若OV0V90液体可润湿固体，且0越小，润湿性越好；900180,液体不润湿固体;0=180,完全不润湿固体，液体在固体表面凝集成小球。2、水蒸气骤冷会发生过

2、饱和现象，在夏天的乌云中，用飞机撒干冰微粒，试气 温骤降至293K,水气的过饱和度(P/Ps)达4,已知在293K时，水的表面能力 为0.07288N/m,密度为997kg/m3，试计算：(1)在此时开始形成雨滴的半径。(2)每一雨滴中所含水的分子数。,P 2 Mln-答：（1）根据Kelvin公式有PRT R开始形成的雨滴半径为:RRT ln P0将数据代入得:20.07288 0.0188.314 293 997 In 4（2）每一雨滴中所含水的分子数为N=Nh,n=m/M=rV/M得3、在293k时，把半径为1.0mm的水滴分散成半径为1.0ym的小水滴，试计算（已知293K时水的表面G

3、ibbs自由为0.07288J.nf） （1）表面积是原来的多少倍？ （2）表面Gibbs自由能增加了多少？ （9分）答：（1）设大水滴的表面积为A,小水滴的总表面积为A,则小水滴数位N,大 水滴半径为1,小水滴半径为2。又因为将大水滴分散成N小水滴，则3343N432NJ!1.0mm1033推出2=1.0umA10941.0um221000故有A41.0mm即表面积是原来的1000倍。（2）表面Gibbs自由能的增加量为A22 2G dAs A A 4 r Nr2r1A17.79 1010mMVNA4 33 (R)NA4 3.14 (7.79 1010)39973 0.0186.02 102

4、366个A2N4 r224=4*3.142*0.07288*109*(10-6)2-(10-3)2=9.15 10-4J第二章1、什么是CM（浓度？试讨论影响CMC勺因素。请设计一种实验测定CMC勺方法。 答：（1）CMC浓度是指随着表面活性剂浓度上升，溶液的表面张力逐渐下降，直至表面张力几乎不变时所发生转折时勺浓度。（2）疏水基勺影响、亲水基、温度、添加剂（电解质、有机物） 。（3）测定方法：测定电导率、渗透压、冰点、增溶性、洗净力等物理量发生显著变化勺转折点2、 温度对离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂溶解度勺影响有什么不同？ 为什么离子型表面活性剂在K.P点以上溶解度迅速增大， 而非离

5、子型表面活性剂 溶液在C.P点变成浑浊？答：（1）离子型：在足够低勺温度下，溶解度随温度升高而慢慢增大，当温度达 到一定值后，溶解度会突然增大Krafft现象非离子型： 溶解度随温度升高而下降， 当温度升高到一定温度时， 溶液会突然变 浑浊（2）离子型：表面活性剂以胶束形式溶解非离子型：温度上升时，氢键被削弱，达到C.P.点时，氢键断裂，表面活性剂 从溶液中析出，溶液变得浑浊。3、试求表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的HLBS。答：十二烷基苯磺酸钠HLB=KH-艺L+7=38.7-（12+6）X0.47+7=37.24第三章1、试讨论用液态氧化法处理聚合物的优缺点。答：优点：（1）可润湿性大大增加（

6、2）表面张力增大（3）与各种液体接触角明 显减小，粘接性能大大增加。 缺点：氧化处理会有大量的酸废液产生，污染严 重。2、聚合物表面接枝有哪些方法？其原理各是什么？答：（1）表面接枝聚合 大分子偶合 添加接枝共聚物（2）表面接枝聚合：在光、辐射线、紫外线、等离子体使聚合物表面产生活性 种，引发乙烯基单体自由基聚合，进行表面接枝。大分子偶合： 聚合物表面产生反应性活性基团，使之与带有反应基团的大分子 反应偶合，实现其表面接枝。添加接枝共聚物 在欲改性的高聚物中添加有界面活化性能的共聚物成型，共聚 物亲基材段嵌入到基材内部， 留下接枝段在基质聚合物的表面上， 达到表面改性 的目的。3、分别用等张比

7、容和内聚能密度法估算下列高分子化合物的表面张力1）聚苯乙烯2）聚乙二醇（聚氧化乙烯）（1）7 =（ /戌屮P捲的是原子团的；弘比容、聚存物的摩尔体积=vm代入数值II P：聚苯乙烯为仅gGdLzmT聚乙一醇为狂1眉211严（2）内聚能丸=0J27 X価X-52式屮F为结构单无色散力常数，%气孔为高聚物结构单元的原子数为重复单元的摩尔体积。代入数据可以得到：聚苯乙烯为35.67x 10JN-m_1聚乙二醇为29.1xiO3Nm_1第四章1、什么是偶联剂？说明硅烷偶联剂对玻璃纤维增强塑料的作用机理。用偶联剂 进行表面处理有哪些方法？答：（1）偶联剂是分子含有两种不同性质基团的化合物，其中一种基团可

8、与增 强材料发生物理或化学作用，另一种基团可与基体发生物理或化学作用。（2）X基团的水解，形成硅醇；硅醇的羟基之间以及硅醇的羟基与玻璃纤 维表面的羟基形成氢键；硅羟基间脱水形成硅氧键。2、高性能纤维的表面处理方法有哪些？答：（1）表面清洁处理（2）表面氧化处理（3）表面涂层（4）化学气相沉积（5）电聚合处理（6）低温等离子处理（7）表面接枝3、 什么是化学键理论？化学键理论有什么缺陷？举例说明化学键理论在碳纤维 表面处理中的应用。答：（1）化学键理论认为两相之间实现有效的粘接，两相的表面应含有能相互 发生化学反应的活性基团，通过官能团的反应以化学键合形成界面。若两相不能 进行化学反应，也通过偶

9、联剂的媒介作用以化学键相互结合。（2）缺陷：不能解释以下现象 有些偶联剂不含有与基体树脂起反应的活性 基团，却有很好的处理效果。 偶联剂在增强纤维表面有多层结构而并非由化学 键理论推导的单层结构， 基体树脂固化，热应力松弛效应。（3）应用：在表面氧化或等离子、辐射等处理过程中，纤维表面产生了羧基、羟基等含氧活性基团，提高了与环氧等基体树脂的反应能力，使界面形成了化学 键，大大提高了粘接强度。第五章1、纤维对液体的接触角的测定的方法有哪些？答：（1）单丝浸润法（2）单丝浸润力法（3）毛细浸润法2、简述单丝抜脱实验答：将单根纤维单丝的一部分垂直埋如基体之中，然后将单丝从集体中拔出，测定纤维抜脱的应力，从而求出纤维与基体间的界面剪切强度。3、界面结合强度是否越强越好？为什么？答： （1） 界面结合不是越强越