高分子材料(liao)，憑借(jie)其獨特的(de)物理(li)與化學特性(xing)，在工(gong)業制造、農(nong)業生產(chan)、國(guo)防(fang)建設及(ji)(ji)日常(chang)生活的(de)廣泛(fan)領域中發揮(hui)著(zhu)不(bu)可或(huo)缺(que)的(de)作用，為國(guo)民經濟(ji)的(de)快速(su)發展注入了強(qiang)勁動(dong)力(li)。聚合物產(chan)品(pin)的(de)表(biao)(biao)(biao)面性(xing)能(neng)與其本體性(xing)能(neng)同樣關(guan)鍵，隨著(zhu)消費者對產(chan)品(pin)品(pin)質(zhi)要求(qiu)的(de)日益提升(sheng)(sheng)，對塑(su)料(liao)表(biao)(biao)(biao)面進行鍍(du)膜、涂層處理(li)、油墨印刷(shua)及(ji)(ji)粘接等二次加工(gong)技術(shu)顯得(de)尤為重要，這(zhe)些措施旨(zhi)在顯著(zhu)提升(sheng)(sheng)產(chan)品(pin)的(de)表(biao)(biao)(biao)面質(zhi)量(liang)和實用性(xing)。值得(de)注意的(de)是，所有(you)這(zhe)些表(biao)(biao)(biao)面處理(li)技術(shu)均與塑(su)料(liao)的(de)表(biao)(biao)(biao)面張力(li)緊密相關(guan)，作為材料(liao)界面的(de)核(he)心屬性(xing)之一，表(biao)(biao)(biao)面張力(li)直(zhi)接影響著(zhu)塑(su)料(liao)的(de)加工(gong)效(xiao)果及(ji)(ji)應(ying)用表(biao)(biao)(biao)現(xian)。

本文就(jiu)塑料產品二(er)次加(jia)工中對塑料表面(mian)張力測試與處理等，將(jiang)作(zuo)出相(xiang)應的措施，以大家了解與掌(zhang)握。

1聚合物表面張力的本質與測量方法

1.1表面張(zhang)力的(de)定義

表(biao)面張力，這一物理現象源于液體(ti)(ti)表(biao)面層(ceng)分(fen)子間引力的(de)(de)不均(jun)衡分(fen)布(bu)，它促使液體(ti)(ti)表(biao)面盡(jin)可能縮小，形(xing)成如(ru)同彈(dan)性薄膜般的(de)(de)張力狀(zhuang)(zhuang)態。這種(zhong)力旨在使液體(ti)(ti)表(biao)面積最小化，以(yi)達到能量最低的(de)(de)穩定狀(zhuang)(zhuang)態。從廣義上講，任何兩種(zhong)不同物態界面間的(de)(de)張力均(jun)可視為表(biao)面張力，自然界中如(ru)清晨(chen)葉片(pian)上的(de)(de)露(lu)珠(zhu)、緩慢(man)滴落的(de)(de)水龍頭水珠(zhu)等現象，均(jun)是表(biao)面張力作用(yong)下的(de)(de)直觀展(zhan)現。

對于(yu)聚(ju)合物而(er)言，其表面(mian)張力(li)的(de)研究(jiu)復雜(za)而(er)深入，不僅關聯(lian)到材(cai)料(liao)的(de)多種性(xing)能，還與表面(mian)自(zi)由(you)(you)能緊密(mi)相連。表面(mian)自(zi)由(you)(you)能在(zai)一(yi)定(ding)條件下(xia)(xia)(xia)（如給(gei)定(ding)T、P）增加(jia)單位(wei)(wei)表面(mian)所引(yin)起(qi)體(ti)(ti)系自(zi)由(you)(you)能的(de)變(bian)化。表面(mian)張力(li)在(zai)一(yi)定(ding)條件下(xia)(xia)(xia)（如給(gei)定(ding)T、P）增加(jia)單位(wei)(wei)表面(mian)長度(du)(du)所需要的(de)力(li)。表面(mian)自(zi)由(you)(you)能和表面(mian)張力(li)越(yue)大(da)，體(ti)(ti)系越(yue)趨向(xiang)于(yu)減(jian)小(xiao)(xiao)表面(mian)積。溫度(du)(du)對表面(mian)張力(li)影響較復雜(za)，對絕大(da)多數(shu)小(xiao)(xiao)分子(zi)體(ti)(ti)系，表面(mian)張力(li)隨溫度(du)(du)升高而(er)線性(xing)下(xia)(xia)(xia)降(jiang)，對絕大(da)多數(shu)高分子(zi)體(ti)(ti)系也有同樣的(de)變(bian)化規律(lv)，但下(xia)(xia)(xia)降(jiang)幅度(du)(du)小(xiao)(xiao)于(yu)小(xiao)(xiao)分子(zi)體(ti)(ti)系。

聚(ju)(ju)合物的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面張(zhang)力(li)與(yu)材料(liao)本體分(fen)子(zi)量(liang)有(you)關系，研究表(biao)(biao)明(ming)：同系高聚(ju)(ju)物的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面張(zhang)力(li)隨分(fen)子(zi)量(liang)的(de)(de)(de)增加而增加。表(biao)(biao)面張(zhang)力(li)σ不(bu)是與(yu)分(fen)子(zi)量(liang)的(de)(de)(de)M-1，而是與(yu)M-2/3呈線性關系，如(ru)式(shi)1所示。

式1中的σ∞為分(fen)子量無窮大(da)時表面張力(li)（常數）；Kb為常數；Mn為高聚物(wu)數均(jun)分(fen)子量。

聚(ju)(ju)合(he)物(wu)(wu)(wu)有晶態與(yu)非晶態之分(fen)，晶態的(de)(de)(de)(de)密度高(gao)(gao)于(yu)非晶態，由(you)此(ci)晶態的(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張力(li)(li)高(gao)(gao)于(yu)非晶態。當(dang)然(ran)影響表(biao)(biao)面(mian)(mian)張力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)兩個因素是溫度和分(fen)子(zi)結(jie)構(gou)。液體(ti)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張力(li)(li)測定由(you)經典(dian)物(wu)(wu)(wu)理化(hua)學(xue)方(fang)(fang)法測定，聚(ju)(ju)合(he)物(wu)(wu)(wu)形成產品后(hou)的(de)(de)(de)(de)固體(ti)，其表(biao)(biao)面(mian)(mian)分(fen)子(zi)沒(mei)有流動性，表(biao)(biao)面(mian)(mian)張力(li)(li)測定沒(mei)有直接(jie)的(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)法，只能通過間接(jie)的(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)法或估算方(fang)(fang)法。聚(ju)(ju)合(he)物(wu)(wu)(wu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張力(li)(li)隨溫度升高(gao)(gao)而(er)呈線型(xing)降低。聚(ju)(ju)合(he)物(wu)(wu)(wu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張力(li)(li)通常隨分(fen)子(zi)量增(zeng)大(da)而(er)增(zeng)大(da)。聚(ju)(ju)合(he)物(wu)(wu)(wu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)結(jie)構(gou)相似，但表(biao)(biao)面(mian)(mian)組成不同，影響聚(ju)(ju)合(he)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)等(deng)當(dang)比容與(yu)密度，導(dao)致表(biao)(biao)面(mian)(mian)張力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)改(gai)變。結(jie)晶型(xing)聚(ju)(ju)合(he)物(wu)(wu)(wu)從(cong)溶(rong)體(ti)冷卻成晶體(ti)的(de)(de)(de)(de)相比過程中發生密度的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)折變化(hua)，表(biao)(biao)面(mian)(mian)張力(li)(li)也會(hui)轉(zhuan)折變化(hua)。

1.2聚(ju)合物表(biao)面(mian)張力(li)測試(shi)

固體(ti)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)自由能(neng)（簡稱(cheng)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)能(neng)）與表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)張力(li)聯系較大。根據固體(ti)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)自由能(neng)大小，劃分為低表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)能(neng)材(cai)(cai)料(liao)與中表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)能(neng)材(cai)(cai)料(liao)。對高表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)能(neng)材(cai)(cai)料(liao)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)張力(li)則(ze)大，表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)潤(run)濕(shi)性(xing)則(ze)強(qiang)，低表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)能(neng)材(cai)(cai)料(liao)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)張力(li)則(ze)小，表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)潤(run)濕(shi)性(xing)則(ze)弱。如圖(tu)1所示符合荷葉效應(ying)。

圖(tu)1示意(yi)了材料(liao)表面的潤濕狀況（網絡，侵(qin)刪）

目前，還沒(mei)有直(zhi)接測(ce)(ce)(ce)量(liang)聚合物表(biao)面(mian)(mian)張力(li)的(de)技(ji)術，這是(shi)因為(wei)(wei)(wei)固(gu)體聚合物不具備(bei)流動性，所(suo)以(yi)現有的(de)表(biao)面(mian)(mian)張力(li)測(ce)(ce)(ce)試技(ji)術無法(fa)(fa)應用(yong)。聚合物的(de)表(biao)面(mian)(mian)張力(li)通常是(shi)通過(guo)間接方法(fa)(fa)或估算方法(fa)(fa)來獲(huo)取，其中(zhong)(zhong)最常用(yong)的(de)工具是(shi)達因筆(bi)(bi)，也被稱為(wei)(wei)(wei)表(biao)面(mian)(mian)張力(li)測(ce)(ce)(ce)試筆(bi)(bi)、電暈處理筆(bi)(bi)、塑料薄膜(mo)表(biao)面(mian)(mian)張力(li)檢測(ce)(ce)(ce)筆(bi)(bi)等。達因筆(bi)(bi)的(de)工作原理是(shi)通過(guo)在待(dai)測(ce)(ce)(ce)材料表(biao)面(mian)(mian)涂覆已知浸潤(run)張力(li)的(de)測(ce)(ce)(ce)試液，然(ran)后觀察測(ce)(ce)(ce)試液的(de)浸潤(run)情(qing)況，以(yi)此(ci)來測(ce)(ce)(ce)定(ding)表(biao)面(mian)(mian)張力(li)的(de)大小。常用(yong)的(de)達因筆(bi)(bi)測(ce)(ce)(ce)量(liang)范圍為(wei)(wei)(wei)28～72 mN/m（或者以(yi)兩種等同(tong)的(de)單(dan)位形式表(biao)示(shi)，即(ji)28～72 mN/m，下(xia)文中(zhong)(zhong)將省略(lve)單(dan)位）。達因值通常為(wei)(wei)(wei)偶數，可以(yi)根(gen)據實際(ji)使用(yong)需求(qiu)進行選擇(ze)，如(ru)圖2(a)所(suo)示(shi)。

圖(tu)2達因筆與測試示意(yi)圖(tu)（網圖(tu)，侵刪）

測(ce)(ce)(ce)試(shi)前(qian)先確定(ding)(ding)環境(jing)溫(wen)度、空氣(qi)濕(shi)度、以(yi)及被測(ce)(ce)(ce)物體表(biao)面溫(wen)度是否達到(dao)達因(yin)(yin)筆(bi)標(biao)定(ding)(ding)的(de)(de)標(biao)準條(tiao)件（溫(wen)差越大(da)，測(ce)(ce)(ce)量(liang)誤差越大(da)）。測(ce)(ce)(ce)試(shi)方(fang)法(fa)圖2(b)所(suo)示塑料(liao)袋(dai)張力測(ce)(ce)(ce)試(shi)，當30mN/m筆(bi)測(ce)(ce)(ce)試(shi)時，在(zai)2 s內達因(yin)(yin)筆(bi)潤濕(shi)了基(ji)(ji)材表(biao)面，沒(mei)(mei)有(you)收縮或分散(san)情(qing)況(kuang)，說明表(biao)面張力等于(yu)或大(da)于(yu)30 mN/m；當44 mN/m筆(bi)測(ce)(ce)(ce)試(shi)時，在(zai)2 s內達因(yin)(yin)筆(bi)沒(mei)(mei)有(you)潤濕(shi)了基(ji)(ji)材表(biao)面，出(chu)現收縮或分散(san)水(shui)(shui)珠(zhu)情(qing)況(kuang)，說明表(biao)面張力小于(yu)44 mN/m。還可用(yong)大(da)于(yu)30 mN/m筆(bi)測(ce)(ce)(ce)量(liang)，以(yi)此類(lei)推，直(zhi)到(dao)測(ce)(ce)(ce)試(shi)結(jie)果在(zai)2 s內改(gai)縮成水(shui)(shui)珠(zhu)（球(qiu)狀），則這測(ce)(ce)(ce)試(shi)之前(qian)一次(ci)的(de)(de)值被視為基(ji)(ji)材表(biao)面能(neng)，并作比較用(yong)。塑料(liao)袋(dai)PP材質(zhi)在(zai)溫(wen)度20℃時表(biao)面張力是31～33 mN/m。達因(yin)(yin)筆(bi)使用(yong)方(fang)便(bian)，保質(zhi)期為6個月。