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高分子材料具有其獨特的性能，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、民用生活等各個領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用，為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。對于聚合物產(chǎn)品表面性能與其本體的性能同樣重要，隨著人們對產(chǎn)品表面質(zhì)量和功能的追求，需對塑料表面要做些鍍膜（涂層），油墨印刷、黏接等二次處理提高其表面質(zhì)量與應(yīng)用，在與其處理過程中，都與塑料表面張力有著重要的關(guān)系。表面張力是材料界面的最基本性能之一。表面張力與聚合物表面理化性質(zhì)對其應(yīng)用有著重要的影響。本文就塑料產(chǎn)品二次加工中對塑料表面張力測試與處理等，將作出相應(yīng)的措施，以大家了解與掌握。

塑料聚合物表面張力定義與測試

表面張力定義

表面張力（surface tension）定義：液體表面層由于分子引力不均衡而產(chǎn)生的沿表面作用于任一界線上的張力。水等液體會產(chǎn)生使表面盡可能縮小的力，這個力稱為“表面張力”。表面張力是一種物理效應(yīng)，它使得液體的表面總是試圖獲得最小的、光滑的面積，就好像它是一層彈性的薄膜一樣。其原因是液體的表面總是試圖達(dá)到能量最低的狀態(tài)。廣義地所有兩種不同物態(tài)的物質(zhì)之間界面上的張力被稱為表面張力。生活中清晨凝聚在葉片上的水滴、水龍頭緩緩垂下的水滴，都是在表面張力的作用下形成的。此外，水黽之所以能站在水面上，也是由于表面張力的作用。

聚合物有晶態(tài)與非晶態(tài)之分，晶態(tài)的密度高于非晶態(tài)，由此晶態(tài)的表面張力高于非晶態(tài)。當(dāng)然影響表面張力的兩個因素是溫度和分子結(jié)構(gòu)。液體表面張力測定由經(jīng)典物理化學(xué)方法測定，聚合物形成產(chǎn)品后的固體，其表面分子沒有流動性，表面張力測定沒有直接的方法，只能通過間接的方法或估算方法。聚合物表面張力隨溫度升高而呈線型降低。聚合物表面張力通常隨分子量增大而增大。聚合物表面結(jié)構(gòu)相似，但表面組成不同，影響聚合物的等當(dāng)比容與密度，導(dǎo)致表面張力的改變。結(jié)晶型聚合物從溶體冷卻成晶體的相比過程中發(fā)生密度的轉(zhuǎn)折變化，表面張力也會轉(zhuǎn)折變化。

聚合物表面張力測試

固體表面自由能（簡稱表面能）與表面張力聯(lián)系較大。根據(jù)固體表面自由能大小，劃分為低表面能材料與中表面能材料。對高表面能材料表面張力則大，表面潤濕性則強(qiáng)，低表面能材料表面張力則小，表面潤濕性則弱。如圖1所示符合荷葉效應(yīng)。

(a)低表面能材料表面潤濕性則弱 （b）高表面能材料表面潤濕性則強(qiáng) 

 圖1 材料表面潤濕情況示意圖

目前尚無直接測定聚合物表面張力的方法，這是固體聚合物不具有流動性，現(xiàn)有的測定表面張力技術(shù)不能使用。聚合物表面張力測試是通過間接方法或估算方法獲得，目前主要是用達(dá)因筆較為方便，又稱表面張力測試筆、電暈處理筆、塑料薄膜表面張力檢測筆等。達(dá)因筆測試表面張力原理：用已知浸潤張力的測試涂覆在待測材料表面，觀察測試液的浸潤情況，進(jìn)行表面張力大小的測定。常用達(dá)因筆測量值為28~72mN/m（或28~72mN/m兩種單位形式為等同，下文中略去單位）達(dá)因值為雙號，可根據(jù)使用情況進(jìn)行選購，如圖2(a)所示。

圖2 達(dá)因筆與測試示意圖

測試前先確定環(huán)境溫度、空氣濕度、以及被測物體表面溫度是否達(dá)到達(dá)因筆標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)條件（溫差越大，測量誤差越大）。測試方法圖2(b)所示塑料袋張力測試，當(dāng)30mN/m筆測試時，在2s內(nèi)達(dá)因筆潤濕了基材表面，沒有收縮或分散情況，說明表面張力等于或大于30mN/m；當(dāng)44mN/m筆測試時，在2s內(nèi)達(dá)因筆沒有潤濕了基材表面，出現(xiàn)收縮或分散水珠情況，說明表面張力小于44mN/m。還可用大于30mN/m筆測量，以此類推，直到測試結(jié)果在2s內(nèi)改縮成水珠（球狀），則這測試之前一次的值被視為基材表面能，并作比較用。

塑料件等離子表面處理獲得好的黏接力

塑料之間（含與其他材料）黏接是塑件二次加工中必不可少的環(huán)節(jié)。聚合物之間（含與非金屬或金屬之間）黏接等都存在聚合物基料與不同材料之間界面黏接問題。黏接是不同材料界面間接觸后相互作用的結(jié)果，靠分子間吸引力而黏接?xùn)|西。被黏物與黏料的界面張力、表面自由能、界面間反應(yīng)等都影響?zhàn)そ印?/span>

黏接不同于涂層和印刷，是綜合性強(qiáng)，影響因素復(fù)雜的一類技術(shù)，目前行業(yè)界有吸附理論、化學(xué)鍵形成理論、弱界層理論、擴(kuò)散理論、靜電理論、機(jī)械作用力理論等從各個層面詮釋黏接原理。

為達(dá)到良好的黏接，吸附理論有兩個條件滿足。一是黏接劑要能很好的潤濕被黏物表面；液體黏接劑向被黏表面擴(kuò)散，逐漸潤濕被黏物表面并滲入表面微孔中，由點接觸變成面接觸。二是黏接劑與被黏物之間有較強(qiáng)的相互作用力；產(chǎn)生吸附作用形成次價鍵或主價鍵。

等離子表面處理技術(shù)

等離子體被稱為物質(zhì)的第四態(tài),它是由帶電的正離子、負(fù)離子、電子、自由基和各種活性基團(tuán)等組成的集合體。

等離子體表面處理技術(shù)是利用等離子體高能轟擊、活化反應(yīng)等物理化學(xué)方法，將污染物從工件上剝離去除的一種工藝方法。等離子處理不僅對塑料聚合物表面產(chǎn)生刻蝕作用,還引入了大量的含氧基團(tuán),如羥基、羧基及羰基等入親水性的活性官能團(tuán)。用等離子法處理PP、PE、聚四氟乙烯等難黏接材料的黏接強(qiáng)度大大提高。經(jīng)等離子處理后材料表面粗糙度變大，接觸角降低，表面張力改變，增加黏接劑對其浸潤和黏接力。如表1所示。

等離子處理具有無污染，工藝簡單及高通用性等優(yōu)點，且低溫等離子處理只會在聚合物材料表面(通常為幾到幾十納米)起作用，不會對基體原始性能產(chǎn)生任何影響。

聚合物的涂層、印刷、黏接等是塑料件二次加工必不可少的工藝，通過涂層、印刷、黏接等拓展塑料件應(yīng)用范圍，給人們應(yīng)用塑料帶來極大的方便，增加產(chǎn)品的美觀度。聚合物表面張力與聚合物本身材質(zhì)有著緊密的關(guān)系，通過等離子表面處理，對表面張力不適的聚合物進(jìn)行一系列的改進(jìn)，達(dá)到改變其表面張力為塑料件二次加工服務(wù)。對二次加工后產(chǎn)品的檢測是重要環(huán)節(jié)，檢測目的則是驗證涂層、印刷、黏接的實際效果，也間接驗證表面張力改變情況。