材料表面與界面(編輯修改稿)
2024-09-12 00:06 本頁面
【文章內容簡介】 l reflection）衰減全反射法 MIR法（ multiple internal reflection）多重內反射法 激光拉曼光譜。 AES、 XMA、 ESCA、測電子能量、表面能的分析。 FT－ IR法： FT－ IR － ATR差譜、 FT－ IR高靈敏度反射法、 FT－ IR－擴散反射法等。 二、 表面物理性質 聚合物的表面物理性質有很多項目，但作為表面處理來考慮的重要物理性質是表面結晶性和表面粗糙度。 粘接性、印刷性、防污性、洗凈性及潤濕性等性質和表面是否結晶，表面粗糙度大小有很大關系。 氣體或液體的選擇滲透性除與表面的化學性質有關外，也依賴著表面結晶性。 （一）表面結晶性 ① 單晶表面 以簡單的高分子聚乙烯為例，將 PE用熱的二甲苯溶解后緩慢冷卻，在 90～ 70℃ 的溫度下得到無數(shù)小單晶。 在高溫可得到漂亮的結晶，在低溫生成樹枝狀結晶。 在高溫得到的 PE結晶為板狀，厚度即 C軸方向長度約為 100197。左右到數(shù)百 197。，非常薄。 ② 球晶結構 結晶的基本單位為單晶，但在實際中，對 PE薄膜用偏光顯微鏡很容易觀察到的是球晶。 球晶是板狀單晶的高次集合體，單晶和球晶結構的關系及與高分子整體結構的關系是研究高分子物理性能的重要基礎問題。 球晶的大小和結晶溫度有關，結晶溫度越高球晶越大，急冷變??； 另外，雜質及加入成核劑球晶變小，是由于形成的球晶數(shù)變多的緣故。 ③ 結晶性的評價 聚合物表面結晶情況如何將大大影響聚合物的表面性質。是什么樣的結晶？結晶度如何？對結晶度定量化目前很難，只能采取定性的方法。 1)由表面張力進行推測 通常，在結晶性高的表面上單位面積上的原子或分子的密度大。 分子密度大的表面分子間力大于內部分子間力之和，表面的分子間力通常用表面張力來表示。 對于非極性的聚合物來說，液體狀態(tài)下的表面張力 γl與密度 ρ之間有如下關系： P和 M分別是聚合物的摩爾等張體積和分子量。 γl = PM ρ 4 固體的表面層也符合該式，將 γl用 γc（臨界表面張力）代替， ρs（固體聚合物的密度）代替 ρ就成為下式： γc可由接觸角的方法測定，因此可得到 ρs。 可以說 ρs能代表結晶度的比例， P和 M是固定的，因此我們不必得出 ρs，只需由兩個 γc值就可以考察出表面結晶情況。 以聚烯烴中的 PE為例，非晶狀態(tài)和結晶狀態(tài)的密度分別用 ρs1和 ρs2來表示，非晶狀態(tài)和結晶狀態(tài)的表面的臨界表面張力分別用 γc1和 γc2來表示。 把 PE的單晶聚集體得到的 γc2=54dyne/cm， ρs2=PE的 γc1=31dyne/cm， ρs1=。 = PM 4γc ρsγc 1γc 2 =ρs 1ρs 2 4由以上的方法可以推測表面結晶性，但對于具有極性的聚合物不是很符合。 結晶聚合物的熔解熱△ H、熔解溫度 Tm等依賴于結晶狀態(tài)。如果求出表面層的這些值就可以搞清楚表面結晶化狀態(tài)。 2）熱分析 PE有如下公式： △ H=（ +） () 通過 X射線衍射得到的結晶常數(shù)可計算出 PE的比容積 V為，這樣可得到 PE的△ H為 ；而非晶態(tài)的PE的比容積 V為 ，代入式中得到熔解熱△ H為 0。 另外還有許多測定方法。在此不一一介紹。 （二）表面粗糙度 （ 1 ）表面粗糙度的重要性 聚合物表面的潤濕性能，除了和其化學組成、結晶性等本質因素有關系外還和表面粗糙度有關。 有的固體在結晶時還要發(fā)生 位錯 、 裂紋與缺陷 ；有的固體在熔融冷卻時表面發(fā)生凝固或收縮而呈現(xiàn) 不均勻形態(tài) ；有的固體表面與空氣發(fā)生 化學反應或吸附污染物質 ；更主要的是在固體生產(chǎn)和加工中形成的 粗糙痕跡 。 因此 ， 固體表面都普遍存在一定的粗糙度 ， 幾乎不存在分子級別的絕對光滑表面 。 固體的形貌是固體表面的特征之一。 由于液體具有表面張力，而且?guī)в幸欢ǖ恼扯龋源竺娣e的液體在靜止的狀態(tài)下是水平如鏡的。 但所有的固體表面都是粗糙的而不光滑的。 圖中 AA線為實際的不規(guī)則粗糙度表面輪廓曲線； BB為中線。BB以上和 AA形成的切面積與 BB以下和 AA形成的切面積相等。 BB 線為固體為絕對光滑時相同體積的假想固體表面。 AA線上往上突出的部分為“峰”，往下凹的部分為“谷”。最高峰與最低谷的垂直距離 Rmax為最大高度。 表面粗糙度： 固體表面的微觀不平度的定量尺度。 R= 真實表面積幾何表面積表面粗糙度 R a= 1n ∑ni =1hi表面的平均高度為 hi為峰谷的垂直距離。 為了提高聚
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