第九章 聚合物表面的与界面.ppt

第9章 聚合物表面与界面;9.1 表界面的定义;9.2 表面张力和表面自由能;9.3 润湿现象;9.3.1 Young 方程和接触角;9.3.2 粘附功;;9.4 接触角的测定方法;停滴法测接触角; 吊片法;吊片法测接触角; 电子天平法;电子天平法测接触角;电子天平测得的力变化?P;如果液体完全润湿纤维，则：;9.5 表面活性剂;;把能使溶剂表面张力降低的物质称为具有表面活性的物质。;9.6 高分子材料的表界面;表面张力与分子量的关系; 共聚、共混和添加剂对表面张力的影响;氧化乙烯-氧化丙烯共聚物的表面张力; 嵌段与接枝共聚;嵌段共聚物组成对表面张力的影响;高韧性PP冲击试样切面的AFM图像 ; 共 混;氧化乙烯-氧化丙烯共混物的表面张力;高聚物表面因表面能低、化学惰性、表面污染 及存在弱边界层等原因，往往难以润湿和粘 合。因此，常常要对高聚物进行表面处理。;; 电晕放电处理;电晕放电处理装置示意图;当施加高压电时，局部发光放电，产生电 子、正离子、负离子。结果在阳极和阴极之 间产生电晕。;电晕放电对表面张力的影响;电晕放电对剥离力的影响; 火焰处理和热处理;高聚物中的抗氧剂对火焰和等离子氧化无影响，但它能阻止热氧化。; 聚烯烃的液态氧化处理;剥离强度与铬酸酸蚀时间的关系; 臭氧氧化前后聚丙烯表面性能的变化;聚乙烯的红外羰基吸收带;经Ar或N2等离子处理PE光电子能谱;经Ar或N2等离子处理的聚四氟乙烯光电子能谱;等离子处理对接触角的影响;铝/环氧粘结剂/聚乙烯的搭接剪切强度随He等离子处理时间的变化; 表面接枝;典型的表面接枝法;1) 表面接枝聚合法;（a） 射线辐照法;（Ⅰ）同时照射法;辐照接枝的原理 ;常用单体有苯乙烯类、（甲基）丙烯酸酯 类、丙烯腈类、丙烯酰胺、乙烯吡啶等。 影响接枝的因素有单体对辐照的敏感度、单 体浓度、辐照剂量、溶剂、温度，氧等。 优点是辐照与接枝过程同时进行，操作比较 简便。 缺点是体系在发生接枝聚合的同时也会发生 单体的均聚反应，降低了接枝效率 。 ;（Ⅱ）前辐照法;无氧辐照 ;有氧辐照;聚乙烯表面丙烯胺的放射线接枝聚合;（b） 低温等离子法;若在惰性等离子处理中引入乙烯基单体，基材表面的自由基就会引发单体进行接枝聚合反应：;若在有氧等离子处理中，大分子自由基与氧作用，生成过氧化物：;在乙烯基单体存在下，过氧化物分解产生的自由基就会引发单体发生接枝聚合反应：;等离子处理后HDPE的丙烯腈接枝聚合;聚丙烯表面聚丙烯酰胺接枝量与辉光放电时间的关系;辉光放电时间与聚合活性种浓度的关系;（c） 光化学接枝法;（Ⅰ）直接光引发;（Ⅱ）光敏剂引发;第2类光敏剂吸收光能后，本身不直接形成自由基，而是产生激发态分子，激发态分子再和聚合物反应，在表面形成大分子自由基。;2) 偶合接枝法;偶合接枝法是利用高聚物表面的官能团与接枝聚合物反应而实现聚合物的表面改性。 聚氨酯表面接枝肝磷脂 ;乙烯-乙烯醇共聚物的接触角随氨基甲酸化反应时间的变化;用过氧化物夺取聚丙烯分子链上的叔氢原子形成自由基，再与马来酸酐反应，就在聚丙烯分子链上接枝了具有反应活性的酸酐基团，利用酸酐与带羟基或胺基的聚合物反应，就可再聚丙烯表面实现偶合接枝。;;3) 添加接枝共聚物法;接枝共聚物在PMMA中添加量对接触角的影响;9.8 复合材料的界面;纤维增强塑料复合前后的结构示意图;复合材料破坏过程中的能量吸收;复合材料界面模型;;浸润和不浸润的界面;浸润性不是界面粘接的唯一条件。例如，氯丙基硅烷的表面张力为48.8mN/m，溴苯基硅烷的表面张力为49.4mN/m，它们的表面张力大，但却对不饱和聚酯无效；而乙烯基硅烷的表面张力只有33.4mN/m，却是对不饱和聚酯有效的偶联剂；乙基硅烷的表面张力与乙烯基硅烷相似，对不饱和聚酯却是无效的。环氧树脂对新鲜的E玻纤表面浸润性好，但粘接性却不好，界面耐水老化性也差，但若用胺丙基硅烷处理E玻纤，对环氧的浸润性下降，但界面的粘接性却提高。 ;界面化学反应; 化学键理论的成功： 硅烷偶联剂的应用； 碳纤维、有机纤维等的表面处理; 可逆水解理论;硅烷在无机表面上的可逆平衡吸附层; 扩散理论; 分子链的相互扩散;相互扩散实质上是界面中发生互溶，粘结的两相之间界面消失，变成了一个过渡区域，因此对粘接强度提高有利。 当两种高聚物的溶解度参数接近时，便容易发生互溶和扩散，得到比较高的粘接强度。 ; 剥离强度与溶解度参数的关系;9.9 偶联剂; 有机硅烷偶联剂;硅烷偶联剂的作用机理如下：;（2）硅醇的硅羟基之间以及硅醇硅羟基与玻纤表面硅羟基之间形成氢键。 ;（3）硅羟基之间脱水形成-Si-O-