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高分子材料具有其独特的性能，在工业、农业、国防、民用生活等各个领域得到了广泛地应用，为国民经济发展做出了重要贡献。对于聚合物产品表面性能与其本体的性能同样重要，随着人们对产品表面质量和功能的追求，需对塑料表面要做些镀膜（涂层），油墨印刷、黏接等二次处理提高其表面质量与应用，在与其处理过程中，都与塑料表面张力有着重要的关系。表面张力是材料界面的最基本性能之一。表面张力与聚合物表面理化性质对其应用有着重要的影响。本文就塑料产品二次加工中对塑料表面张力测试与处理等，将作出相应的措施，以大家了解与掌握。

塑料聚合物表面张力定义与测试

表面张力定义

表面张力（surface tension）定义：液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。水等液体会产生使表面尽可能缩小的力，这个力称为“表面张力”。表面张力是一种物理效应，它使得液体的表面总是试图获得最小的、光滑的面积，就好像它是一层弹性的薄膜一样。其原因是液体的表面总是试图达到能量最低的状态。广义地所有两种不同物态的物质之间界面上的张力被称为表面张力。生活中清晨凝聚在叶片上的水滴、水龙头缓缓垂下的水滴，都是在表面张力的作用下形成的。此外，水黾之所以能站在水面上，也是由于表面张力的作用。

聚合物有晶态与非晶态之分，晶态的密度高于非晶态，由此晶态的表面张力高于非晶态。当然影响表面张力的两个因素是温度和分子结构。液体表面张力测定由经典物理化学方法测定，聚合物形成产品后的固体，其表面分子没有流动性，表面张力测定没有直接的方法，只能通过间接的方法或估算方法。聚合物表面张力随温度升高而呈线型降低。聚合物表面张力通常随分子量增大而增大。聚合物表面结构相似，但表面组成不同，影响聚合物的等当比容与密度，导致表面张力的改变。结晶型聚合物从溶体冷却成晶体的相比过程中发生密度的转折变化，表面张力也会转折变化。

聚合物表面张力测试

固体表面自由能（简称表面能）与表面张力联系较大。根据固体表面自由能大小，划分为低表面能材料与中表面能材料。对高表面能材料表面张力则大，表面润湿性则强，低表面能材料表面张力则小，表面润湿性则弱。如图1所示符合荷叶效应。

(a)低表面能材料表面润湿性则弱 （b）高表面能材料表面润湿性则强 

 图1 材料表面润湿情况示意图

目前尚无直接测定聚合物表面张力的方法，这是固体聚合物不具有流动性，现有的测定表面张力技术不能使用。聚合物表面张力测试是通过间接方法或估算方法获得，目前主要是用达因笔较为方便，又称表面张力测试笔、电晕处理笔、塑料薄膜表面张力检测笔等。达因笔测试表面张力原理：用已知浸润张力的测试涂覆在待测材料表面，观察测试液的浸润情况，进行表面张力大小的测定。常用达因笔测量值为28~72mN/m（或28~72mN/m两种单位形式为等同，下文中略去单位）达因值为双号，可根据使用情况进行选购，如图2(a)所示。

图2 达因笔与测试示意图

测试前先确定环境温度、空气湿度、以及被测物体表面温度是否达到达因笔标定的标准条件（温差越大，测量误差越大）。测试方法图2(b)所示塑料袋张力测试，当30mN/m笔测试时，在2s内达因笔润湿了基材表面，没有收缩或分散情况，说明表面张力等于或大于30mN/m；当44mN/m笔测试时，在2s内达因笔没有润湿了基材表面，出现收缩或分散水珠情况，说明表面张力小于44mN/m。还可用大于30mN/m笔测量，以此类推，直到测试结果在2s内改缩成水珠（球状），则这测试之前一次的值被视为基材表面能，并作比较用。

塑料件等离子表面处理获得好的黏接力

塑料之间（含与其他材料）黏接是塑件二次加工中必不可少的环节。聚合物之间（含与非金属或金属之间）黏接等都存在聚合物基料与不同材料之间界面黏接问题。黏接是不同材料界面间接触后相互作用的结果，靠分子间吸引力而黏接东西。被黏物与黏料的界面张力、表面自由能、界面间反应等都影响黏接。

黏接不同于涂层和印刷，是综合性强，影响因素复杂的一类技术，目前行业界有吸附理论、化学键形成理论、弱界层理论、扩散理论、静电理论、机械作用力理论等从各个层面诠释黏接原理。

为达到良好的黏接，吸附理论有两个条件满足。一是黏接剂要能很好的润湿被黏物表面；液体黏接剂向被黏表面扩散，逐渐润湿被黏物表面并渗入表面微孔中，由点接触变成面接触。二是黏接剂与被黏物之间有较强的相互作用力；产生吸附作用形成次价键或主价键。

等离子表面处理技术

等离子体被称为物质的第四态,它是由带电的正离子、负离子、电子、自由基和各种活性基团等组成的集合体。

等离子体表面处理技术是利用等离子体高能轰击、活化反应等物理化学方法，将污染物从工件上剥离去除的一种工艺方法。等离子处理不仅对塑料聚合物表面产生刻蚀作用,还引入了大量的含氧基团,如羟基、羧基及羰基等入亲水性的活性官能团。用等离子法处理PP、PE、聚四氟乙烯等难黏接材料的黏接强度大大提高。经等离子处理后材料表面粗糙度变大，接触角降低，表面张力改变，增加黏接剂对其浸润和黏接力。如表1所示。

等离子处理具有无污染，工艺简单及高通用性等优点，且低温等离子处理只会在聚合物材料表面(通常为几到几十纳米)起作用，不会对基体原始性能产生任何影响。

聚合物的涂层、印刷、黏接等是塑料件二次加工必不可少的工艺，通过涂层、印刷、黏接等拓展塑料件应用范围，给人们应用塑料带来极大的方便，增加产品的美观度。聚合物表面张力与聚合物本身材质有着紧密的关系，通过等离子表面处理，对表面张力不适的聚合物进行一系列的改进，达到改变其表面张力为塑料件二次加工服务。对二次加工后产品的检测是重要环节，检测目的则是验证涂层、印刷、黏接的实际效果，也间接验证表面张力改变情况。