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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划固体材料表面能表面能的测试方法一、接触角法这种方法主要参考Fowkes的模型，该模型认为表面能是由可对材料表面引起作用的各种作用力引起的，并将固体和液体的表面自由能分解为色散作用成分、偶极作用成分、诱导作用成分、氢键作用成分、键作用成分、静电作用成分和给体受体作用成分之和。OWRK法建立在Fowkes固体表面能加和理论基础之上，将固体表面自由能分为色散和极性分量，分别反映接触相之间不同分子类型间的作用力。通过测试碳纤维与各种已知性质的小分子的接触角来计算碳纤维的表面能、色散分量和极性
2、分量。DCAT21表面/界面张力仪，Dataphysics仪器股份有限公司。用吊片法测试四种小分子探测液体与碳纤维的前进接触角，每种小分子液体的接触角均为至少5次实验的平均值，将前进接触角代替杨氏接触角进行纤维表面自由能的计算。由于纤维单丝的分散性较大，为了减少单丝分散性带来的测试误差，本文将4根碳纤维单丝均匀的黏在圆形夹具上，保证每根之间相互平行，并垂直于夹具底边，以保证4根纤维同时与液面接触。OWRK法建立在Fowkes固体表面能加和理论基础之上，将固体表面自由能分为色散和极性分量，分别反映接触相之间不同分子类型间的作用力。Owens和Wendt认为固液两接触相间的界面张力可表述如下:式中
3、分别为固体总表面能、色散分量和极性分量;表示测试液体表面张力、色散分量及极性分量，且满足将上述方程与杨氏方程结合得到:理论上，若能确定两种液体(已知)在固体表面的接触角，即可应用上述方程计算固体表面能和色散、极性分量。以上是用OWRK法计算表面能。二、反相气相色谱法IGC法:英国SMS公司。用甲烷测量死体积，载气为氦气，流速为10sccm。测试时探针箱温度35，柱温箱温度30，相对湿度为0%。注射浓度是0.04p/po。纤维装在经过惰性处理的玻璃柱内，质量为0.800g左右。为了除去碳纤维表面吸附的水和其他杂质，在注射探测液体分子之前，先进行柱子内条件的平衡和稳定，时间为30min。IGC测试
4、的基本原理是，首先通过测定已知低分子溶剂探针分子经过色谱柱的保留时间，计算得到探针分子的净保留体积，而保留体积与表面吸附自由能G有关，经过计算得到色谱柱内待测物的表面性质。表面能包含色散分量的贡献和极性分量的贡献，首先分析色散分量对碳纤维表面能的贡献。探针分子的净保留体积其中，j是James-Martin校正因子，由于色谱柱填充颗粒之间有黏性，导致载气流过柱子时产生压降，需要对载气的保留时间进行较正。m为样品质量。F为流速校正因子，与气流速度和色谱柱温度和柱压有关。tR是探针分子的保留时间，t0是死时间。tRt0是探针分子净保留时间，T是色谱柱温度。保留体积与表面吸附自由能G的关系方程如下:其
5、中，R是气体常数，K与待测物在色谱柱中的质量、待测物的表面积以及吸附状态相关，对于同一个研究体系，K值为常数。与探针和碳纤维间的黏附功的关系如下:G0=NAaWAG其中，NA是阿伏伽德罗常数，a为探针分子的表面积。根据Fowkes的黏附功计算公式，黏附功有两部分组成，其中，是色散分量的贡献，是极性分量的贡献。对于正构烷烃，黏附功主要是范得华力等色散力起主要作用，极性分量的贡献可以忽略，即:其中，是待测物和探针分子表面能的色散分量。根据Schultz等人的方法，由方程(5)、(6)和(7)得，在一定温度条件下对一系列正构烷烃的与作图，根据直线的斜率，可以求得值。而碳纤维表面能的极性分量通过测试极
6、性探针分子与碳纤维表面的相互作用自由能来间接测试。附自由能偏离了正构烷烃的图上，极性探针分子的吸直线，偏离的直线距离即为极性探针分子与碳纤维表面的相互作用吉布斯能(GSP)。Good-vanOss方法认为:其中，NA是阿伏伽德罗常数，a是探针分子的表面积，碳纤维表面受电子能力和供电子能力对表面能的贡献，和和是是极性探针分子受电子能力和供电子能力对表面能的贡献。理论上，只采用一种酸性探针分子和一种碱性探针分子就可以计算得到碳纤维表面能的极性分量。三、吸附法测量表面能对于具有晶体结构的固体可用理论估算法和实测法得到固体表面能。但对于煤这种“非晶物质”,表面能的计算尚不多见，用吸咐法计算煤的表面能。
7、应用.Langmuir吸附方法中的吸附常数a、b和相对比表面积S,根据表面化学原理可知,当CH4气体分子在煤表面上吸附时,CH4在煤表面区域的浓度一定大于煤结构内的浓度,此差值称为表面超量(mol/cm2),与吸附量Q的关系如下式:=Q/Q0S(5)式中:表面超量;Q吸附量;Q0CH4气体摩尔体积,/mol;S比表面积m2/g。根据吉布斯公式,可计算出煤表面张力的变化,即:d=一RTdlnP(6)整理(6)式可得:(7)因为Q=abP/(1+bP),将其代入(7)式得:(8)式中:R气体常数,/molK;二维应力,表示干净煤表面(未吸附)自由能与吸附气体后煤表面能之差值，J/m2。由上式可知,
8、煤的表面能变化取决于吸附量、气体体系的热力学参数(T、P)以及煤的物性参数(S)等。采用“重量吸附装置”对煤进行甲烷气体吸附。所谓重量法就是用石英弹簧秤直接测称吸附剂(煤)吸附气体(CH4)后所增加重量的方法(图1)。实验时应校正石英弹簧秤的浮力。实验条件为:煤样1g左右(烘干,粒度);温度(30士);压力050MPa;脱气真空;吸附质CH4(%)。实验时,在设置的温度下测定石英弹簧秤的长度变化并换算成吸附量Q(cm3/g)。吸附平衡时间为石英弹簧粘接的作用是发生在相互接触的界面间，首先是胶粘剂对被粘表面的充分的湿润，但良好的湿润只是必要条件，实现粘接还必须具备满足充分条件，这就是胶粘剂和被粘
9、物之间形成足够的粘合力。概括而言，粘接作用的形成，一是湿润性，二是粘合力，两者必须同时兼备。湿润又称润湿，是液体在固体表面分子间力作用下的均匀铺展现象，也就是液体对固体的亲和性。液体的湿润主要由表面张力所引起的，液体和固体皆有表面张力，对液体称为表面张力，而固体称为表面能。湿润性主要由胶粘剂和被粘物的表面能所决定，还与工艺条件、环境因素等有关。a+b=ab(润湿性）胶粘剂对被粘物的湿润只是粘接的前提，还必须能够形成粘接力，才能达到粘接的目的。粘接力是指胶粘剂与被粘物之间的连接力，它的产生不仅取决于胶粘剂和被粘物表面的结构和状态，而且还与粘接过程的工艺条件密切相关，粘接力是胶粘剂被粘物在界面上的
10、作用力或结合力，包括机械嵌合力、分子间力和化学建立，这里就不详细介绍了。总结：润湿是粘接的先决条件。表面能与润湿性的关系：1.固体表面能的大小决定了其可润湿性质，液体在固体表面能自发铺展的基本条件是液体的表面能要小于固体的表面能，液体的表面能越低越有利于铺展进行，反之不利于铺展进行。2.高表面能液体不能润湿低表面能固体。3.液体与固体表面能越接近，润湿性越差。4.在同一固体上，液体的表面能越高，润湿性越差。5.同一液体在表面能大的固体表面润湿性好。总结：表面能是影响粘接强度的重要因素，降低胶粘剂的表面能或增大被粘物的表面能可以增强胶粘剂在被粘物上的润湿性，从而提高粘接强度表面能的日常应用：1.
11、一般金属的表面能是高的，而胶粘剂用的有机聚合物往往具有低表面能，所以一般的有机聚合物胶粘剂能够很好的润湿金属表面，但金属表面常被一些有机物或无机物所污染，致使金属表面能发生改变，假如污染物是一种表面能低得物质，则金属表面能随之下降，胶粘剂在金属上的润湿性变差，粘接强度变低，所以我们在进行粘接前必须要清理金属表面才能使其获得相应的粘接效果。2.聚四氟乙烯的表面能很低，胶粘剂在聚四氟乙烯的表面不易润湿，难粘附，所以聚四氟乙烯又被称为不粘涂层。3.低表面能材料不但兼具疏水性与疏油性质，对抗污、抗溶剂有更强的能力，可以用于制造防污涂料，而且具有环保功能-提高油墨附着力的电晕处理基础知识-提高油墨附着力
12、的电晕处理基础知识电晕处理是广泛用于对塑料、纸张及金属箔作表面处理以改进油墨、油漆、连接剂及涂料的附着力。它被广泛采用的原因是效果好、能控制及便于掌握。尤其是因为电晕处理设备的效率及作用不断改进，与高产的加工设备保持着同步并进。一、可湿性与附着力电晕处理是改变不少非吸收性基材表面特性的一种有效手段，能使油墨有更好的湿润及附着性能，即所谓可湿性，这就是诸如油墨、底胶、涂料等对塑料、纸张或金属箔附着的基础。可湿性决定一种液体在一种固体表面上的展延性。水滴在亲水性表面就展延成一薄水层，而在亲油性表面却形成小水滴。水滴外表层的切线与固体表面间所形成的接触角，即表示该表面润湿性能的强弱，接触角越大，润湿
13、性能越差。润湿性视化学组成及表面结构而异。对塑料进行印刷或烫箔时，塑料表面的可湿性必须比油墨或箔的可湿性高，否则其展延、转移及附着均会发生困难。几种聚合物的表面性能大致如下：聚乙烯31-33mN/m聚丙烯29-30mN/m涤纶聚酯41-42mN/m通常用作油墨溶剂的表面能为：乙醇22mN/m、醋酸乙酯24mN/m，而水为72mN/m，就难以湿润塑料，所以水基油墨一般不用来印塑料。塑料是一种复合物质，含一种或多种聚合物及多种添加剂，如填充料、抗氧化剂、润滑剂、抗静电剂、颜料等。虽然塑料的主体聚合物的化学结构决定油墨或底胶的可湿性和附着力，但其添加剂会从塑料内部向表面迁移，而影响塑料的表面能。所以
14、，塑料存放的时间越长，或某些添加剂的含量越高时，其表面能的变化也越大。故塑料在印刷前还需对其表面能进行测试，并作电晕处理，以免发生转移或附着力不足的问题。一般来说，20-40千赫的中频处理大多就可以了。特殊处理则可采用特定的电极进行处理。UV油墨比溶剂性油墨要求塑料薄膜有更高的表面能，水基油墨系统含醇量高的也要求较高的表面能力，而且要求在狭的范围内，才能有好的附着力。以不同类型油墨印聚乙烯时，要求聚乙烯的表面能不低于如下：溶剂型油墨38-42mN/mUV油墨42-46mN/m水溶性墨42-48mN/m水基墨38-42mN/m对聚乙烯上涂料时，要求聚乙烯的表面能不低于如下：溶剂型胶38-42mN
15、/mUV涂料42-46mN/m乳剂42-48mN/m无溶剂胶粘剂44-48mN/m二、可湿性和附着力的测试在工业性实践中，聚合物表面能的测定是通过测试油墨按照DINISO8296或ASTMD2578-99a来进行的。按DINISO8296法，是以已知不同表面能的墨在拟测的薄膜上刷上约100mm长的墨条，并观察其90%以上的墨条边在2秒钟内是否发生收缩并形成墨滴，如有，则换低一级表面能的墨再刷墨条，进行同样的观察，直至不收缩和出现墨滴，此测试墨的表面能即相对应为该薄膜的表面能。此种方法是测试表面能中间数值的方法，小出入不计。按ASTMD2578-99a方法是以棉絮垫蘸测试墨涂出约2525mm的方块，参照上述相同的方法进行观察，测得的是薄膜的最低表面能数值。此种测试方法由于墨层厚薄均匀度难以掌握，其准确性不及DINISO8296法，DINISO82
