高分子材料，憑借其獨(dú)特的物理與化學(xué)特性，在工業(yè)制造、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防建設(shè)及日常生活的廣泛領(lǐng)域中發(fā)揮著不可或缺的作用，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展注入了強(qiáng)勁動(dòng)力。聚合物產(chǎn)品的表面性能與其本體性能同樣關(guān)鍵，隨著消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)要求的日益提升，對(duì)塑料表面進(jìn)行鍍膜、涂層處理、油墨印刷及粘接等二次加工技術(shù)顯得尤為重要，這些措施旨在顯著提升產(chǎn)品的表面質(zhì)量和實(shí)用性。值得注意的是，所有這些表面處理技術(shù)均與塑料的表面張力緊密相關(guān)，作為材料界面的核心屬性之一，表面張力直接影響著塑料的加工效果及應(yīng)用表現(xiàn)。

本文就塑料產(chǎn)品二次加工中對(duì)塑料表面張力測(cè)試與處理等，將作出相應(yīng)的措施，以大家了解與掌握。

1聚合物表面張力的本質(zhì)與測(cè)量方法

1.1表面張力的定義

表面張力，這一物理現(xiàn)象源于液體表面層分子間引力的不均衡分布，它促使液體表面盡可能縮小，形成如同彈性薄膜般的張力狀態(tài)。這種力旨在使液體表面積最小化，以達(dá)到能量最低的穩(wěn)定狀態(tài)。從廣義上講，任何兩種不同物態(tài)界面間的張力均可視為表面張力，自然界中如清晨葉片上的露珠、緩慢滴落的水龍頭水珠等現(xiàn)象，均是表面張力作用下的直觀(guān)展現(xiàn)。

對(duì)于聚合物而言，其表面張力的研究復(fù)雜而深入，不僅關(guān)聯(lián)到材料的多種性能，還與表面自由能緊密相連。表面自由能在一定條件下（如給定T、P）增加單位表面所引起體系自由能的變化。表面張力在一定條件下（如給定T、P）增加單位表面長(zhǎng)度所需要的力。表面自由能和表面張力越大，體系越趨向于減小表面積。溫度對(duì)表面張力影響較復(fù)雜，對(duì)絕大多數(shù)小分子體系，表面張力隨溫度升高而線(xiàn)性下降，對(duì)絕大多數(shù)高分子體系也有同樣的變化規(guī)律，但下降幅度小于小分子體系。

聚合物的表面張力與材料本體分子量有關(guān)系，研究表明：同系高聚物的表面張力隨分子量的增加而增加。表面張力σ不是與分子量的M-1，而是與M-2/3呈線(xiàn)性關(guān)系，如式1所示。

式1中的σ∞為分子量無(wú)窮大時(shí)表面張力（常數(shù)）；Kb為常數(shù)；Mn為高聚物數(shù)均分子量。

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(gè)因素是溫度和分子結(jié)構(gòu)。液體表面張力測(cè)定由經(jīng)典物理化學(xué)方法測(cè)定，聚合物形成產(chǎn)品后的固體，其表面分子沒(méi)有流動(dòng)性，表面張力測(cè)定沒(méi)有直接的方法，只能通過(guò)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(xiàn)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(guò)程中發(fā)生密度的轉(zhuǎn)折變化，表面張力也會(huì)轉(zhuǎn)折變化。

1.2聚合物表面張力測(cè)試

固體表面自由能（簡(jiǎn)稱(chēng)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(duì)高表面能材料表面張力則大，表面潤(rùn)濕性則強(qiáng)，低表面能材料表面張力則小，表面潤(rùn)濕性則弱。如圖1所示符合荷葉效應(yīng)。

圖1示意了材料表面的潤(rùn)濕狀況（網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

目前，還沒(méi)有直接測(cè)量聚合物表面張力的技術(shù)，這是因?yàn)楣腆w聚合物不具備流動(dòng)性，所以現(xiàn)有的表面張力測(cè)試技術(shù)無(wú)法應(yīng)用。聚合物的表面張力通常是通過(guò)間接方法或估算方法來(lái)獲取，其中最常用的工具是達(dá)因筆，也被稱(chēng)為表面張力測(cè)試筆、電暈處理筆、塑料薄膜表面張力檢測(cè)筆等。達(dá)因筆的工作原理是通過(guò)在待測(cè)材料表面涂覆已知浸潤(rùn)張力的測(cè)試液，然后觀(guān)察測(cè)試液的浸潤(rùn)情況，以此來(lái)測(cè)定表面張力的大小。常用的達(dá)因筆測(cè)量范圍為28～72 mN/m（或者以?xún)煞N等同的單位形式表示，即28～72 mN/m，下文中將省略單位）。達(dá)因值通常為偶數(shù)，可以根據(jù)實(shí)際使用需求進(jìn)行選擇，如圖2(a)所示。

圖2達(dá)因筆與測(cè)試示意圖（網(wǎng)圖，侵刪）

測(cè)試前先確定環(huán)境溫度、空氣濕度、以及被測(cè)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(cè)量誤差越大）。測(cè)試方法圖2(b)所示塑料袋張力測(cè)試，當(dāng)30mN/m筆測(cè)試時(shí)，在2 s內(nèi)達(dá)因筆潤(rùn)濕了基材表面，沒(méi)有收縮或分散情況，說(shuō)明表面張力等于或大于30 mN/m；當(dāng)44 mN/m筆測(cè)試時(shí)，在2 s內(nèi)達(dá)因筆沒(méi)有潤(rùn)濕了基材表面，出現(xiàn)收縮或分散水珠情況，說(shuō)明表面張力小于44 mN/m。還可用大于30 mN/m筆測(cè)量，以此類(lèi)推，直到測(cè)試結(jié)果在2 s內(nèi)改縮成水珠（球狀），則這測(cè)試之前一次的值被視為基材表面能，并作比較用。塑料袋PP材質(zhì)在溫度20℃時(shí)表面張力是31～33 mN/m。達(dá)因筆使用方便，保質(zhì)期為6個(gè)月。