高分子材料，憑借其獨特的物理與化學(xué)特性，在工業(yè)制造、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)及日常生活的廣泛領(lǐng)域中發(fā)揮著不可或缺的作用，為國民經(jīng)濟的快速發(fā)展注入了強勁動力。聚合物產(chǎn)品的表面性能與其本體性能同樣關(guān)鍵，隨著消費者對產(chǎn)品品質(zhì)要求的日益提升，對塑料表面進行鍍膜、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)品二次加工中對塑料表面張力測試與處理等，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展現(xiàn)。

對于聚合物而言，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。溫度對表面張力影響較復(fù)雜，對絕大多數(shù)小分子體系，表面張力隨溫度升高而線性下降，對絕大多數(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呈線性關(guān)系，如式1所示。

式1中的σ∞為分子量無窮大時表面張力（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因素是溫度和分子結(jié)構(gòu)。液體表面張力測定由經(jīng)典物理化學(xué)方法測定，聚合物形成產(chǎn)品后的固體，其表面分子沒有流動性，表面張力測定沒有直接的方法，只能通過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程中發(fā)生密度的轉(zhuǎn)折變化，表面張力也會轉(zhuǎn)折變化。

1.2聚合物表面張力測試

固體表面自由能（簡稱表面能）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。對高表面能材料表面張力則大，表面潤濕性則強，低表面能材料表面張力則小，表面潤濕性則弱。如圖1所示符合荷葉效應(yīng)。

圖1示意了材料表面的潤濕狀況（網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

目前，還沒有直接測量聚合物表面張力的技術(shù)，這是因為固體聚合物不具備流動性，所以現(xiàn)有的表面張力測試技術(shù)無法應(yīng)用。聚合物的表面張力通常是通過間接方法或估算方法來獲取，其中最常用的工具是達因筆，也被稱為表面張力測試筆、電暈處理筆、塑料薄膜表面張力檢測筆等。達因筆的工作原理是通過在待測材料表面涂覆已知浸潤張力的測試液，然后觀察測試液的浸潤情況，以此來測定表面張力的大小。常用的達因筆測量范圍為28～72 mN/m（或者以兩種等同的單位形式表示，即28～72 mN/m，下文中將省略單位）。達因值通常為偶數(shù)，可以根據(jù)實際使用需求進行選擇，如圖2(a)所示。

圖2達因筆與測試示意圖（網(wǎng)圖，侵刪）

測試前先確定環(huán)境溫度、空氣濕度、以及被測物體表面溫度是否達到達因筆標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)條件（溫差越大，測量誤差越大）。測試方法圖2(b)所示塑料袋張力測試，當(dāng)30mN/m筆測試時，在2 s內(nèi)達因筆潤濕了基材表面，沒有收縮或分散情況，說明表面張力等于或大于30 mN/m；當(dāng)44 mN/m筆測試時，在2 s內(nèi)達因筆沒有潤濕了基材表面，出現(xiàn)收縮或分散水珠情況，說明表面張力小于44 mN/m。還可用大于30 mN/m筆測量，以此類推，直到測試結(jié)果在2 s內(nèi)改縮成水珠（球狀），則這測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℃時表面張力是31～33 mN/m。達因筆使用方便，保質(zhì)期為6個月。