聚合物界面和表面页
聚合物表征——精选推荐
聚合物表征式中，Π为聚合物样品中高分子链及微晶体沿样品被拉伸方向的取向度，H°为赤道线上Debye环强度分布曲线的半高宽度。
Π值没有明确物理意义，只能做相对比较的参考数据。
固体聚合物形貌的表征同种高分子聚合物中的凝聚状态是随外部因素的不同而不同的，所谓外部因素，包括制备条件(合成条件)，受外力情况(剪切力、振动剪切，力的大小和频率等)，温度变化的历程等情况。
而固体聚合物凝聚态结构的差异，更直接影响到聚合物作为材料使用时的性能。
因此观察固体聚合物表面、断面及内部的微相分离结构，微孔及缺欠的分布，晶体尺寸、性状及分布，以及纳米尺度相分散的均匀程度等形貌特点，将为我们改进聚合物的加工制备条件，共混组份的选择，材料性能的优化提供数据。
表征方法与仪器:扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜、扫描隧道显微镜原子力显微镜(AFM):用原子力显微镜表征聚合物表面的形貌。
原子力显微镜使用微小探针来扫描被测聚合物的表面，当探针尖接近样品时，样品分子和探针尖端将产生范德华力。
因高分子种类、结构的不同、产生范德华力的大小也不同。
记录范德华力变化的情况，从而"观察"到聚合物表面的形貌。
由于原子力显微镜探针对聚合物表面的扫描是三维扫描，因此原子力显微镜形成的图像是聚合物表面的三维形貌。
用原子力显微镜可以观察聚合物表面的形貌，高分子链的构象，高分子链堆砌的有序情况和取向情况，纳米结构中相分离尺寸的大小和均匀程度，晶体结构、形状，结晶形成过程等信息。
扫描隧道显微镜(STM):用扫描隧道显微镜表征导电高聚物表面的形貌。
同原子力显微镜类似，扫描隧道显微镜也是利用微小探针对被测导电聚合物的表面进行扫描，当探针和导电聚合物的分子接近时，在外电场作用下，将在导电聚合物和探针之间，产生微弱的"隧道电流"。
因此测量"隧道电流"的发生点在聚合物表面的分布情况，可以"观察"到导电聚合物表面的形貌信息。
聚合物复合材料的界面强度与性能优化探讨
聚合物复合材料的界面强度与性能优化探讨在当今的材料科学领域，聚合物复合材料因其出色的性能和广泛的应用前景而备受关注。
这些材料通常由聚合物基体和增强相组成，通过巧妙的设计和制备，可以实现性能的优化和特定功能的赋予。
然而，在聚合物复合材料的性能优化中，界面强度的理解和调控起着至关重要的作用。
聚合物复合材料中的界面是指聚合物基体与增强相之间的过渡区域。
这个区域虽然在尺寸上相对较小，但对材料的整体性能却有着巨大的影响。
界面强度不足可能导致增强相与基体之间的结合不牢固，在受力时容易发生脱粘、开裂等失效行为，从而严重削弱材料的力学性能。
相反，良好的界面强度能够有效地传递应力，使增强相充分发挥其增强作用，提高材料的强度、刚度和韧性。
影响聚合物复合材料界面强度的因素众多。
首先，界面的化学相容性是一个关键因素。
如果聚合物基体和增强相之间的化学性质差异较大，相互之间的亲和力较弱，就难以形成牢固的界面结合。
例如，当使用无机纤维作为增强相时，由于其表面通常富含羟基等极性基团，而大多数聚合物是非极性的，这就导致了界面相容性的问题。
为了解决这一问题，常常需要对增强相进行表面处理，引入能够与聚合物基体相互作用的官能团，如硅烷偶联剂处理就是一种常见的方法。
界面的物理相互作用也对界面强度有着重要影响。
这种物理相互作用包括范德华力、氢键等。
增强相的表面粗糙度和孔隙率会影响界面的物理接触面积和紧密程度，进而影响物理相互作用的大小。
一般来说，适当增加增强相的表面粗糙度可以提高界面的机械嵌合作用，增强界面强度。
但过度粗糙的表面可能会引入缺陷，反而不利于界面性能。
此外，制备工艺条件也会显著影响聚合物复合材料的界面强度。
在复合材料的制备过程中，温度、压力、成型时间等参数都会对界面的形成和发展产生影响。
例如，在热压成型过程中，温度过高可能导致聚合物基体的降解，温度过低则可能无法实现良好的界面浸润和结合。
压力的大小和施加方式也会影响界面处的孔隙排除和应力分布。
材料表面与界面性质分析技术
材料表面与界面性质分析技术材料是人类社会发展的基础，它们蕴含着各种性质和特征，比如热学、力学、化学等等。
材料的性质往往由其内部构成及表面和界面特性所决定。
因此，对材料的表面和界面进行深入分析是非常必要和重要的。
那么，如何对材料的表面和界面进行分析呢？一、扫描电子显微镜技术扫描电子显微镜技术是一种常见的表面形貌观测和分析手段。
这种技术通过扫描电子束照射样品表面，并通过检测样品表面反射、散射和辐射等信号来获得样品表面的形貌和组成信息。
这种技术具有分辨率高、非接触、多功能等优点，可以被广泛应用于样品形貌、尺寸、表面化学成分等方面的探测和分析。
二、原子力显微镜技术原子力显微镜技术是一种高分辨、非接触表面显微镜技术。
它通过量子力学的原理来探测样品表面微观特征。
具体来说，是利用在极近距离下样品表面和探针之间的作用力进行采样。
原子力显微镜技术可用于表面拓扑、力学、电学、热学特性的表征，如原子尺度上的精确距离测量、接触区域的模拟和力学性质的量化等。
三、拉曼光谱技术拉曼光谱技术是一种照射样品后测量样品化学组成和分子结构的手段。
这种技术通过使用一束激光束引起样品内分子振动，以探测样品的分子成分和化学结构。
利用拉曼光谱技术可以非常精确地探测到许多有机和无机分子的结构，如聚合物中官能团的结构和亚表面结构等。
这种技术具有非常高的分辨率和精度，被广泛应用于材料科学和化学分析。
四、电化学阻抗谱技术电化学阻抗谱技术是一种通过分析材料接触面上的电化学反应来获得材料界面性质信息的技术。
该技术是基于对微小电压交流信号下材料粗糙表面的阻抗响应进行分析的，可揭示材料的化学反应、传输速率和电子传输特性等。
电化学阻抗谱技术可以用于生物医学、电池、阳极保护和光伏等领域的研究。
总之，对材料表面和界面特性进行精确分析可以检测到材料特性的微小变化，进而为各种材料科学应用提供基础数据和指导。
以上介绍的技术是常见的材料表面和界面性质分析技术，它们各自具有独特的优点和适用范围。
改变聚合物表面张力的方法与案例
作者简介：陶永亮（1956-），男，教授级高级工程师，从事高分子材料先进应用与模塑一体化成型工艺研究。
收稿日期：2023-03-27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。
1 聚合物表面张力定义与测试1.1 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[2~3]。
聚合物表面张力研究是较复杂的过程，涉及到聚改变聚合物表面张力的方法与案例陶永亮(重庆川仪工程塑料有限公司，重庆 400712)摘要：了解聚合物表面张力（或表面能），对研究聚合物在涂层、印刷、黏接等方面的操作具有重要指导意义[1]。
本文介绍了聚合物表面张力定义和部分聚合物表面张力测试方法，分别对涂层、印刷、黏接过程中聚合物表面张力不适时，做出了改变聚合物表面张力的对应措施，结合案例进行一定的描述。
解释了对涂层、印刷、黏接后样件检测其结果的主要试验方法。
聚合物复合材料的界面强度分析
聚合物复合材料的界面强度分析聚合物复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学方法组合而成的多相材料。
其中，聚合物基体和增强相之间的界面区域对于材料的整体性能起着至关重要的作用。
界面强度的大小直接影响着复合材料的力学性能、热性能、电性能等诸多方面。
因此，对聚合物复合材料界面强度的深入分析具有重要的理论和实际意义。
聚合物复合材料的界面是一个复杂的区域，其结构和性能与基体和增强相均有所不同。
在界面区域，由于两种材料的化学组成、物理结构和性能的差异，会产生一系列的物理和化学相互作用，如化学键合、范德华力、氢键、机械嵌合等。
这些相互作用共同决定了界面的强度。
影响聚合物复合材料界面强度的因素众多。
首先，基体和增强相的化学性质是关键因素之一。
如果两者的化学结构相似，能够形成较强的化学键合，如共价键或离子键，那么界面强度通常会较高。
反之，如果化学性质差异较大，难以形成有效的化学键合，界面强度则可能较低。
其次，界面的物理结构也对强度产生重要影响。
例如，界面的粗糙度、孔隙率等都会改变界面的接触面积和应力分布，从而影响界面强度。
较粗糙的界面可能会增加机械嵌合作用，提高界面强度；而过多的孔隙则可能成为应力集中点，降低界面强度。
再者，制备工艺条件也在很大程度上决定了界面强度。
复合材料的制备过程，如成型温度、压力、时间等，都会影响基体和增强相之间的相互扩散和化学反应，进而影响界面的结合情况。
为了准确评估聚合物复合材料的界面强度，研究人员开发了多种测试方法。
其中，单纤维拔出试验是一种常用的方法。
在该试验中，将一根纤维埋入基体中，然后施加外力将纤维拔出，通过测量拔出力和纤维的埋入长度等参数，可以计算出界面的剪切强度。
此外，还有微脱粘试验、短梁剪切试验等方法。
微脱粘试验通过施加微小的力使纤维与基体局部脱粘，从而测量界面的粘结强度；短梁剪切试验则是对复合材料的短梁进行剪切加载，通过分析破坏模式和强度来间接评估界面强度。
聚合物材料的分子动力学模拟
聚合物材料的分子动力学模拟一、聚合物材料概述聚合物材料是指由多种单体分子通过聚合反应生成的高分子化合物，具有独特的性质和广泛的应用领域，如塑料、纤维、橡胶、涂料等。
传统的聚合物研究主要侧重于材料的合成和性能表征，而现代的分子动力学模拟提供了一种研究聚合物结构、运动和性质的有效工具。
二、分子动力学模拟的基本原理分子动力学模拟是一种计算机仿真方法，通过在计算机上求解牛顿运动方程，模拟分子在特定环境下的运动和相互作用。
其中，分子的力场、动力学算法和模拟温度是模拟结果的关键因素。
在聚合物体系中，分子间吸引作用和斥力作用对于材料的性能有重要的影响，因此需要综合考虑纠正距离的范数作为分子间的相互作用势能以及吸引作用和斥力作用对力场的贡献。
同时，聚合物分子中的孤对电子和偶极矩等极化效应需要通过电势贡献的额外考虑。
动力学算法决定了在分子间作用下物体的运动模式和信息素的采样率，聚合物的运动轨迹和分子的碰撞模式都是力场和动力学算法共同决定的。
温度控制是模拟的第三个重要因素，更高的温度会加剧分子的运动性和相互作用，而更低的温度则会显著减缓模拟结果。
三、聚合物材料的分子动力学模拟研究1. 高分子聚合反应机理的模拟通过分子动力学模拟，可以模拟高分子聚合反应的机理和过程，如聚合机理、聚合反应速率、分子量分布、掺杂等。
例如，Wilkinson等通过分子动力学模拟，研究了丙烯酸甲酯的自由基聚合反应，确定了反应中自由基的化学计量比和反应速率等关键参数，为理解和控制高分子的合成过程提供了新的途径。
2. 聚合物材料的表面和界面性质模拟分子动力学模拟还可以研究材料的表面和界面性质，如表面张力、接触角、界面热、光学等。
例如，Kuo等通过分子动力学模拟，确定了聚焦乙烯/聚苯乙烯复合材料的相互作用性质、界面能和相分离性质，为理解该材料的物理和化学性质提供了理论依据。
3. 聚合物材料的力学性质模拟使用分子动力学模拟，可以计算和预测聚合物材料的力学性质，如弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。
材料表面与界面-习题含答案
第一章1、什么是Young方程?接触角的大小与液体对固体的润湿性好坏有怎样的关系？答：Young方程：界面化学的基本方程之一。
它是描述固气、固液、液气界面自由能γsv,γSL,γLv与接触角θ之间的关系式,亦称润湿方程，表达式为：γsv—γSL=γLv COSθ。
该方程适用于均匀表面和固液间无特殊作用的平衡状态。
关系：一般来讲，接触角θ的大小是判定润湿性好坏的依据，若θ=0。
cosθ=1，液体完全润湿固体表面，液体在固体表面铺展；若0＜θ＜90°，液体可润湿固体，且θ越小，润湿性越好;90°＜θ＜180°,液体不润湿固体;θ=180°，完全不润湿固体，液体在固体表面凝集成小球。
2、水蒸气骤冷会发生过饱和现象，在夏天的乌云中，用飞机撒干冰微粒,试气温骤降至293K,水气的过饱和度（P/Ps)达4，已知在293K时，水的表面能力为0.07288N/m，密度为997kg/m3,试计算：（1）在此时开始形成雨滴的半径。
（2）每一雨滴中所含水的分子数。
答:（1）根据Kelvin公式有开始形成的雨滴半径为：将数据代入得：（2）每一雨滴中所含水的分子数为N=N A n ，n=m/M= V/M，得3、在293k时，把半径为1.0mm的水滴分散成半径为1.0μm的小水滴,试计算(已知293K时水的表面Gibbs自由为0。
07288J 。
m—2）（1）表面积是原来的多少倍?（2）表面Gibbs自由能增加了多少？（9分）答：(1）设大水滴的表面积为A1，小水滴的总表面积为A2，则小水滴数位N，大水滴半径为r1,小水滴半径为r2.又因为将大水滴分散成N小水滴，则推出=故有即表面积是原来的1000倍。
（2）表面Gibbs自由能的增加量为=4*3。
142*0。
07288*[109*（10—6)2—（10-3)2］=第二章1、什么是CMC浓度？试讨论影响CMC的因素。
请设计一种实验测定CMC的方法。
界面聚合
汇报人：胡代鹏
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1 界面聚合的来源 2 界面聚合的类型 3 界面聚合的产品 4 界面聚合的优缺点 5 总结
PART ONE
界面聚合的来源
界面聚合的定义
1957年P．W．Morgan提出的界面缩聚方法，是缩聚高分子合成的—个重大进 展。这种方法是在多相(一般为两相)体系中，在相界面处进行的缩聚反应。它 已成为聚碳酸酯的主要生产方法，并广泛用于实验室及小规模合成聚酰胺、聚 砜、含磷缩聚物及其它耐高温缩聚物。
反应条件温和，在常温、常 压下进行反应，对设备要求 较低；
产品质量好，成本低。
界面聚合的缺点
聚合过程中使用大量剧毒光气和 有机溶剂，环境污染严重；
后处理工艺繁杂，且清洗和纯化会 产生大量的废水；
活性高的单体如二元酰氯合成成 本高，反应中需要回收大量的溶 剂以及设备体积庞大。
副产物难于从聚合物中除去，导致 生产的聚碳酸酯含有卤素类杂质， 影响产品的性能
界面缩聚（interfacial polycondensation）也叫界面聚合(interfacial polymerization）， 是一种单体聚合反应。将两种活性单体分别溶解在两种不互溶的溶剂中，再将这两种溶 液倒在一起，在两液相的界面上进行不可逆的缩聚反应，聚合产物不溶于溶剂，在界面 析出。
界面聚合的定义
概述 （1）它可使许多在高温下不稳定因而不能采用熔融缩聚方法的单体 顺利地进行缩聚反应，主要适用于分别存在于两相中的两种反应活 性高的单体之间的缩聚反应。
（2）发生在气──液相，液──液相，固──液相界面之间，实际应 用主要是以液──液相界面反应为主。它适用于合成聚酰胺、聚芳酯、 聚碳酸酯、聚亚胺酯等。
界面缩聚的分类