2、實驗部分

2.1原料和儀器

原料有：CBT500顆粒，純度＞99%，熔點為120~170℃；DBTL，分析純，錫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%~20%，純度＞99%，分解溫度＞150℃；HD120MO型均聚物聚丙烯(PP)顆粒，純度＞99%，熱變形溫度為88℃；乙二醇，分析純，純度＞99%；自制蒸餾水。

儀器有：光學(xué)接觸角測量儀、靜態(tài)接觸角測量儀、DSB?30油壓機(jī)、HH?138的精密烤箱、SCD?20μ/30H干燥機(jī)。

2.2樣品制備

測定薄板分別由2種材料CBT500和PP制成，用于一定溫度下不同材料液滴在相應(yīng)薄板上靜態(tài)接觸角的測量。采用抽真空熱壓工藝制備光滑薄板，成型工藝參數(shù)如表1所示，具體過程為：采用信易SCD?20μ/30H干燥機(jī)對CBT500和PP顆粒進(jìn)行干燥，干燥溫度、時間分別為80℃和24 h。采用HH?138的精密烤箱對干燥后CBT500和PP顆粒分別進(jìn)行預(yù)加熱，加熱溫度分別為140℃和160℃，加熱時間均為0.5 h。將預(yù)加熱CBT500和PP顆粒分別倒入溫度為130℃和150℃的模具中，采取抽真空熱壓工藝制備CBT500和PP光滑薄板。抽真空熱壓工藝包括6個階段：1)動模降至密封圈；2)抽真空；3)施壓；4)保壓；5)冷卻；6)開模取件。為獲得良好的密閉空間，動模應(yīng)迅速下降至密封圈并微壓，如圖2(a)所示。抽真空后，施加壓力將CBT500和PP顆粒壓實，制成相應(yīng)光滑薄板，如圖2(b)所示。

表1壓縮成型工藝參數(shù)

(a)動模下降至密封圈后抽真空；(b)施壓與保壓

2.3實驗方案

2.3.1 DBTL表面張力表征

采用瑞典Biolin Scientific Theta光學(xué)接觸角測量儀的懸滴法測量20，40，60，80，100和120℃溫度下DBTL的表面張力。將DBTL緩慢從自制滴管中滴出，當(dāng)液滴外形出現(xiàn)輕微縮頸時，保溫30 s，測量該狀態(tài)下表面張力，每個溫度點測5次求算術(shù)平均值作為該溫度下表面張力。

2.3.2靜態(tài)接觸角測量

采用上海中晨JC2000D靜態(tài)接觸角測量儀的量角法測量不同溫度下不同固液體系的靜態(tài)接觸角，其中不同固液體系分別是CBT500/DBTL、CBT500/乙二醇、CBT500/蒸餾水、PP/乙二醇、PP/蒸餾水、PP/DBTL。將薄板放置在樣品臺上并加熱10 min，再緩慢滴下體積為2.5μL的測試液滴，靜置10 s，測量液滴在光滑薄板上靜態(tài)接觸角，每個溫度點測5次求算術(shù)平均值作為該溫度下靜態(tài)接觸角。

3、結(jié)果與討論

3.1 DBTL表面張力

對20，40，60，80，100和120℃溫度下DBTL的表面張力1進(jìn)行測量，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知：溫度在60℃和100℃時方差較大，隨溫度升高，DBTL表面張力減小，且線性關(guān)系明顯。DBTL密度隨溫度增加而降低，導(dǎo)致DBTL流動性提高，液滴易形成，此外，空氣密度低，溫度對空氣密度影響忽略不計，致使DBTL與空氣密度差減小，從而導(dǎo)致表面張力隨溫度增加而減小。

圖3不同溫度下DBTL表面張力

3.2不同溫度下接觸角法計算DBTL與CBT500界面張力

對20，40，60，80，100和120℃溫度下DBTL在CBT500光滑薄板上靜態(tài)接觸角進(jìn)行測量，結(jié)果如圖4所示。結(jié)合上述溫度下DBTL界面張力1(如圖3所示)，將和1代入式(3)，計算相應(yīng)溫度下DBTL與CBT500的接觸角法界面張力12，結(jié)果如圖4中界面張力所示。由圖4可知：隨著溫度升高，接觸角和接觸角法界面張力具有相同的下降規(guī)律，不同溫度區(qū)間內(nèi)下降趨勢不同，20~60℃溫度區(qū)間下降趨勢最大，60~80℃溫度區(qū)間下降趨勢次之，80~120℃溫度區(qū)間下降趨勢平緩。由Young方程可得cos=(2?12)/1，代入上述關(guān)系，即溫度升高，接觸角減小；除此外，不同溫度區(qū)間內(nèi)，DBTL對CBT500初期誘導(dǎo)率不同，從而導(dǎo)致不同溫度區(qū)間內(nèi)靜態(tài)接觸角、界面張力下降趨勢不一致。

1—接觸角；2—界面張力。

在20~120℃溫度范圍內(nèi)，DBTL在CBT500光滑薄板上最大靜態(tài)接觸角為20.202°，低于采用接觸角法獲得高精度界面張力的最小靜態(tài)接觸角35°。采用接觸角法計算CBT500與DBTL界面張力誤差大，需要對計算結(jié)果進(jìn)行修正。

3.3依據(jù)相似理論修正接觸角法計算界面張力

相似理論在工程、儀器校正等方面有著廣泛的應(yīng)用，該應(yīng)用的基礎(chǔ)是結(jié)果趨勢一致，即定性。設(shè)原型(調(diào)和平均法)與模型(接觸角法)計算條件相似系數(shù)為1，結(jié)果比為，依據(jù)相似理論，采用調(diào)和平均法修正接觸角法界面張力計算值，使修正后接觸角法界面張力與調(diào)和平均計算值結(jié)果比為1。

3.3.1結(jié)果比

根據(jù)相似理論，相似系數(shù)為1時，不同溫度下結(jié)果比滿足式(10)，因此，只需計算一個溫度下結(jié)果比即可。采用調(diào)和平均法計算20℃溫度下CBT500與DBTL界面張力，獲得20℃溫度下結(jié)果比20，進(jìn)而獲得不同溫度下結(jié)果比。

調(diào)和平均法計算CBT500與DBTL界面張力(12)，CBT500、DBTL表面張力()、極性分量(p)、色散分量(d)研究是基礎(chǔ)。CBT500色散分量、極性分量通過引入2種測試液體求解二元二次方程組，DBTL色散分量、極性分量通過研究DBTL在PP薄板上靜態(tài)接觸角并結(jié)合表面張力是材料極性分量、色散分量之和進(jìn)行二元二次方程組求解。

圖5 20℃時不同液體在CBT500薄板上靜態(tài)接觸角

圖6 20℃時不同液體在PP薄板上靜態(tài)接觸角

根據(jù)上述計算，20℃溫度下，接觸角法計算CBT500與DBTL界面張力為1.799 7 mN/m，調(diào)和平均法計算值為1.2434 mN/m。調(diào)和平均法計算值比接觸角法小44.7%，20℃溫度下結(jié)果比20約為1.447，即=1.477。

3.3.2修正值

已知結(jié)果比為1.447，由式(10)可知，修正后20，40，60，80，100和120℃溫度下接觸角法界面張力修正前后結(jié)果如圖7所示。由圖7可知：修正前后界面張力與溫度變化規(guī)律具有一致性，100℃溫度以后界面張力變化細(xì)微，修正后接觸角法界面張力比修正前整體下降44.7%，更加接近真實值。

3.4界面張力與溫度表達(dá)式

無污染、無反應(yīng)條件下，溫度對不同材料體系界面張力的影響呈線性關(guān)系。本文忽略混合時物質(zhì)反應(yīng)與雜質(zhì)對界面張力的影響，以斜率變化為分界點，采用最小二乘法分段線性擬合修正后界面張力數(shù)據(jù)，獲得20~120℃溫度范圍內(nèi)修正后CBT500/DBTL界面張力與溫度函數(shù)關(guān)系式。依據(jù)界面張力與溫度斜率逐漸減小且趨于平緩和界面張力與溫度呈線性關(guān)系，以第三段界面張力與溫度關(guān)系式作為120~200℃溫度范圍內(nèi)界面張力函數(shù)關(guān)系式，即20~200℃溫度范圍內(nèi)，修正后CBT500/DBTL的界面張力與溫度之間的分段函數(shù)關(guān)系式為1—接觸角法；2—修正。

4結(jié)論

1)在20~120℃下：DBTL的表面張力隨溫度升高而減小，呈現(xiàn)出明顯的線性關(guān)系。

2)在20~120℃范圍內(nèi)，DBTL在CBT500薄板上的靜態(tài)接觸角和CBT500/DBTL樹脂體系的界面張力均隨著溫度的升高而減小。不同溫度區(qū)間內(nèi)，二者的減小趨勢不同：在20~60℃范圍內(nèi)，接觸角和界面張力隨溫度升高，下降趨勢最大；在60~80℃范圍內(nèi)，下降趨勢次之；在80~120℃范圍內(nèi)，下降趨勢平緩。

3)20℃下，采用調(diào)和平均法計算DBTL與CBT500界面張力為1.243 4 mN/m，接觸角法計算值為1.799 7 mN/m，調(diào)和平均法計算值相比接觸角法計算值約小44.74%，結(jié)果比=20≈1.447 4；依據(jù)相似理論，在20，40，60，80，100和120℃溫度下，修正后接觸角法計算得到的DBTL與CBT500界面張力比修正前整體小44.7%，更加接近真實值。

4)采用最小二乘法分段線性擬合界面張力修正值，得到了20~200℃范圍內(nèi)，CBT500/DBTL體系界面張力與溫度的分段關(guān)系式。分別是：20.00~58.46℃溫度范圍內(nèi)，斜率為?0.019 24，截距為1.609；58.46~80.26℃溫度范圍內(nèi)，斜率為?0.006 805，截距0.882 1；80.26~200.00℃溫度范圍內(nèi)，斜率為?0.001 58，截距0.462 1。