表面与界面习题讲解

、摩擦与磨损的定义。
摩擦：抵抗两物体接触表面发生切向相对运动的现象称为摩擦。
磨损：物体相对运动表面的物质不断损失或产生残余变形称为磨损。
、何谓复合材料？
用经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上的组分（或称组元），通过人工复合、组
、简述纤维增强复合材料的原则。
a.连续纤维复合材料：作为分散相的长纤维的两个端点都位于复合材料的边界处；
（不考）
、温度对离于型表面活性剂和非离于型表面活性剂溶解度的影响有什么不同?为什
么离子型表面活性剂在K．P点以上溶解度迅速增大，而非离于型表面活性剂在C.P
点变成浑浊?
1)离子型表面活性剂的溶解度随温度变化的特点是在足够低的温度下，溶解度随温度升
.非离子型表面活性剂溶液的溶
.
当温度上升时，氢键被削弱，升到一定温度，氢键断裂，表面活性剂从溶液中析出，
、为什么抗氧剂对聚合物的高温热处理有较大影响而对火焰材料没有影响?
因为火焰材料的表面本身就含有含氧基团，所以抗氧剂对其不会有影响。而聚合物表面本
、低温等离子处理对聚合物的表面改性能产生些什么效果？
低温等离子体对聚合物的表面改性在反应气体的或非反应性气体的气氛中进行反应。
,聚合物表面等离子氧化反应是自由基连锁反应,可生成含氧基团,如羧基, 羟基,
1）少量活性剂的加入可使水的表面张力迅速下降，但到某一浓度后，水溶液的表面张力
CMC)
2）影响因素：疏水基，亲水基，温度，其他因素（如加入电解质）
3）方法：貌似不考
、怎样根据Gibbs方程，通过溶液表面张力随表面活性剂浓度变化曲线的测定，求得
表面活性剂溶液的饱和表面吸附量以及表面活性剂分子在溶液表面上的占有面积?
1）物质的加入会使溶剂表面张力略微升高，属于此类物质的强电解质有无机盐、酸、碱
2）物质的加入会使溶剂的表面张力逐渐下降，如低碳醇、羧酸等有机化合物；
3）物质少量加入就会使溶剂表面张力急剧下降，但降到一定程度后，就变得很慢或几乎
、表面活性剂按亲水剂类型可怎样分类?
可分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、非离子型表面活性剂
比较物理吸附和化学吸附的区别。
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？
润湿过程有哪些类型？
可分为附着润湿，铺展润湿，浸渍润湿3中类型
液－气界面消
）
为什么说铺展是润湿的最高形式？
如何求润湿过程中的黏附功、浸润功、铺展系数？
掌握气体吸附法测定固体的比表面积的方法。（用BET模型来测定固体的比表面积。）
、什么叫相界面？有哪几类？
1)相界面：相邻相之间的交界面成为相界面。
2)分为3类：固相与固相的界面，固相与气相的界面，固相与液相的界面。
、材料表面与界面的表征手段有哪些？
材料表面与界面的表征主要通过对比表面积、表面张力（表面能）等测定来实现
1）比表面积
a 静态吸附法（BET）（测量准确度பைடு நூலகம்精度都很好，但达到吸附平衡慢，仪器装置较复杂，
,过氧基等.
、聚合物表面接枝有哪些方法？其原理各是什么？
1)表面接枝的方法可归类为三类：表面接枝聚合，大分子偶合反应，以及添加接枝共聚物。
表面接枝聚合:通过某种特殊技术，使聚合物表面产生活性种，用该表面大分子活性种
通过表面接枝，聚合物表面生长出一层新的具有特
从而达到显著的表面改性效果，而基质聚合物的本体性能不受影响.
质量为m，密度为ρ的立方体的比表面为：
水蒸气迅速冷却至25℃会发生过饱和现象。已知25℃时水的表面张力为71.49×10－3
，当过饱和水的蒸气压为正常平衡蒸气压的4倍时，求：
1）在此过饱和情况下，开始形成液滴的半径；
2）一滴此种水滴中含有多少个水分子？
rM2rV2PPlnRT0
在20℃下，若水的密度为ρ＝998.2kg/m3,表面张力为72.8Х10-3N/m，若水滴半径为
γ∝T成直线关系，测定不同温度下高聚物熔体的表面张力，外推到20℃时的表面张力）
分别用等张比容和内聚能密度法估算下列高分子化合物的表面张力。
聚苯乙烯 (2)聚乙二醉(聚氧化乙烯) )(LGSLSGSC
、怎样用几何平均法和调和平均法来测定聚合物的表面张力及其分量?平均法的例题，请用
（不考）
表面张力可由组成界面两相的表面张力的几何平均值来估算
8）用一系列测试液体测定其对高聚物的接触角θ ，由式（3-58）求出σ C,φ ，以σ C,
对σ LV作图，求σ S的状态方程法.
。求甲基丙烯酸甲酯
的表面张力
计算聚四氟乙烯的表面张力，已知V=45.5cm3/mol。
、计算PVC的固体浸润表面张力，已知水对 PVC的表面接触角为87度，二碘甲烷对PVC
b.非连续纤维复合材料：短纤维、晶须无规则地分散在基体材料中；
、何谓复合材料的界面？通常包含哪些部分？界面会产生哪些效应？
1)复合材料的界面是指基体与增强物之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能
基体和增强物的部分原始接触面；基体与增强物相互作用生成的反应产物，此产物与
基体和增强物的互扩散层；增强物上的表面涂层；基体和增强物上
36度。
、什么是表面活性剂?表面活性剂的分子结构有什么特点?
1) 像第三类物质那样，加入很少量就能大大降低溶剂的表面张力，使表面呈现活性状态
）表面活性剂分子有两种不同性质的基团所组成，一种是非极性的亲油基团，另一种是
、表面活性剂的浓度对溶液的表面张力有怎样的影响，为什么有这样的影响?
原因：
Chapter 1
、表面与界面的定义。
1)表面：固体与真空的界面；
2)界面：相邻两个结晶空间的交界面称为“界面”。
、叙述表面与本体的不同点。
因此，表面具有特殊性，它的性质将直接影响
材料的性质虽然与组成的本体有关，但其表面对性能的影响却占很大的比
、怎样测定固体材料的临界表面张力?临界表面张力是否等于固体的表面张力?为什么?
1）固体的临界表面张力等于与该固体上接触角恰好为零的液体的表面张力；
）不相等，临界表面张力比固体表面张力
小。
、总结固体聚合物表面张力的测试方法。
1）由熔融聚合物的表面张力-温度关系外推；
2）由表面张力与分子量关系，以σ -M-2/3 或σ 1/4对Mn-1作图外推；
、叙述高聚物的粘结及衡量粘结好坏的物理量。
1）粘结就其实质来说是一种界面现象，粘结过程是界面物理和化学发生变化的过程。高
）衡量粘结好坏的物理量为粘结强度，粘结强度与粘结界面的作用力有关。
、简述粘结界面的三类作用力。
1）机械力：如抛锚作用和摩擦作用所产生的力
）界面分子间作用力（范德华力）
、高聚物的磨损过程涉及哪几种机理？
高聚物的磨损过程涉及多种机理，以下述三种为主：
1）磨粒磨损：对摩面上硬的粗糙面或对摩面间的硬颗粒的切割或刨犁作用使软质高聚物
2）粘着磨损：对摩面间的粘着作用使高聚物从一个摩擦面转移到另一摩擦面，
3）疲劳磨损：局部范围内周期性应力作用造成高聚物的开裂与劈除。
1）非离子型表面活性剂乳状液随着温度升高,从原来O/W型转变为W/O型的温度,
(PIT), 也叫做亲水-亲油平衡温度(HLB温度).
2）HLB
（1）它没有考虑到油相与水相本身的性能（2）它没有考虑表面活
3）它没有考虑到温度及各相体积的影响
、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。
、对聚合物进行表面处理的目的是什么?
表面处理的目的就是改变表面化学组成，引进带有反应性的功能团；清除杂质或弱边界层
以提高聚合物表面的润湿性和粘合性等，通过表面
、聚烯烃薄膜经电晕处理后表面性能可能发生怎样的变化?
这些高能粒子与聚合物表面作用，使聚合表面产生自由基和离子，在空气中氧的作用下，
因而改善了聚合物的粘接性和润湿性。电晕处理可使薄膜
表面涂成改性法：化学涂层改性，硅烷偶联剂涂层改性；
等离子体表面改性
、简述材料界面的粘结理论。
1）粘结键理论2）界面浸润理论 3）变形层理论 4）束缚层理论 5）可逆水解理论 6）
7）弱边界层理论
、怎样用表面张力与温度或相对分子质量的关系间接测定 高分子材料的表面张力?
高聚物熔体表面张力外推法：
、何谓HLB值? HLB值对表面活性剂的选用有何指导意义？
）亲水-疏水平衡值HLB；
）HLB的大小表示表面活性剂亲水亲油性的相对大小，HLB值越大，表示该表面活性剂的
HLB越低，则亲油性或疏水性越强。
、试求表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的HLB值。
（不考）
、什么是相转移温度?用PIT表示表面活性剂的亲水、亲油性较HLB值有什么优点？
3）由等张比容法估算
4）由表面张力与内聚能关系估算
5）测定液体对聚合物的接触角由方程式（3-40）求取σ SL；
6）用两种已知σ d和σ p的液体测定其对高聚物的接触角,由几何平均法或调和平均法，
3-47）或（3-51）求出高聚物的表面张力及其分量
7）用同系列液体测出其对高聚物的接触角， 以cosθ - σ LV作图，求临界表面张力σ C。
d 理论计算：等张比容法、内聚能密度法、Tg参数计算法
、
这是因为位于材料本体的原子受到周围原子
0；而处于表面的原子只有局
,表面由此产生表面张力。
、单位体积的物体所具有的表面积称为比表面，请得 出下列结果：
半径为r的球形颗粒，其比表面为：
质量为m，密度为ρ的球形颗粒的比表面：