2、实验部分

2.1原料和仪器

原料有：CBT500颗粒，纯度＞99%，熔点为120~170℃；DBTL，分析纯，锡质量分数为18%~20%，纯度＞99%，分解温度＞150℃；HD120MO型均聚物聚丙烯(PP)颗粒，纯度＞99%，热变形温度为88℃；乙二醇，分析纯，纯度＞99%；自制蒸馏水。

仪器有：光学接触角测量仪、静态接触角测量仪、DSB−30油压机、HH−138的精密烤箱、SCD−20μ/30H干燥机。

2.2样品制备

测定薄板分别由2种材料CBT500和PP制成，用于一定温度下不同材料液滴在相应薄板上静态接触角的测量。采用抽真空热压工艺制备光滑薄板，成型工艺参数如表1所示，具体过程为：采用信易SCD−20μ/30H干燥机对CBT500和PP颗粒进行干燥，干燥温度、时间分别为80℃和24 h。采用HH−138的精密烤箱对干燥后CBT500和PP颗粒分别进行预加热，加热温度分别为140℃和160℃，加热时间均为0.5 h。将预加热CBT500和PP颗粒分别倒入温度为130℃和150℃的模具中，采取抽真空热压工艺制备CBT500和PP光滑薄板。抽真空热压工艺包括6个阶段：1)动模降至密封圈；2)抽真空；3)施压；4)保压；5)冷却；6)开模取件。为获得良好的密闭空间，动模应迅速下降至密封圈并微压，如图2(a)所示。抽真空后，施加压力将CBT500和PP颗粒压实，制成相应光滑薄板，如图2(b)所示。

表1压缩成型工艺参数

(a)动模下降至密封圈后抽真空；(b)施压与保压

2.3实验方案

2.3.1 DBTL表面张力表征

采用瑞典Biolin Scientific Theta光学接触角测量仪的悬滴法测量20，40，60，80，100和120℃温度下DBTL的表面张力。将DBTL缓慢从自制滴管中滴出，当液滴外形出现轻微缩颈时，保温30 s，测量该状态下表面张力，每个温度点测5次求算术平均值作为该温度下表面张力。

2.3.2静态接触角测量

采用上海中晨JC2000D静态接触角测量仪的量角法测量不同温度下不同固液体系的静态接触角，其中不同固液体系分别是CBT500/DBTL、CBT500/乙二醇、CBT500/蒸馏水、PP/乙二醇、PP/蒸馏水、PP/DBTL。将薄板放置在样品台上并加热10 min，再缓慢滴下体积为2.5μL的测试液滴，静置10 s，测量液滴在光滑薄板上静态接触角，每个温度点测5次求算术平均值作为该温度下静态接触角。

3、结果与讨论

3.1 DBTL表面张力

对20，40，60，80，100和120℃温度下DBTL的表面张力1进行测量，结果如图3所示。由图3可知：温度在60℃和100℃时方差较大，随温度升高，DBTL表面张力减小，且线性关系明显。DBTL密度随温度增加而降低，导致DBTL流动性提高，液滴易形成，此外，空气密度低，温度对空气密度影响忽略不计，致使DBTL与空气密度差减小，从而导致表面张力随温度增加而减小。

图3不同温度下DBTL表面张力

3.2不同温度下接触角法计算DBTL与CBT500界面张力

对20，40，60，80，100和120℃温度下DBTL在CBT500光滑薄板上静态接触角进行测量，结果如图4所示。结合上述温度下DBTL界面张力1(如图3所示)，将和1代入式(3)，计算相应温度下DBTL与CBT500的接触角法界面张力12，结果如图4中界面张力所示。由图4可知：随着温度升高，接触角和接触角法界面张力具有相同的下降规律，不同温度区间内下降趋势不同，20~60℃温度区间下降趋势最大，60~80℃温度区间下降趋势次之，80~120℃温度区间下降趋势平缓。由Young方程可得cos=(2−12)/1，代入上述关系，即温度升高，接触角减小；除此外，不同温度区间内，DBTL对CBT500初期诱导率不同，从而导致不同温度区间内静态接触角、界面张力下降趋势不一致。

1—接触角；2—界面张力。

在20~120℃温度范围内，DBTL在CBT500光滑薄板上最大静态接触角为20.202°，低于采用接触角法获得高精度界面张力的最小静态接触角35°。采用接触角法计算CBT500与DBTL界面张力误差大，需要对计算结果进行修正。

3.3依据相似理论修正接触角法计算界面张力

相似理论在工程、仪器校正等方面有着广泛的应用，该应用的基础是结果趋势一致，即定性。设原型(调和平均法)与模型(接触角法)计算条件相似系数为1，结果比为，依据相似理论，采用调和平均法修正接触角法界面张力计算值，使修正后接触角法界面张力与调和平均计算值结果比为1。

3.3.1结果比

根据相似理论，相似系数为1时，不同温度下结果比满足式(10)，因此，只需计算一个温度下结果比即可。采用调和平均法计算20℃温度下CBT500与DBTL界面张力，获得20℃温度下结果比20，进而获得不同温度下结果比。

调和平均法计算CBT500与DBTL界面张力(12)，CBT500、DBTL表面张力()、极性分量(p)、色散分量(d)研究是基础。CBT500色散分量、极性分量通过引入2种测试液体求解二元二次方程组，DBTL色散分量、极性分量通过研究DBTL在PP薄板上静态接触角并结合表面张力是材料极性分量、色散分量之和进行二元二次方程组求解。

图5 20℃时不同液体在CBT500薄板上静态接触角

图6 20℃时不同液体在PP薄板上静态接触角

根据上述计算，20℃温度下，接触角法计算CBT500与DBTL界面张力为1.799 7 mN/m，调和平均法计算值为1.2434 mN/m。调和平均法计算值比接触角法小44.7%，20℃温度下结果比20约为1.447，即=1.477。

3.3.2修正值

已知结果比为1.447，由式(10)可知，修正后20，40，60，80，100和120℃温度下接触角法界面张力修正前后结果如图7所示。由图7可知：修正前后界面张力与温度变化规律具有一致性，100℃温度以后界面张力变化细微，修正后接触角法界面张力比修正前整体下降44.7%，更加接近真实值。

3.4界面张力与温度表达式

无污染、无反应条件下，温度对不同材料体系界面张力的影响呈线性关系。本文忽略混合时物质反应与杂质对界面张力的影响，以斜率变化为分界点，采用最小二乘法分段线性拟合修正后界面张力数据，获得20~120℃温度范围内修正后CBT500/DBTL界面张力与温度函数关系式。依据界面张力与温度斜率逐渐减小且趋于平缓和界面张力与温度呈线性关系，以第三段界面张力与温度关系式作为120~200℃温度范围内界面张力函数关系式，即20~200℃温度范围内，修正后CBT500/DBTL的界面张力与温度之间的分段函数关系式为1—接触角法；2—修正。

4结论

1)在20~120℃下：DBTL的表面张力随温度升高而减小，呈现出明显的线性关系。

2)在20~120℃范围内，DBTL在CBT500薄板上的静态接触角和CBT500/DBTL树脂体系的界面张力均随着温度的升高而减小。不同温度区间内，二者的减小趋势不同：在20~60℃范围内，接触角和界面张力随温度升高，下降趋势最大；在60~80℃范围内，下降趋势次之；在80~120℃范围内，下降趋势平缓。

3)20℃下，采用调和平均法计算DBTL与CBT500界面张力为1.243 4 mN/m，接触角法计算值为1.799 7 mN/m，调和平均法计算值相比接触角法计算值约小44.74%，结果比=20≈1.447 4；依据相似理论，在20，40，60，80，100和120℃温度下，修正后接触角法计算得到的DBTL与CBT500界面张力比修正前整体小44.7%，更加接近真实值。

4)采用最小二乘法分段线性拟合界面张力修正值，得到了20~200℃范围内，CBT500/DBTL体系界面张力与温度的分段关系式。分别是：20.00~58.46℃温度范围内，斜率为−0.019 24，截距为1.609；58.46~80.26℃温度范围内，斜率为−0.006 805，截距0.882 1；80.26~200.00℃温度范围内，斜率为−0.001 58，截距0.462 1。