材料表面與界面-習(xí)題含答案

1、第一章1、什么是You ng方程？接觸角的大小與液體對(duì)固體的潤(rùn)濕性好壞有怎樣的關(guān) 系？答：Young方程：界面化學(xué)的基本方程之一。它是描述固氣、固液、液氣界面自 由能丫SV，丫SL, 丫Lv與接觸角0之間的關(guān)系式，亦稱潤(rùn)濕方程，表達(dá)式為: 丫SV-丫SL=YLvCO0。該方程適用于均勻表面和固液間無(wú)特殊作用的平衡狀態(tài)。關(guān)系： 一般來(lái)講，接觸角0的大小是判定潤(rùn)濕性好壞的依據(jù)，若0=0.cos0=1,液體完全潤(rùn)濕固體表面，液體在固體表面鋪展；若OV0V90液體可潤(rùn)濕固體，且0越小，潤(rùn)濕性越好；900180,液體不潤(rùn)濕固體;0=180,完全不潤(rùn)濕固體，液體在固體表面凝集成小球。2、水蒸氣驟冷會(huì)發(fā)生過(guò)

2、飽和現(xiàn)象，在夏天的烏云中，用飛機(jī)撒干冰微粒，試氣 溫驟降至293K,水氣的過(guò)飽和度(P/Ps)達(dá)4,已知在293K時(shí)，水的表面能力 為0.07288N/m,密度為997kg/m3，試計(jì)算：(1)在此時(shí)開始形成雨滴的半徑。(2)每一雨滴中所含水的分子數(shù)。,P 2 Mln-答：（1）根據(jù)Kelvin公式有PRT R開始形成的雨滴半徑為:RRT ln P0將數(shù)據(jù)代入得:20.07288 0.0188.314 293 997 In 4（2）每一雨滴中所含水的分子數(shù)為N=Nh,n=m/M=rV/M得3、在293k時(shí)，把半徑為1.0mm的水滴分散成半徑為1.0ym的小水滴，試計(jì)算（已知293K時(shí)水的表面G

3、ibbs自由為0.07288J.nf） （1）表面積是原來(lái)的多少倍？ （2）表面Gibbs自由能增加了多少？ （9分）答：（1）設(shè)大水滴的表面積為A,小水滴的總表面積為A,則小水滴數(shù)位N,大 水滴半徑為1,小水滴半徑為2。又因?yàn)閷⒋笏畏稚⒊蒒小水滴，則3343N432NJ!1.0mm1033推出2=1.0umA10941.0um221000故有A41.0mm即表面積是原來(lái)的1000倍。（2）表面Gibbs自由能的增加量為A22 2G dAs A A 4 r Nr2r1A17.79 1010mMVNA4 33 (R)NA4 3.14 (7.79 1010)39973 0.0186.02 102

4、366個(gè)A2N4 r224=4*3.142*0.07288*109*(10-6)2-(10-3)2=9.15 10-4J第二章1、什么是CM（濃度？試討論影響CMC勺因素。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)測(cè)定CMC勺方法。 答：（1）CMC濃度是指隨著表面活性劑濃度上升，溶液的表面張力逐漸下降，直至表面張力幾乎不變時(shí)所發(fā)生轉(zhuǎn)折時(shí)勺濃度。（2）疏水基勺影響、親水基、溫度、添加劑（電解質(zhì)、有機(jī)物） 。（3）測(cè)定方法：測(cè)定電導(dǎo)率、滲透壓、冰點(diǎn)、增溶性、洗凈力等物理量發(fā)生顯著變化勺轉(zhuǎn)折點(diǎn)2、 溫度對(duì)離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑溶解度勺影響有什么不同？ 為什么離子型表面活性劑在K.P點(diǎn)以上溶解度迅速增大， 而非離

5、子型表面活性劑 溶液在C.P點(diǎn)變成渾濁？答：（1）離子型：在足夠低勺溫度下，溶解度隨溫度升高而慢慢增大，當(dāng)溫度達(dá) 到一定值后，溶解度會(huì)突然增大Krafft現(xiàn)象非離子型： 溶解度隨溫度升高而下降， 當(dāng)溫度升高到一定溫度時(shí)， 溶液會(huì)突然變 渾濁（2）離子型：表面活性劑以膠束形式溶解非離子型：溫度上升時(shí)，氫鍵被削弱，達(dá)到C.P.點(diǎn)時(shí)，氫鍵斷裂，表面活性劑 從溶液中析出，溶液變得渾濁。3、試求表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉的HLBS。答：十二烷基苯磺酸鈉HLB=KH-藝L+7=38.7-（12+6）X0.47+7=37.24第三章1、試討論用液態(tài)氧化法處理聚合物的優(yōu)缺點(diǎn)。答：優(yōu)點(diǎn)：（1）可潤(rùn)濕性大大增加（

6、2）表面張力增大（3）與各種液體接觸角明 顯減小，粘接性能大大增加。 缺點(diǎn)：氧化處理會(huì)有大量的酸廢液產(chǎn)生，污染嚴(yán) 重。2、聚合物表面接枝有哪些方法？其原理各是什么？答：（1）表面接枝聚合 大分子偶合 添加接枝共聚物（2）表面接枝聚合：在光、輻射線、紫外線、等離子體使聚合物表面產(chǎn)生活性 種，引發(fā)乙烯基單體自由基聚合，進(jìn)行表面接枝。大分子偶合： 聚合物表面產(chǎn)生反應(yīng)性活性基團(tuán)，使之與帶有反應(yīng)基團(tuán)的大分子 反應(yīng)偶合，實(shí)現(xiàn)其表面接枝。添加接枝共聚物 在欲改性的高聚物中添加有界面活化性能的共聚物成型，共聚 物親基材段嵌入到基材內(nèi)部， 留下接枝段在基質(zhì)聚合物的表面上， 達(dá)到表面改性 的目的。3、分別用等張比

7、容和內(nèi)聚能密度法估算下列高分子化合物的表面張力1）聚苯乙烯2）聚乙二醇（聚氧化乙烯）（1）7 =（ /戌屮P捲的是原子團(tuán)的；弘比容、聚存物的摩爾體積=vm代入數(shù)值II P：聚苯乙烯為僅gGdLzmT聚乙一醇為狂1眉211嚴(yán)（2）內(nèi)聚能丸=0J27 X価X-52式屮F為結(jié)構(gòu)單無(wú)色散力常數(shù)，%氣孔為高聚物結(jié)構(gòu)單元的原子數(shù)為重復(fù)單元的摩爾體積。代入數(shù)據(jù)可以得到：聚苯乙烯為35.67x 10JN-m_1聚乙二醇為29.1xiO3Nm_1第四章1、什么是偶聯(lián)劑？說(shuō)明硅烷偶聯(lián)劑對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)塑料的作用機(jī)理。用偶聯(lián)劑 進(jìn)行表面處理有哪些方法？答：（1）偶聯(lián)劑是分子含有兩種不同性質(zhì)基團(tuán)的化合物，其中一種基團(tuán)可

8、與增 強(qiáng)材料發(fā)生物理或化學(xué)作用，另一種基團(tuán)可與基體發(fā)生物理或化學(xué)作用。（2）X基團(tuán)的水解，形成硅醇；硅醇的羥基之間以及硅醇的羥基與玻璃纖 維表面的羥基形成氫鍵；硅羥基間脫水形成硅氧鍵。2、高性能纖維的表面處理方法有哪些？答：（1）表面清潔處理（2）表面氧化處理（3）表面涂層（4）化學(xué)氣相沉積（5）電聚合處理（6）低溫等離子處理（7）表面接枝3、 什么是化學(xué)鍵理論？化學(xué)鍵理論有什么缺陷？舉例說(shuō)明化學(xué)鍵理論在碳纖維 表面處理中的應(yīng)用。答：（1）化學(xué)鍵理論認(rèn)為兩相之間實(shí)現(xiàn)有效的粘接，兩相的表面應(yīng)含有能相互 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活性基團(tuán)，通過(guò)官能團(tuán)的反應(yīng)以化學(xué)鍵合形成界面。若兩相不能 進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，也通過(guò)偶

9、聯(lián)劑的媒介作用以化學(xué)鍵相互結(jié)合。（2）缺陷：不能解釋以下現(xiàn)象 有些偶聯(lián)劑不含有與基體樹脂起反應(yīng)的活性 基團(tuán)，卻有很好的處理效果。 偶聯(lián)劑在增強(qiáng)纖維表面有多層結(jié)構(gòu)而并非由化學(xué) 鍵理論推導(dǎo)的單層結(jié)構(gòu)， 基體樹脂固化，熱應(yīng)力松弛效應(yīng)。（3）應(yīng)用：在表面氧化或等離子、輻射等處理過(guò)程中，纖維表面產(chǎn)生了羧基、羥基等含氧活性基團(tuán)，提高了與環(huán)氧等基體樹脂的反應(yīng)能力，使界面形成了化學(xué) 鍵，大大提高了粘接強(qiáng)度。第五章1、纖維對(duì)液體的接觸角的測(cè)定的方法有哪些？答：（1）單絲浸潤(rùn)法（2）單絲浸潤(rùn)力法（3）毛細(xì)浸潤(rùn)法2、簡(jiǎn)述單絲抜脫實(shí)驗(yàn)答：將單根纖維單絲的一部分垂直埋如基體之中，然后將單絲從集體中拔出，測(cè)定纖維抜脫的應(yīng)力，從而求出纖維與基體間的界面剪切強(qiáng)度。3、界面結(jié)合強(qiáng)度是否越強(qiáng)越好？為什么？答： （1） 界面結(jié)合不是越強(qiáng)越