基于达因笔测试法的HDPE表面张力的研究1
杨宏伟，费逸伟，佟丽萍，魏贤勇 （1.空军勤务学院，江苏徐州 221006）
[摘要] 利用达因笔，测试了浸泡在3号喷气燃料和75号航空汽油，不同表面氟化程度的高密度聚乙烯的表面张力；实验表明，未氟化高密度聚乙烯的达因数值为32，表面氟含量为190μg/cm的达因数值为44，含量为226μg/cm的达因数值为50，含量为283μg/cm
2
2
2
的达因数值为56；并且随着氟化程度的提高，高密度聚乙烯的表面能越高，粘附性越强。
关键词：达因；表面氟化；高密度聚乙烯；表面张力，表面能
Research on Developing Status and mechanism of
extreme-pressure and anti-wear additives
YANG Hong-wei Fei Yi-wei Tong Li-ping Wei Xian-yong
（Xu Zhou Air Force College，Xuzhou 221006，Jiangsu , China）
Abstract: The research situations of extreme pressure anti-wear additives in lubricant were briefly reviewed. The developing status and wear mechanism of sulfur type, chlorine type, phosphor type, molybdenum type, organic metal type, boron type, rare earth compounds type and nanometer type additives were summarized. Meanwhile, it is suggested that high-powered, multifunction, environment protecting and synthetic technology of additives will be the main research tendency of friction field at present and in the future.
Key words: Lubricant；Extreme pressure anti-wear additive；Wear mechanism；Tribochemistry
1 前言
由于固体高分子材料的表面，本身存在孔隙、凹凸不平等缺陷，又存在气体吸附等复杂的周边环境，因此难以直接准确测量其表面张力[1，2]。虽然科学研究者在实验的基础上探索了许多间接计算固体表面张力的方法，例如溶解热法、温度外推法、劈裂、接触角法和受拉法等[3-6]。但在工程应用和日常检测中，这些方法不仅各有不足，而且应用不方便。
根据资料[7]，DY-L系列达因笔能够方便准确的测试出塑料的表面张力是否达到试笔的数值。本实验为了研究氟化程度不同的高密度聚乙烯空心球在3号喷气燃料和75号航空汽油中的表面性能，利用达因笔涂覆微球表面的方法，通过观察微球表面的笔墨微珠收缩情况来判断微球的表面张力大小。
2 实验部分 2.1 材料及仪器
未氟化HDPE空心球（0#），氟化HDPE空心球（1#，2#，3#，表面氟化含量见表1），上海金菲石油化工有限公司；3号喷气燃料，75号航空汽油，大庆石化炼油厂生产；无水乙醇，含量(CH3CH2OH)，% ≥99.5，市售；32 mN/m、38 mN/m、44 mN/m、56 mN/m四种规格的达因笔，英国舒曼公司生产。
收稿日期：
作者简介：杨宏伟（1974 -），男，四川省荣县人，博士在读，空军勤务学院讲师，主要从事材料科学和油
品分析的教学与研究。
表1 三种HDPE空心球的表面氟化含量（μg/cm）
序号 1# 2# 3#
表面氟化含量（μg/cm）
283 226 190
22
2.2 测试方法步骤及表面张力评判标准
试验方法：使DY-L达因笔始终指向空心球的球心，加上适当的压力，轻轻在球体表面上画一条线。通常需要3支相邻型达因数的达因笔。
试验步骤：按照试验条件的不同分为三个试验组，试验前用无水乙醇洗净微球，然后在不同条件下对微球处理，将处理后的微球再用无水乙醇洗净，晾干，用达因笔涂覆微球表面，记录试验现象。
表面张力评判标准见表2，实验现象见图1。
表2 表面张力评判标准
编号 1 2 3
判断依据
画线分布均匀，不起任何珠点 画线慢慢收缩，有起珠点趋势 画线立即收缩，很快形成珠点
判断结果 高于或等于达因笔值 稍低于达因笔值 大大低于达因笔值
2.3 结果与讨论
对比未经浸泡的不同氟含量微球的达因试验现象，得出表4-6。
表4-6 不同微球在不同油品中的达因现象 0#微球
达因笔规格
3#航煤 1 3
75#航汽 1 2
1#微球 3#航煤 1 1 1 1
75#航汽 1 1 1 1
2#微球 3#航煤 1 1 1 2
75#航汽 1 1 1 1
3#微球 3#航煤 1 1 1 2
75#航汽 1 1 1 1
32达因笔 38达因笔 44达因笔 56达因笔
3（淡） 3（淡）
3
3（淡）
注：0#为未氟化微球，1#、2#、3#为氟化微球且氟含量逐渐增多；1指线条不收缩（大于等于≥），2指线
条部分收缩（略小于＜），3指线条完全收缩（远小于《）
经试验现象分析得出结论，未氟化微球达因值在32-38之间，氟化微球达因值在44-56之间，说明未氟化微球的表面张力远低于氟化微球，且随着微球表面氟含量的增加表面张力
也增加，因此，随着微球表面的氟含量增高，其憎油性能也更优良。
对比浸泡于3#喷气燃料1h与3h后微球的达因试验现象，得出实验现象如表4-7、4-8所示。经试验现象分析：浸泡过的微球达因值减小，说明在油品中浸泡使微球的表面张力降低。同时，未氟化微球浸泡后相对氟化微球表面发干，达因笔画上的线条显得暗淡，而氟化微球上的线条用一般洗洁精清除不掉，须用酒精用力擦拭，说明浸泡后的氟化微球粘附力强、表面能大，也说明氟化微球的憎油油性能优于未氟化微球。
表4-7 微球经过浸泡于3#喷气燃料1h后直接洗净擦干试验 未氟化微球1
达因笔规格
清洗
32达因笔 38达因笔 44达因笔 56达因笔
表4-8 微球经过浸泡于3#喷气燃料3小时后直接洗净擦干试验 未氟化微球1
达因笔规格
清洗
32达因笔 38达因笔 44达因笔 56达因笔
1（发干） 2（大部分）
2 3
擦干 1 2（大部分）
2 3
清洗 1 1 1 2（小部分）
擦干 1 1 1 2（小部分）
未氟化微球2
氟化微球1
氟化微球2
2（发干） 2（发干）
2 3
擦干 2（发干）
2 2 3
清洗 1 1 1 1
擦干 1 1 1
2（少部分收缩）
未氟化微球2
氟化微球1
氟化微球2
氟化微球的憎油性能之所以优于未氟化微球，是因为表面氟化层中的氟链段使微球表面张力下降，接触角增大，使其憎油性能提高。另外，氟化微球的憎油性能并不是随着氟含量增加无限增长下去，当含氟量达到一定值时，氟原子在薄膜表面铺展成一层氟化层，使其将碳链骨架包，再增加含氟量，并不能显著改变氟原子在薄膜表面的铺展，接触角的变化已不再明显，憎油性能也不再提高。
2 结束语
对氟化与未氟化微球进行达因试验，以此来比较他们的表面张力大小。从观察实验中它们出现的线条情况可知，未氟化微球表面线条显得最为暗淡，说明未氟化微球的表面张力最小，随着氟含量的增加所测得的微球表面张力就越大，说明氟化微球相比未氟化微球憎油性能更好，而氟含量越高其憎油性能更优良。同时未氟化微球相对于氟化微球表面线条发干，而氟化微球上的线条用一般洗洁精清除不掉，须用酒精用力擦拭，说明浸泡后的氟化微球粘附力强、表面能大，也说明氟化微球的憎油性能优于未氟化微球。
1.孙慕瑾，笪有仙.固体聚合物的表面张力研究.玻璃钢/复合材料.2004，（5），7-8，11.
2.罗晓斌，朱定一，石丽敏.基于接触角法计算表面张力的研究进展.科学技术与工程.2007，19（10），4997-5004. 3 赵国玺，朱步瑶．表面活性剂原理．北京：中国轻工业出版社，2003 4 朱步瑶，赵国玺．化学通报，1981；(6)：21-26
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7.王庆国.达因笔测试表面张力的方法.塑料包装.2008，18（4），49-50.
