粘接技術(shù)中的的五大理論淺析

自20世紀40年代以來，人們曾提出了許多粘接機理，歸納起來主要有吸附機理、靜電機理與擴散、機械咬合作用、化學(xué)鍵合作用這五大理論。

吸附作用與吸附理論

    膠黏劑分子與被粘物表面分子的相互作用過程有兩階段，第-階段是液體膠黏劑分子借助于布朗運動向被粘物表面擴散，使兩者的極性基團或鏈節(jié)相互靠近。在此過程中，升溫、施加接觸壓力、降低膠黏劑黏度等因素都有利于布朗運動的加強。第二階段是吸附力的產(chǎn)生，當膠黏劑與被粘物分子間的距離達到(10~5)X10-10m時分子便產(chǎn)生相互吸引作用，并使分子間的距離進一步縮短到能夠處于最大穩(wěn)定狀態(tài)的距離。這兩個階段不能截然分開，在膠液逐漸固化的過程中，往往都在進行。

    膠黏劑與粘接表面之間產(chǎn)生的吸附作用，可以是-種力單獨起作用，也可以是幾種力聯(lián)合起作用。吸附作用的大小除了與膠液和接合表面的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與分子間的距離有極大關(guān)系。當它們之間的距離為10X10 -10m時，吸附作用力可達10~100MPa，為(3~4)X10-10m時，吸附作用力可高達100~1000MPa。這個數(shù)值遠遠超過了目前最好的膠黏劑所能達到的強度。由此可知，能否促使膠液與接合表面之間達到分子間的接觸，是產(chǎn)生良好粘接強度的關(guān)鍵。

吸附理論正確地把粘接現(xiàn)象與分子間力的作用聯(lián)系起來，盡管粘接力與膠黏劑極性之間關(guān)系密切，但是在充分浸潤的情況下，聚合物與被粘物的色散力作用已能產(chǎn)生足夠高的粘接力，此時粘接體系分子接觸區(qū)的稠密程度是決定粘接力大小的最主要因素。實際上沒有必要孤立地研究粘接強度與極性的關(guān)系，因為膠黏劑的極性太高，有時候會妨礙浸潤而降低粘接力。

靜電作用與靜電理論

當膠黏劑-被粘物體系是-種電子的受供體時，可在界面區(qū)兩側(cè)形成雙電層而產(chǎn)生靜電引力。這種雙電子層產(chǎn)生靜電引力的情況，可借助驗電器觀察來證實。當固化后的膠層從接合表面剝離時，新生的表面帶有電荷，發(fā)光現(xiàn)象與剝離同時發(fā)生，電子發(fā)射強度隨剝離速度的加快而增大，而且當接合表面的材料不同時，剝離強度和電子發(fā)射強度也隨之不同。由此可知，在電子親和力有差異的膠液和接合表面之間存在著能夠產(chǎn)生粘接強度的靜電引力。

擴散作用與擴散理論

    兩種聚合物在具有相容性的前提下相互緊密接觸時，由于分子的布朗運動或鏈段的擺動可產(chǎn)牛相互擴散現(xiàn)象。這種擴散作用是穿越膠黏劑被粘物的界面交織地進行的，結(jié)果導(dǎo)致界面的消失和過渡區(qū)的產(chǎn)生，從而形成牢固的接頭。

在粘接體系中，適當降低膠黏劑的分子量有助于提高擴散系數(shù)，改善粘接性能，如橡膠通過適當?shù)乃軣捊到饪娠@著提高其自黏性能。

    聚合物的擴散作用不僅受其分子量的影響，而且受其分子結(jié)構(gòu)的影響。各種聚合物分子鏈排列堆集的緊密程度不同，其擴散行為有顯著不同。大分子內(nèi)有空穴或分子間有孔洞結(jié)構(gòu)者，擴散作用就比較強。天然橡膠有良好的自黏性，而乙丙橡膠自黏性差，就是由于前者具有空穴及孔洞結(jié)構(gòu)而后者沒有的緣故。

    聚合物間的擴散作用還受到兩聚合物的接觸時間、粘接溫度等的影響。兩聚合物相互粘接時，粘接溫度越高，時間越長，其擴散作用也越強，由擴散作用導(dǎo)致的粘接力就越高。

鎖合作用與機械理論

    機械理論認為粘接作用是由膠液與接合表現(xiàn)發(fā)生純機械咬合和鑲嵌而產(chǎn)生的。任何物體的表面即使用肉眼看來十分光滑，但放大后看也是十分粗糙的，有些表面還是多孔性的。當膠液涂布在接合表面上，充填滲透到表面的凹陷和縫隙中去，固化后便與接合表面互相咬合和鑲嵌，從而產(chǎn)生良好的粘接強度。

    膠黏劑在涂膠前除了對接合表面進行清洗處理外，往往還將接合表面打毛粗化就是為了增加粘接面積、形成更多的相嵌結(jié)合點，從而大大提高粘接強度。顯然表面過于粗糙，由于最高點互相接觸造成縫隙過大，使膠層易于斷裂或在凹陷處殘留氣泡，影響粘接效果。在實際使用中，金屬接合表面的加工精度一般在只，Ra3.2~12.5μm為宜，但厭氧膠由于需在隔絕空氣的情況下固化，因此要求有更高的加工精度。

這種微觀機械鎖合作用對多孔性材料的粘接強度的確會產(chǎn)生顯著影響，但對非多孔性表面的材料，這種作用應(yīng)是不重要的。然而，有些非多孔性表面的材料又能被粘好，這是機械理論無法解釋的。

互相反應(yīng)與化學(xué)鍵合理論

化學(xué)鍵力比以上各種作用均要強得多，實踐證明膠黏劑與被粘物之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)是確實存在的。例如硫化橡膠與黃銅，酚醛樹脂膠與鋁進行粘接時都發(fā)生了一定的化學(xué)反應(yīng)，形成了Cu-S、O-Ai鍵。使用偶聯(lián)劑于膠中是膠黏劑與被粘物間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的-種重要應(yīng)用?；瘜W(xué)鍵雖然有很大的強度，但是形成化學(xué)鍵必須滿足一定的量子化學(xué)條件，因此在那些可能形成化學(xué)鍵合的粘接體系中，發(fā)生化學(xué)鍵合的機會還是不多的，它們的存在可能對粘接強度不會產(chǎn)生太大的影響，但對粘接件的耐環(huán)境性的有利影響卻是不小的。