
粘接是不同材料界麵間接(jiē)觸後相互作用的結(jié)果。界麵(miàn)層的作用是膠粘科學中(zhōng)研究的基本問(wèn)題。諸如被粘物(wù)與粘料的界麵張力、表(biǎo)麵自由能、官能基團性質、界麵間反應(yīng)等都影響膠接。膠接(jiē)是綜合性強,影響因素複雜(zá)的一類技術,而現(xiàn)有的膠(jiāo)接理論都是從某一方麵出發來闡述其原理,所以至今全麵唯一的理論是沒有(yǒu)的。聚合物之間,聚合物與非金屬或金屬之間,金屬與金(jīn)屬和(hé)金屬與非金屬之間的膠接等都存在聚合物基料與不同材料之(zhī)間界麵膠接問題。
下述粘接理論考慮的基本點(diǎn)都與粘料的分子結構和被粘物的(de)表麵結構(gòu)以及它們之(zhī)間(jiān)相互作用有關(guān)。粘接強度不僅與被(bèi)粘劑與被粘物之間作用力有關,也與聚(jù)合物粘料的分子之間的作用力有關。高聚物分子的化學結構,以及聚集態都強烈地影響膠接強度,研究膠粘劑基(jī)料的分子結構,對設計、合成和選用膠粘(zhān)劑都十分重要。
1、吸附理論:
人們把固體對膠(jiāo)粘劑的吸附看成是膠接主要原因的理論,稱為(wéi)膠接的吸附理論。理論認為:粘接(jiē)力的主要(yào)來源是粘(zhān)接體係的分子作用力,即範德化引力和氫鍵力。膠粘與被粘物表(biǎo)麵的粘接力與吸附力具有(yǒu)某種相同的性質。
膠粘劑的極性太高,有時候會嚴重妨礙濕潤過程的進行而降低粘接力(lì)。分子間作用力是提供粘接力的因素,但不是唯一因素。在某些(xiē)特(tè)殊情況下,其(qí)他因素也能起主導作用。
膠(jiāo)粘劑分子與被粘物表麵分子的作用過程有兩個過程:第一階段是液(yè)體(tǐ)膠粘劑分子借助於布朗運動向被粘(zhān)物表麵擴散,使兩界麵(miàn)的極性(xìng)基(jī)團或鏈節相互拉近,在此過程中,升溫、施加接觸(chù)壓力和(hé)降低膠粘劑粘度等都(dōu)有利於布朗運(yùn)動的加強。第二階段是(shì)吸附力的產生。當膠粘劑與(yǔ)被(bèi)粘物分子間的距離達到10-5Å時,界麵分子(zǐ)之間(jiān)便(biàn)產生相互吸引力,使分子間(jiān)的(de)距離進(jìn)一步縮短到處於最(zuì)大穩定(dìng)狀態。
根據計算(suàn),由於範德華力的作用,當(dāng)兩個理想的平麵(miàn)相(xiàng)距為10Å時,它們之間的引(yǐn)力強度可達10-1000MPa;當距離為3-4Å時,可(kě)達100-1000MPa。這個數值遠遠超過(guò)現(xiàn)代最好的結構(gòu)膠粘劑所能(néng)達到的強度。因此,有人認為隻(zhī)要當兩個物體接觸很好時,即膠粘劑對粘接界麵充分潤濕,達(dá)到理想狀態的情況下,僅色散力的作用,就足以產生很高的膠接強度。可是實際(jì)膠接強度與理(lǐ)論計算(suàn)相差很大,這是因為固體的力學強度(dù)是一(yī)種力學性質,而不是分子性質,其大小取決於材(cái)料的每一個局部(bù)性質,而不等於分子作用力的總和。計算值是假定兩個理想平麵緊密接觸,並保證界麵層(céng)上各對分子(zǐ)間的作用同時遭到破壞(huài)時,也就不可能(néng)有保證各對分子之間的作用力同時(shí)發生。
2、 化學鍵形(xíng)成理論:
化學鍵(jiàn)理論認為膠粘劑與被粘物分子之間(jiān)除相互作用(yòng)力外,有時還有化學鍵產生,例如硫化橡膠與鍍銅金屬的膠接界麵、偶聯劑對膠接的作用、異氰酸酯對金屬(shǔ)與橡膠的膠接界麵等的研究,均證明有化學鍵的生成。化學鍵的強度(dù)比(bǐ)範(fàn)德化作用力高得多;化學鍵形(xíng)成不僅可以提高粘附強度,還可以克服脫附使膠接接頭破壞的弊病。但化學(xué)鍵的形成並不普(pǔ)通,要形成化學鍵必須滿足一定的量子化`件,所(suǒ)以不可能做到使膠粘劑與被粘物之間的接觸點都形成化學鍵。況且,單位(wèi)粘附界麵上化(huà)學鍵數要比分子間作用的數(shù)目少得多,因此粘附強度來自分子間的作用力是不可忽視的。

3、弱界層理論
當液體膠粘劑不能很好浸潤被粘(zhān)體表(biǎo)麵時,空氣泡留在空隙中而形成弱區。又如,當中含雜質能溶於熔(róng)融態(tài)膠粘劑,而不溶於固化後的膠粘劑(jì)時(shí),會在固體(tǐ)化後的膠粘形成另一相,在被(bèi)粘體與膠粘劑整體間產生弱界麵層(WBL)。產生WBL除(chú)工藝因素外,在聚合物成網或熔體相(xiàng)互作(zuò)用的成型過程中,膠粘劑與表麵吸(xī)附等(děng)熱力學現象中產生界層結構(gòu)的(de)不均勻性。不均勻性(xìng)界麵層(céng)就會有WBL出現。這種WBL的應力鬆弛和裂紋的(de)發展(zhǎn)都會(huì)不同,因而極大地影響著材料和製品的整體(tǐ)性(xìng)能。
4、擴散(sàn)理論
兩種聚合物在具有相容性的前(qián)提下(xià),當它們相互緊密接觸時,由於分子的布朗運動(dòng)或(huò)鏈段(duàn)的擺產(chǎn)生相互擴散現象。這種擴散作用是穿越膠粘(zhān)劑、被粘物的界麵交織進行的。擴(kuò)散的結果導致界(jiè)麵的消失和過渡區的產生。粘接體係(xì)借助擴散理論不能解釋(shì)聚合物材(cái)料與金屬、玻璃(lí)或其他硬體膠粘,因為聚合物很難(nán)向這類材料擴散。
5、靜電理論
當膠粘劑和被粘物體係是一種電子的接受體-供給體(tǐ)的組合(hé)形式時,電(diàn)子會從供給體(如金屬)轉移到接受體(如聚合物),在界麵區兩側形(xíng)成了雙電層,從而產生了(le)靜電引力。
在幹燥環(huán)境中從金屬表麵快(kuài)速剝(bāo)離粘接膠層時,可用儀器或肉眼觀察到放電的光(guāng)、聲現象,證實了靜電作用的存在。但靜(jìng)電作用僅存在於能夠形(xíng)成雙電層的粘接體係,因(yīn)此不具有普(pǔ)遍性。此外,有些學者指(zhǐ)出:雙電層中的電荷密度必須達到1021電(diàn)子(zǐ)/厘米2時,靜電吸引(yǐn)力才能(néng)對膠(jiāo)接強度產生較明(míng)顯的影響(xiǎng)。而(ér)雙電層棲(qī)移電荷產生密度的最大值隻有1019電(diàn)子/厘米2(有的認為隻有1010-1011電子(zǐ)/厘米2)。因此,靜電力雖然確實存在於某些特殊的粘接(jiē)體係,但決不是起(qǐ)主(zhǔ)導作用的因素。
6、機械作用(yòng)力理論
從物理化學觀點看,機械作用並不是產生粘接力的因素,而是增加粘接效果的一種方法。膠粘劑滲透到被粘物表麵的縫隙或凹凸(tū)之處,固化後在界麵區產生了齧合力,這些情況類似釘子(zǐ)與木材的接合或樹根植入(rù)泥(ní)土的作用。機械連接力的本質是摩擦力。在粘合多孔材料、紙張、織物等時,機構連接(jiē)力是很重要的,但對某些堅實而光滑的表麵,這(zhè)種作用並不顯著。