
粘接是不同材料界麵間接觸後相互作用(yòng)的結果。界麵層的作用是膠粘(zhān)科學中研究的基本問(wèn)題。諸如被粘物與粘料的界麵張力(lì)、表麵自由能、官能基團性質、界麵間(jiān)反應等都影響膠(jiāo)接。膠(jiāo)接是綜(zōng)合性(xìng)強(qiáng),影響因素複(fù)雜的一類技(jì)術(shù),而現有的膠接(jiē)理論都是從某一方麵出發來闡述其原理,所以(yǐ)至今全麵唯一的理論是沒有的。聚(jù)合物之(zhī)間,聚合物與非金屬或(huò)金屬(shǔ)之間,金(jīn)屬與金屬(shǔ)和金屬與非金屬之間的膠(jiāo)接等都存在(zài)聚合物基料與不同材料之(zhī)間界麵膠接問(wèn)題。
下述粘接理論(lùn)考慮的基本點都(dōu)與粘料(liào)的分子(zǐ)結構和被粘物(wù)的表麵結構以及它們之間相互作用有關。粘接(jiē)強(qiáng)度不僅(jǐn)與被粘劑與被粘物(wù)之間作用力有關,也與聚合物粘料(liào)的分子(zǐ)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(xiǎng)膠接強(qiáng)度,研究(jiū)膠粘劑(jì)基料的(de)分子結構,對設(shè)計、合成和選用膠粘劑都十分重要。
1、吸附理論:
人們把固體對膠粘劑的吸附看成是膠接主要原因(yīn)的理論(lùn),稱為膠接的吸附理論。理論認為:粘接力的(de)主要來(lái)源是粘接體係(xì)的分子作用力,即範(fàn)德化(huà)引力和氫鍵力。膠粘與被粘物表麵的粘接力與吸附力具(jù)有某種相同的性質(zhì)。
膠粘劑的極性太高,有時候會嚴重(chóng)妨礙濕潤過程的進行而降低粘接力。分(fèn)子間作用力是提供粘接力(lì)的因素,但不是唯一因素。在某些特殊情況下,其他因素也能起主導作用。
膠粘劑分子與被粘物表麵分(fèn)子的作用過程有兩個過程:第一階段(duàn)是液體膠粘劑分子借助於布(bù)朗運動向被粘物表麵擴散(sàn),使兩界麵的極性基團或鏈節相互拉近,在此過程中(zhōng),升(shēng)溫、施加接觸壓力和降低膠粘劑粘度等都(dōu)有利於布朗(lǎng)運動(dòng)的加強。第二階段是吸附力的產生(shēng)。當膠粘(zhān)劑與被粘物分子間的距(jù)離達到10-5Å時,界麵分子之間便產生相互吸引力,使分子間的距(jù)離進一步(bù)縮短到處於最大穩定狀態。
根據計算(suàn),由於範德華力(lì)的作用(yòng),當兩個(gè)理(lǐ)想的平麵相距為10Å時,它們之間的引力強度可達10-1000MPa;當距(jù)離為3-4Å時,可達100-1000MPa。這個數值遠遠超過(guò)現代最好的結構膠粘劑所能達到的強度。因此,有人認為隻要當兩個物(wù)體接觸(chù)很好時,即膠粘劑(jì)對粘接界麵充(chōng)分潤濕,達到理想狀態的情況下,僅(jǐn)色散力的作用,就(jiù)足以產生很(hěn)高的膠接強度。可是實際膠接強度與理論計算相差很大,這是因為固體的力學強(qiáng)度是一種力學性質,而不(bú)是分子性質,其大小取決於材料的每一(yī)個局部性質,而不(bú)等於分子作用力的總(zǒng)和。計算值是假定兩個理想平(píng)麵緊密接觸,並保證界麵層上各對分子間的作用同時遭到破壞時,也就(jiù)不可能有保證各對分子之間的作(zuò)用力同時發生。
2、 化學鍵形成(chéng)理論:
化學鍵(jiàn)理論認為膠粘劑與被粘物分(fèn)子之間除相互作用力外,有(yǒu)時還有化學鍵產生,例如硫化橡膠與鍍銅金屬的膠接界麵(miàn)、偶聯劑對膠接的作用、異氰(qíng)酸酯對金(jīn)屬與橡膠的膠接界麵等的研(yán)究,均證明(míng)有化學鍵的生成。化(huà)學(xué)鍵的強度比範德化作用力高得多;化學鍵形成(chéng)不僅可以提高粘附強(qiáng)度,還可以(yǐ)克服脫(tuō)附使膠接接頭破壞(huài)的弊病。但化學鍵(jiàn)的形成並(bìng)不普通,要(yào)形成化(huà)學鍵必須滿足一定的量子化`件,所以不可(kě)能做到使膠粘劑與被粘物之間(jiān)的接觸點都形成化(huà)學鍵(jiàn)。況且,單(dān)位粘附界麵上化學鍵數要比分子(zǐ)間作用(yòng)的數目少得多,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(céng)理論
當液體膠粘劑不能(néng)很好浸潤被粘體表麵時,空氣泡留在(zài)空隙中而形成弱區。又如,當中含(hán)雜質能溶於熔融態膠粘劑,而不溶於固化後的膠粘劑時,會在固(gù)體化後的膠粘形成另一相,在被粘體與膠粘劑整體間產(chǎn)生弱界麵層(WBL)。產生WBL除工藝因素外,在聚合物成網或熔體相互作用的成型過(guò)程中,膠粘劑與(yǔ)表麵吸附等熱(rè)力學現象(xiàng)中產生界層結構的不均勻性。不均勻性界麵層就會有WBL出現。這種WBL的應力鬆弛和裂紋的發展都會不同,因(yīn)而極大地影響著(zhe)材料和(hé)製品的整體性(xìng)能。
4、擴散理論(lùn)
兩種聚合物在具有相容性的前提(tí)下,當它們(men)相互緊(jǐn)密接觸時,由於分子的(de)布朗運動或鏈段的擺產生相互擴散(sàn)現象。這種擴散作用是穿越膠粘劑、被粘物的界麵交織進行的。擴散的結果導致界麵的消失和過渡區的產生。粘接(jiē)體係借助(zhù)擴散理論不能解釋聚合物材(cái)料與金(jīn)屬、玻璃或其(qí)他(tā)硬體膠粘,因為聚合物很難向這類材料擴散。
5、靜電理論(lùn)
當膠粘(zhān)劑和(hé)被粘物(wù)體係是一種電子的接受體-供(gòng)給體的組合形式時,電子會從供給體(如金屬)轉移到接受體(tǐ)(如聚合物),在界麵區兩側形成了雙電層,從而(ér)產生了靜(jìng)電引力(lì)。
在幹燥環境中從金屬表(biǎo)麵快速(sù)剝離粘接(jiē)膠層時,可用儀器或肉眼觀察到放電的光、聲現象,證實了靜電作用的存在。但靜電作用僅存在於能夠形成雙電層的粘接體係(xì),因此不具(jù)有普遍性(xìng)。此外,有些學者指出:雙(shuāng)電層(céng)中的電荷密度必須達到(dào)1021電子/厘米2時,靜電吸引力才能對膠接強度產生較明顯的影響。而雙電(diàn)層棲移電荷產(chǎn)生密(mì)度的最大值隻(zhī)有1019電子/厘米(mǐ)2(有的(de)認為隻有1010-1011電子/厘米2)。因此,靜電力雖然確實存在於某些特殊的(de)粘接體係,但決不是起主導作用(yòng)的因素。
6、機械作用力理論
從物理(lǐ)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(guǒ)的一種方法。膠粘劑滲透到被粘物表麵的縫(féng)隙或凹凸之處,固(gù)化後在界(jiè)麵區產生了齧合力,這些(xiē)情況類似(sì)釘子與木(mù)材的接合或樹根植入泥土的作用。機械連接力(lì)的本質(zhì)是摩擦力。在粘合多孔材料、紙張、織物等時,機構連接力是很重要的,但對(duì)某(mǒu)些堅實而光滑的表(biǎo)麵,這種作用並不顯著。