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详述胶粘剂的应用理论介绍


  综述
  聚合物之间,聚合物与非金属或金属之间,金属与金属和金属与非金属之间的胶接等都存在聚合物基 料与不同材料之间界面胶接问题。胶接是综合性强,影响因素复杂的一类技术,而现有的胶接理论都是从某一方面出发来阐述其原理,所以至今全面唯一的理论是没有的。
  吸附理论
  人们把固体对胶粘剂的吸附看成是胶接主要原因的理论,称为胶接的吸附理论。理论认为:粘接力的主要来源是粘接体系的分子作用力,即范德化引力和氢键力。当胶粘剂与被粘物分子间的距离达到10-5Å时,界面分子之间便产生相互吸引力,使分子间的距离进一步缩短到处于最大稳定状态。
  根据计算,由于范德华力的作用,当两个理想的平面相距为10Å时,它们之间的引力强度可达10-1000MPa;当距离为3-4Å时,可达100-1000MPa。这个数值远远超过现代最好的结构胶粘剂所能达到的强度。因此,有人认为只要当两个物体接触很好时,即胶粘剂对粘接界面充分润湿,计算值是假定两个理想平面紧密接触,并保证界面层上各对分子间的作用同时遭到破坏时,也就不可能有保证各对分子之间的作用力同时发生。
  胶粘剂的极性太高,有时候会严重妨碍湿润过程的进行而降低粘接力。分子间作用力是提供粘接力的因素,但不是唯一因素。在某些特殊情况下,其他因素也能起主导作用。
  化学键形成理论
  化学键理论认为胶粘剂与被粘物分子之间除相互作用力外,有时还有化学键产生,例如硫化橡胶与镀铜金属的胶接界面、偶联剂对胶接的作用、异氰酸酯对金属与橡胶的胶接界面等的研究,均证明有化学键的生成。但化学键的形成并不普通,要形成化学键必须满足一定的量子化`件,所以不可能做到使胶粘剂与被粘物之间的接触点都形成化学键。况且,单位粘附界面上化学键数要比分子间作用的数目少得多,因此粘附强度来自分子间的作用力是不可忽视的。
  弱界层理论
  当液体胶粘剂不能很好浸润被粘体表面时,空气泡留在空隙中而形成弱区。又如,当中含杂质能溶于 熔融态胶粘剂,而不溶于固化后的胶粘剂时,会在固体化后的胶粘形成另一相,在被粘体与胶粘剂整体间产生弱界面层(WBL)。产生WBL除工艺因素外,在聚合物成网或熔体相互作用的成型过程中,胶粘剂与表面吸附等热力学现象中产生界层结构的不均匀性。不均匀性界面层就会有WBL出现。这种WBL的应力松弛和裂纹的发展都会不同,因而极大地影响着材料和制品的整体性能。
  扩散理论
  两种聚合物在具有相容性的前提下,当它们相互紧密接触时,由于分子的布朗运动或链段的摆产生相互扩散现象。这种扩散作用是穿越胶粘剂、被粘物的界面交织进行的。扩散的结果导致界面的消失和过渡区的产生。粘接体系借助扩散理论不能解释聚合物材料与金属、玻璃或其他硬体胶粘,因为聚合物很难向这类材料扩散。
  静电理论
  当胶粘剂和被粘物体系是一种电子的接受体-供给体的组合形式时,电子会从供给体(如金属)转移到接受体(如聚合物),在界面区两侧形成了双电层,从而产生了静电引力。
  在干燥环境中从金属表面快速剥离粘接胶层时,可用仪器或肉眼观察到放电的光、声现象,证实了静电作用的存在。但静电作用仅存在于能够形成双电层的粘接体系,因此不具有普遍性。此外,有些学者指出:双电层中的电荷密度必须达到1021电子/厘米2时,静电吸引力才能对胶接强度产生较明显的影响。而双电层栖移电荷产生密度的最大值只有1019电子/厘米2(有的认为只有1010-1011电子/厘米2)。因此,静电力虽然确实存在于某些特殊的粘接体系,但决不是起主导作用的因素。
  机械作用力理论
  从物理化学观点看,机械作用并不是产生粘接力的因素,而是增加粘接效果的一种方法。胶粘剂渗透 到被粘物表面的缝隙或凹凸之处,固化后在界面区产生了啮合力,这些情况类似钉子与木材的接合或树根植入泥土的作用。机械连接力的本质是摩擦力。在粘合多孔材料、纸张、织物等时,机械连接力是很重要的,但对某些坚实而光滑的表面,这种作用并不显著。
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