粘接技術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定狀態的距離。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生的吸附作用，可以是-種力單獨起作用，也可以是幾種力聯合起作用。吸附作用的大小除了與膠液和接合表面的分子結構有關外，還與分子間的距離有極大關系。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，是產生良好粘接強度的關鍵。

吸附理論正確地把粘接現象與分子間力的作用聯系起來，盡管粘接力與膠黏劑極性之間關系密切，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生足夠高的粘接力，此時粘接體系分子接觸區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，可在界面區兩側形成雙電層而產生靜電引力。這種雙電子層產生靜電引力的情況，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，發光現象與剝離同時發生，電子發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牛相互擴散現象。這種擴散作用是穿越膠黏劑被粘物的界面交織地進行的，結果導致界面的消失和過渡區的產生，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，改善粘接性能，如橡膠通過適當的塑煉降解可顯著提高其自黏性能。

    聚合物的擴散作用不僅受其分子量的影響，而且受其分子結構的影響。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。大分子內有空穴或分子間有孔洞結構者，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構而后者沒有的緣故。

    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發生純機械咬合和鑲嵌而產生的。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生顯著影響，但對非多孔性表面的材料，這種作用應是不重要的。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。

互相反應與化學鍵合理論

化學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生化學反應是確實存在的。例如硫化橡膠與黃銅，酚醛樹脂膠與鋁進行粘接時都發生了一定的化學反應，形成了Cu-S、O-Ai鍵。使用偶聯劑于膠中是膠黏劑與被粘物間發生化學反應的-種重要應用。化學鍵雖然有很大的強度，但是形成化學鍵必須滿足一定的量子化學條件，因此在那些可能形成化學鍵合的粘接體系中，發生化學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生太大的影響，但對粘接件的耐環境性的有利影響卻是不小的。