膠黏劑黏料的化學結構與粘接強度

合理的粘接體系在受力破壞時大多數呈現內聚破壞和混合破壞，膠黏刑的粘接強度在很大程度上取決于膠層的內聚力，而其內聚力是與黏料的化學結構密切相關的。

    (1)極性與內聚能密度

    分子的極性大小可用內聚能密度(CED)反映出來。內聚能密度大的分子其極性也大。低分子物的CED可通過測定其蒸發能來求得高分子物的CED為分子中個基團的CED之和。

    對于高表面能的被粘物來說，膠黏劑的極性越強，其粘接強度越大。對于低表面能的被粘物來說，膠黏劑極性增大往往導致粘接體系的濕潤性變差而使粘接強度降低。另外，膠黏劑極性增大還會使膠層的耐熱性提高，耐水性下降，膠液的黏度增大。

    (2)分子量與分子量分布

聚合物的分子量對聚合物的-系列性能起著決定性的作用。一般來說分子量小，有利于膠黏劑對被粘物的浸潤，有利于粘接，但分子量太低，內聚強度低，不利于粘接。對于用直鏈聚合物黏料構成的膠黏劑，在發生內聚破壞的情況下，粘接強度隨分子量升高而增大，升高到一定范圍后逐漸趨向一個定值。在發生多種形式破壞時，從表1-3與表1-4可以看出，分子量較低的一般發生內聚破壞，隨分子量增加粘接強度增大，并趨向一個定值。當分子暈增大到使膠層的內聚力與界面的粘接力相等時，開始發生混合破壞。分子量繼續增大，由于膠液的浸潤能力下降，粘接體系發生界面破壞而使粘接強度顯著降低。也就是說黏料聚合物的分子量與膠層的內聚強度、膠液對被粘物面浸潤性能密切相關，從而嚴重影響粘接體系的粘接強度與接頭破壞類型。另外，從力學性能來說，分子量提高對韌性有利。

平均分子量相同(或相近)、分子量分布不同時，其粘接性能也不相同。一般來說分子量分布寬時，膠液的浸潤性好，內聚強度低；分布窄時，浸潤性差，內聚強度高。前者傾向于內聚破壞，后者傾向于界面破壞。

    表1-5為熱固性膠黏劑分子量影響的情況，影響情況與聚異丁烯的情況相似，但三種環氧樹脂混用(平均相對分子質量402)可能是主要組分相對分子質量1000的樹脂有利于膠層的內聚強度與韌性，而低分子量組分有利于膠液浸潤，從而具有很好的粘接強度。表1-5是相對分子質量為1535與395的聚乙烯醇縮丁醛混合制成的膠黏劑粘接硬鋁時的情況，從中可以看出低聚物中加入少量高聚物可獲得最佳的剝離強度。表1-5聚合度分布對粘接力的影響剛性結構，又含有極性基團，則一定具有較好的綜合物理力學性能。例如，環氧樹脂的主鏈結構具備這些特點，因此作膠黏劑黏料寸所制得的膠種具有很好的綜合性能。

    (4)側鏈結構

    膠黏劑黏料聚合物所含側鏈的種類、體積、位置和數量等對膠層的性能有重大影響。基團的極性對分子間力影響極大，極性小時分子的柔性好，極性大時分子的剛性大。基團間距離越大，柔性越好。另外在取代基為較長的脂肪鏈(如脂肪酸基團)時，這些直鏈狀的側基在一定范圍內鏈增長，分子的柔性大，具有內增塑作用。如果鏈太長則產生互相纏繞，不利于內旋轉而使柔性與粘接力降低。

    (5)交聯度

線型聚合物產生交聯時原來鏈間的次價力(分子間力，變成了化學鍵力，此時聚合物的各種性能都發生重大變化。在交聯度不高的情況下，鏈段運動仍可進行，材料仍具有較高的柔性。交聯點增多，尤其是交聯橋同時變短時，聚合物材料變硬發脆。也就是說交聯度增大，聚合物材料蠕變減少，模量提高，伸長率降低，浸潤性變差等。由于粘接體系在膠液固化前就能完成擴散和浸潤等過程，所以通過適當交聯來提高膠層的內聚力可以大大提高粘接強度，這在以內聚破壞為主的粘接體系中更為重要，可根據黏料的結構特點用不同方法實施交聯。

二烯類橡膠，硅、氟橡膠等在硫化劑的存在下，均可在聚合物分子鏈上任意鏈段位置交聯。這種交聯作用形成的交聯度取決于聚合物的主鏈結構、交聯劑的種類及數量、交聯工藝條件等。各種遙爪型聚合物可通過聚合物末端的官能基團進行交聯。遙爪官能基包括-COOH、-OH、-SH、-NH2及環氧基團等，其交聯度取決于其分子量的大小。具有活性側基的黏料可通過側鏈官能基進行交聯，其交聯度取決于側基數目。某些嵌段共聚物，可通過加熱呈塑性流動而后冷卻，并通過次價鍵力形成類似于交聯點的聚集點，從而增加聚合物的內聚力，這種方法有人稱為物理交聯。另外還可利用互穿網絡結構交聯。