第2章高等教育管理学

机械结合理论曾经起过积极作用，但是随着其他胶接
理论的建立和发展，几乎一度被冷落。近20年来，用现 代微观研究仪器的观测结果，证明微机械嵌定作用是确
实存在的。
如在ABS塑料上镀金属，镀前先用溶剂处理，使塑料
表面产生大量微穴，然后沉积导电物质到微孔经HCl液或化学氧化 液处理后，生成大量立体结晶构造，带有大量槽沟和 微穴，胶接强度有显著提高。钢带表面轧制的光滑面，

Zisman（奇思曼）将固体表面分为高能表面和低能表 面。凡表面能>200mN／m2为高能表面，金属、金属 氧化物和无机化合物的表面，都是高能表面，表面能
<100mN／m2为低能表面，有机化合物、聚合物和水
都属低能表面。高能表面的临界表面张力γc >胶黏剂 的γLV ，容易铺展润湿；低能表面的γc < 一般胶黏剂 的γLV ，所以不易铺展润湿。

反之，许多极性的液体胶黏剂和非极性的聚乙烯或
其他聚合物，由于低能表面以及和液体胶黏剂的极性不 相匹配，形成的接触角大，胶接效果不好，胶接强度也 不会高。

一次粘接面较小的，则保持低粘度时间可短一点，如
α—氰基丙烯酸酯类胶黏剂，多用于小面积快速胶接，
保持低粘度时间只需几秒或几十秒。

胶黏剂处于流动状态的时间，是胶接过程的重要参数
第一章 胶接基础

胶接接头：被胶接材料通过胶黏剂进行连接的
部位。

胶接接头的结构形式很多。从接头的使用功能、
受力情况出发，有以下几种基本形式。

(2) 面接接头（surface joint） 两个被胶接物主表面胶接 在一起所形成的接头

在大多数聚合物的分子相互作用，只存在色散力的情
况下，一般Z0 = 0.2 nm， Wa =10-5J／cm2，于是

当胶黏剂固化或硬化后，生成的胶接键即被固定下来而
保有强度。要获得高强度的胶接接头，首先必要的条件是在 界面处要能建立分子级的紧密接触，分子的距离一般应小于 0.5nm。否则界面作用力太小，不能承受稍大的应力。 其次，胶黏剂与被粘物界面上，最好能通过分子的扩散作 用，形成分子间的缠结，这有利于提高强度。为提高胶接强 度，还必须掌握影响强度的一系列因素，并加以控制。

无论哪一种类型的胶黏剂，在使用的时候，均要保持
较小的粘度，以利于润湿、铺展和均匀地分布到被粘物
表面；同时还要求胶黏剂有较小的表面张力，才可能有
较好的润湿效果，自发地铺展于凹凸不平的基体表面 上，形成良好的分子接触。
（1）分子量

液体的粘度是由于液体的分子之间受到运动的影响而 产生内摩擦阻力的表现。它除了受溶液浓度的影响以 外，主要受分子量的影响：
被粘聚合物表面接触时，分子之间会产生相互跨越界面的 扩散，界面会变成模糊的弥散状，两种分子也可能产生互 穿的缠绕。这时，虽然分子间只有色散力的相互作用，也
有可能达到相当高的胶接强度。
利用胶黏剂粘接金属，由于金属分子是以金属键紧密 结合起来的，分子的位置固定不变，而且金属分子排列 规整，有序性高，大多数能生成晶体构造，密度大而结 构致密，不但金属分子不能发生扩散作用，就是胶黏剂 的分子也不可能扩散到金属相里面去。所以，胶黏剂粘 接金属形成的界面是很清晰的。
合而固定。这就是机械结合理论最简单的解释。

McBain在30年代首先提出这一理论。机械嵌定的固定
方法应用很普遍，表面处理过的金属粘接，多孔物质如
纸、木材、皮革、纺织品等的胶接就是实际的例子。 机械结合的关键是被粘物表面必须有大量的凹穴、槽 沟、多孔穴等，当胶黏剂涂布上去时，经过润湿、流动、 挤压、铺展而填入这些孔穴内，固化后，就嵌定在孔隙中 而紧密地结合起来，表现出较高的胶接强度。
直接的胶接强度并不高，经磷酸盐处理后，产生大量
磷酸铁微孔，胶接强度明显提高。
2 吸附理论

吸附理论的基本观点是：胶接是一种吸附作用，这是

临界表面张力γc的定义：Zisman根据各种同系列液体 对某一种固体的浸润角呈有序变化这一规律，测定各
种液体在某一固体表面上的接触角θ，以γLV 对cos θ作
图得一直线，将其外推到cos θ=1（θ=0°：完全浸润） 处，此时的γLV 即为临界表面张力。
3 界面扩散

胶黏剂分子或分子链段与处于熔融或表面溶胀状态的
式中，θ为接触角，也称为润湿角；γSV为固气界面张力； γLV为液气界面张力；γSL为固液界面张力。

此式应处于热力学平衡状态才有意义。
可从以下几种方式来判断润湿：
（1）从接触角(润湿角)来判断
习惯上将液体在固体表面的接触角θ= 90º时定为润湿
与否的分界点。
θ＞90º 为不润湿，θ＜90º为润湿，接触角θ越小， 润湿性能越好。
或者水蒸气等气体排除，使胶粘剂液体和被胶接材接
触。即将气—固界面转换成液—固界面，这种现象叫做 润湿，其润湿能力叫做润湿性。

胶黏剂在涂胶阶段应当具有较好的流动性，而且其表面
张力应小于被粘物的表面张力。这意味着，胶黏剂应当在
被粘物表面产生润湿，能自动铺展到被粘物表面上。

当被粘物表面存在凹凸不平和峰谷的粗糙表面形貌时，

临界表面张力γc较大的被粘物，选择比被粘物γc小的
胶黏剂比较容易，有较多的胶黏剂品种可供选择。但γc
越小，则越不容易选择能有效润湿的胶黏剂。例如，聚
四氟乙烯(PTFE)的γc只有19mN／m，很不容易找到表面 张力比这还小的胶黏剂，所以PTFE具有难粘的特性，利 用这一特性，将PTFE热喷涂于锅面，就可以制成不粘 锅。 要想粘接PTFE，只有利用钠-萘溶液进行化学处理或利 用低温等离子体进行处理使表面改性，才能进行粘接。
4 弱边界层

胶黏剂与被粘物之间，应当有良好的分子接触，才能 达到较高的胶接强度。如在胶接接头内，存在相当低
的强度区域，那末，即使胶黏剂与被粘物之间有良好
的接触，接头强度也并不会很高。

边界层主要是指固体、液体、气体紧密接触的边缘部
分，从物理角度看，通常是指流经固体表面最接近的 流体层，对传热、传质和动量均有特殊影响，但没有 独立的相，这一点和界面是有一定区别的。如边界层 内存在低强度区域，则称为弱边界层。
(2) 由Dupre'胶接功的方程式来判断润湿 Wa =γSV + γLV - γSL （2）
式中Wa为胶接功，是表征胶接性能的热力学参数。 胶接功的定义：在液固接触体系中，界面受到两边分 子力的作用而存在吸附作用，分离界面两相吸附作用 所需的功称为粘附功WA 。
一般Wa值越大，胶接力也越大，润湿性越好。因为 γSV 、γLV 两种表面张力测试麻烦，将式( 1 )代入式( 2 ) 中得： Wa = γLV(1 + cosθ) 此式称为Young-Dupre‘方程，θ越小，Wa越大。
σa ≈ 1500 MPa

如果分子相互作用力不仅是色散力，还有氢键力，诱
导力甚至化学键力的话，则值更要大得多。即使如此， 这一计算出来的理想胶接胶接强度，也要比实际胶接强 度大两个数量级以上。

为了分析方便，上述四种应力尚可简化为拉应力和剪
切力两类。拉应力包括均匀扯离（正拉）力，不均匀扯 离（劈裂）力和剥离力。
第二节 影 响 胶 接 作 用 的 因 素
1 胶黏剂的作用

绝大多数固体表面，从微观的尺度来看，是凹凸不平
的，将这样的表面迭合起来，只有很小的点面能相互接 触，大部分的表面都不能接触。因此分子的总吸引力很 小，很容易被分开。胶黏剂作用的目的之一，就在于可将
不规则的粗糙表面填补起来，使两个接触不良的表面，通
之一，也是胶黏剂控制适用期的重要因素。根据所要求 的胶接水平，综合考虑胶黏剂的粘度及保持流动性的时 间是很重要的。
3 表面能

胶黏剂与基体之间的接触程度也受到表面能的影响。
Zisman曾经指出，接触角对衡量接触程度是有用的量 度。


液体胶黏剂和高表面能固体之间的分子相互作用
能，—般都超过液体分子本身的内聚能。
过胶黏剂产生高度的分子接触，提高胶接强度。

在开始施加胶黏剂的时候，胶黏剂应当具有较好的流 动性和润湿性，这样才能对固体表面产生良好的润湿 铺展，起到填充凹凸不平表面的作用。然后，胶黏剂 又应当能够向界面扩散，并在恰当的时间发生固化或




硬化，具有较高的内聚强度，能经受较大的外力作用。
2 粘度

经过几十年的研究和发展，许多学者从不同的角度， 提出了许多有价值的理论。虽然这些理论尚有争论， 还没有公认的统一理论，但在解释胶接现象方面，均
各有可取的观点，目前仍在不断地发展与完善中。


1 机械结合理论
这是一种较早的最直观的宏观理论。认为被粘物表
面的不规则性，如高低不平的峰谷或疏松孔隙结构，有 利于胶黏剂的填入，固化后胶黏剂和被粘物表面发生咬

在胶接过程中，由于胶黏剂的流动性和较小的表面
张力，对被粘物表面产生润湿作用，使界面分子紧密接 触，胶黏剂分子通过自身的运动，建立起最合适的构型，
达到吸附平衡。 随后，胶黏剂分子对被粘物表面进行跨
越界面的扩散作用，形成扩散界面区。
2 润湿

为形成良好的胶接，首先要求胶粘剂分子和被胶接材
分子充分接触。为此，一般要将被胶接体表面的空气、
第三节 胶 接 理 论

了解胶接理论，不但可以从理论上指导胶黏剂选择，
胶接接头的设计，制定最佳的胶接工艺，控制影响胶接强 度的各种因素，达到形成强力胶接接头的目的。 更重要的是了解胶接的内在机理，包括胶接与被粘对立 统一的关系，胶接过程中的物理、化学变化，从而对胶接 现象，从感性认识深化到本质与规律性的理性认识。