胶粘剂粘接理论

粘接理论

1、机械理论机械理论认为，胶粘剂必须渗入被粘物表面的空隙内，并排除其界面上吸附的空气，才能产生粘接作用。在粘接如泡沫塑料的多孔被粘物时，机械嵌定是重要因素。胶粘剂粘接经表面打磨的致密材料效果要比表面光滑的致密材料好，这是因为（1）机械镶嵌；（2）形成清洁表面；（3）生成反应性表面；（4）表面积增加。由于打磨确使表面变得比较粗糙，可以认为表面层物理和化学性质发生了改变，从而提高了粘接强度。

2、吸附理论吸附理论认为，粘接是由两材料间分子接触和界面力产生所引起的。粘接力的主要来源是分子间作用力包括氢键力和范德华力。胶粘剂与被粘物连续接触的过程叫润湿，要使胶粘剂润湿固体表面，胶粘剂的表面张力应小于固体的临界表面张力，胶粘剂浸入固体表面的凹陷与空隙就形成良好润湿。如果胶粘剂在表面的凹处被架空，便减少了胶粘剂与被粘物的实际接触面积，从而降低了接头的粘接强度。

许多合成胶粘剂都容易润湿金属被粘物，而多数固体被粘物的表面张力都小于胶粘剂的表面张力。实际上获得良好润湿的条件是胶粘剂比被粘物的表面张力低，这就是环氧树脂胶粘剂对金属粘接极好的原因，而对于未经处理的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯和氟塑料很难粘接。通过润湿使胶粘剂与被粘物紧密接触，主要是靠分子间作用力产生永久的粘接。在粘附力和内聚力中所包含的化学键有四种类型（1）离子键

（2）共价键

（3）金属键

（4）范德华力

3、扩散理论扩散理论认为，粘接是通过胶粘剂与被粘物界面上分子扩散产生的。当胶粘剂和被粘物都是具有能够运动的长链大分子聚合物时，扩散理论基本是适用的。热塑性塑料的溶剂粘接和热焊接可以认为是分子扩散的结果。

4、静电理论由于在胶粘剂与被粘物界面上形成双电层而产生了静电引力，即相互分离的阻力。当胶粘剂从被粘物上剥离时有明显的电荷存在，则是对该理论有力的证实。

5、弱边界层理论弱边界层理论认为，当粘接破坏被认为是界面破坏时，实际上往往是内聚破坏或弱边界层破坏。弱边界层来自胶粘剂、被粘物、环境，或三者之间任意组合。如果杂质集中在粘接界面附近，并与被粘物结合不牢，在胶粘剂和被粘物内部都可出现弱边界层。当发生破坏时，尽管多数发生在胶粘剂和被粘物界面，但实际上是弱边界层的破坏。

聚乙烯与金属氧化物的粘接便是弱边界层效应的实例，聚乙烯含有强度低的含氧杂质或低分子物，使其界面存在弱边界层所承受的破坏应力很少。如果采用表面处理方法除去低分子物或含氧杂质，则粘接强度获得很大的提高，事实业已证明，界面上确存在弱边界层，，致使粘接强度降低。

影响粘接性能的环境因素

粘接接头必须承受外力的作用，也要经受使用环境因素的考验，如温度、湿度、化学介质、户外气候等都会影响粘接强度。胶粘剂如果在恶劣环境下使用，应该做环境的模拟试验，ASTM标准环境试验方法有：

ASTM D896；ASTM D2295；ASTM D1151；ASTM D2557；ASTM D1828；ASTM D4299；ASTM D1829；ASTM D4300。

胶粘剂在两种曝露条件下的老化实验有：

（1）典型的实验室加速老化；

（2）典型的大气老化。

有人认为工加速老化试验能排列胶粘剂的耐水性和环境对内聚强度影响的顺序。然而，通常的户外大气老化试验是以金属界面耐腐蚀能力排列胶粘剂顺序的[3]。

1.高温所有曝露于高温环境下的聚合物，都会发生某种程度的降解，经高温试验后，力学性能降低。在热老化时，力学性能也有降低。最新研制的一些聚合物胶粘剂，能耐260--310°C的高温。

对于耐高温的胶粘剂来说，熔点或软化点一定要高，且应抗氧化。热塑性胶粘剂室温下能获得良好的粘接效果，然而，一旦使用温度达到胶粘剂的玻璃化温度，就会造成胶层变形，使内聚合强度降低。热固性胶粘剂没有熔点，由大分子高度交联的网络构成，多数都适合在高温下使用。热固化的关键问题是因热氧化和高温分解引起的强度

降低速率[1]。

耐高温胶粘剂通常具有刚性的高分子结构，很高的软化温度和稳定的化学基团。这些都给粘接工艺带来困难。故只有为数不多的热固性胶粘剂能在177°C高温下长期使用[1]。

1．1 环氧树脂类

环氧树脂胶粘剂一般仅适用于121°C以下的温度，有些能在260°C下短期工作，有的可在149--260°C下长期使用。这些胶粘剂是在其中加入热稳定性的环氧树脂或高温固化剂，专门为高温环境配制的。耐高温的环氧树脂是酚醛环氧树脂，由于兼具了酚醛树脂优良的热稳定性与环氧树脂良好的粘附性，而使胶粘剂能在371°C下短期工作，在177°C下连续使用[1]。

酸酐固化剂要比其他环氧固化剂使未改性环氧树脂胶粘剂有更好的高温稳定性，例如苯酐、均苯四甲酸酐和氯茵酸酐会使环氧胶有较大的交联度，因而短期可耐高温232°C，但承受长期热疲劳却只能耐149°C[1]。

环氧树脂胶粘剂的优点是固化温度低，固化时无挥发物放出，价格低廉，配方多样，用途广泛，耐高温的胶粘剂虽然无上述优点，但却有益于改善耐热性能。

1．2 改性酚醛类

（1）丁腈—酚醛在一般的改性类酚醛胶粘剂中，丁腈—酚醛具有最好的耐高温性能，在121--177°C时有较高的剪切强度，高温老化时的强度保留率很高。丁腈—酚醛胶粘剂的韧性很好，剥离强度

很高，这种胶粘剂可制成胶液和有载体或载代表的胶膜使用。

（2）环氧—酚醛这类胶粘剂大部分用于军事上，设计使用温度为149--260°C，但环氧—酚醛和丁腈—酚醛类胶粘剂都不能于177°C下固化，因为会放出气体而发泡，故推荐在93°C下固化24h.。

1．3 聚砜这是一种高温热熔的热塑性塑料，已被用作胶粘剂。聚砜能与金属粘合，软化点高，热稳定性好，热变形温度为174°C，二级玻璃化转变温度193°C，弯曲模量在较宽的温度范围内不变。聚砜胶粘剂以干颗粒状供应，粘接金属—金属的接头有很高的剥离强度和剪切强度。在高达193°C时聚砜保持着结构的完整性，在149°C 时其强度保留率为室温剪切强度的60%以上，并有相当时间，只要能产生足够的热量充分浸润被粘物即可。聚砜热熔胶粘接包层铝合金、不锈钢和冷轧钢的效果很好。在粘接之前，必须进行认真的表面处理，这很重要。

对于不涂底胶的铝材，需要371°C才能使聚砜完全流动浸润被粘物，在此温度下加压（0.6Mpa）5min，接头的拉伸剪切强度高于20.7Mpa。在371°C用聚砜粘接不锈钢也能获得良好的粘接效果，剪切强度高于27.6Mpa。粘接碳钢和铝时，先用5—10%的聚砜溶液，以喷涂或流涂方法底涂，再于260°C下烘烤10min后，将涂有底胶的两金属面压紧1min，会获得令人满意的粘接效果[6]。聚砜热胶粘剂粘接包层铝合金（0.005—0.076mm）温度对拉伸剪切强度的影响

1．4 有机硅