胶粘剂粘接原理

粘接原理

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（γ

SV =γ

SL

+γ

LV

cosθ。γ

SV

，γ

SL

，γ

LV

各代表了固气接触，

固液接触和液气接触。θ为0º表示完全浸润）。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（即γSV要大），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。

粘接原理

目前已提出的粘接理论主要有：机械嵌合理论；吸附理论；静电理论；扩散理论；化学键理论；酸碱理论等。粘接是涉及面广而机理复杂的问题，不同的胶粘系统可能不同的胶粘机理。

关于粘接力可以从以下几个方面来考虑：

1 粘接间的作用力

胶粘剂与被处理对象之间的界面相互作用力称粘接力，粘接力的来源是多方面的，根据文献资料介绍主要有以下几种。

1．1 化学键力

又称主价键力，存在于原子(或离子)之间，有离子键、共价键及金属键3种不同形式。离子键力是正离子和负离子之间的相互作用力，离子键力与正、负离子所带电荷的乘积成正比，与正、负离子之间距离的平方成反比。离子键力有时候可能存在于某些无机胶黏剂与无机材料表面之间的界面区内。共价键力即为两个原子之间通过共用电子对连接的作用力。每个电子对产生的共价键力为(3～4)×10-9N，共价键能等于共价键力与形成共价键的两原子间距离的乘积。金属键力是金属正离子之间由于电子的自由运动而产生的连接力，与粘接过程关系不大。胶黏剂与被粘物之间，如能引入化学键连接，其粘接强度将有显著提高。各种主价键键能的数值见表2—1。主价键有较高的键能，胶黏剂与被粘物之间如能引入主价键连接，其粘接强度将有显著提高。

1. 2 分子间力

分子间力又称次价键力，包括取向力、诱导力、色散力(以上诸力合称范德华力)和氢键力几种形式。取向力即极性分子永久偶极之间产生的引力，与分子的偶极矩的平方成正比，与两分子距离的六次方成反比。分子的极性越大，分子之间距离越靠近，产生的取向力就越大；温度越高，分子的取向力越弱。

诱导力是分子固有偶极和诱导偶极之间的静电引力。极性分子和非极性分子相互靠近时，极性分子使非极性分子产生诱导偶极，极性分子之间，也能产生诱导偶极。诱导力与极性分子偶极矩的平方成正比，与被诱导分子的变形程度成正比，与两分子间距离的六次方成反比，与温度无关。

色散力是分子色散作用产生的引力。由于电子是处于不断运动之中的，正、负电荷中心瞬间的不重合作用(色散作用)产生的瞬时偶极，诱导邻近分子产生瞬时诱导偶极，这种偶极间形成的作用力称色散力。低分子物质的色散力较弱，色散力与分子间距离的六次方成反比，与环境温度无关。非极性高分子物质中，色散力占全部分子作用力的80％～100％。

氢键作用产生的力称氢键力。当氢原子与电负性大的原子x形成共价化合物HX时，HX 分子中的氢原子吸引邻近另一个HX分子中的X原子而形成氢键：

X原子的电负性越大，氢键力也越大；X原子的半径越小，

氢键力越大。氢键力具有饱和性和方向性，比主价键力小得多，

但大于范德华力。

1.3机械力

机械嵌合理论认为粘接力来自于两表面的机械互锁,靠锚固\钩合\楔合等作用,使胶粘剂与被粘物连接在一起.实际上这种力并非起主要作用，只是在一些场合改善了粘接效果。

粘合原理有如下几种

1．吸附理论:认为粘合剂和被粘物分子间的范德华力对吸附强度的贡献是最重要的。

2．机械结合理论:认为粘合剂侵透到被粘物表面的空隙中，固化后就像许多小钩和榫头似地把粘合剂和被黏物连接在一起，这种微细的机械结合对多孔性表面更为显著。

3．静电理论:主要依据是，实验测得的剥离时所消耗的能量与按双电层模型计算出的黏附功相符。

4．扩散理论:是以粘合剂与被黏物在界面处相溶为依据提出的。

5．化学键理论:认为粘合剂和被粘物之间除存在范德华力外，有时还可形成化学键，化学键的键能比分子间的作用大得多，形成较多的化学键对提高粘接强度和改善耐久性都具有重要意义。