粘结机理
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2.3 被粘物表面的处理方法
表面处理方法: 物理法、化学法，联合使用。 ➢ 表面清理: 擦拭、旧漆表面用碱煮、火烧等。 ➢ 脱脂除油: 碱液、有机溶剂等。 ➢ 除锈粗化: 手工打磨、机械磨擦、化学法、 电化学法(对高分子材料) 。 ➢ 要求较高场合: 需辅以其它方法。
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➢ 机械理论
➢ 配位键理论
➢ 吸附理论
➢ 酸碱理论
➢ 扩散理论
➢ 弱边界层理论
➢ 化学键理论
➢ ……
➢ 双电层理论
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机械理论 (McBain, 1930)
基本观点: 胶粘剂渗入被粘物表面凸凹不平的空隙内， 并排除其界面上吸附的空气，产生粘结作用(较早、最 直观、宏观理论)。
结合关键: 被粘物表面必须有大量凹穴、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，固化后嵌定在孔隙中 而紧密地结合起来，表现出较高的胶接强度。
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化学键理论
基本观点: 胶接作用是由于胶黏剂与被粘物之间的化 学结合力而产生的，有些胶黏剂能与被粘物表面的某 些分子或基团形成化学键。
化学键是分子中相邻两原子之间的强烈吸引力，一般 化学键要比分子间的范德华力大一两个数量级，这种 化学键的结合十分牢固。
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静电 (双电层)理论
适用范围: 只存在于能形成双电层的胶接体系，不具有普 遍性; 双电层所产生的静电力即使存在于某些胶接体 系中，但在这个胶接中绝非主导作用，它只占 整个胶接力的一部分。
2.7 粘结力的来源
浸润的热力学问题 液体完全浸润固体需满足一定热力学条件。在 绝大多数情况下，胶粘剂对被粘物的接触角 ＜90度，在热力学上有利于浸润。
浸润的动力学问题 液体的粘稠度对进润速度的影响很大。胶粘剂 粘度随着固化程度增加而不断增大。若完全浸 润之前就失去流动性，则出现动力学不完全浸 润的情况。
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➢ 首先胶黏剂分子由布朗运动向被粘物表面移动，胶黏剂分 子的极性基团向被粘物的极性部分靠近，当胶黏剂分子与 被粘物分子间的距离小于0.5nm时，分子间就产生范德华 力或氢键力的结合。
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胶黏剂分子中极性基团的极性越大，数量越多， 则对极性被粘物的胶接强度就越高；
极性胶黏剂与非极性被粘物或非极性胶黏剂与极 性被粘物胶接，由于分子间排斥，不利于分子的接 近，不能产生足够的分子间力，所以胶接力很差；
2.4 胶接表面的浸润
胶接接头: 被胶接材料通过胶黏剂进行连接的部位。 为获得优良的胶接接头，胶粘剂与被粘物表面必须紧
密粘合在一起。 理想胶接: 当两个表面彼此紧密接触之后，分子间产
生相互作用，达到一定程度而形成胶接键，胶接键可 能是次价键或主价键，最后达到热力学平衡状态。
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2.4 胶接表面的浸润
2.1 被粘物表面的形态特征
被粘部位均为固态表面，实为界面现象。 实际固体表面的特征：
➢ 粗糙性； ➢ 多孔性； ➢ 吸附性； ➢ 缺陷。
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2.2 被粘物表面处理的目的
被粘物表面处理的原则：
➢提高表面能； ➢增加表面积； ➢除去污物及疏松层。
需要提高被粘物的表面清洁度、表面粗糙度、 改善表面化学组成。
机械理论曾有积极作用，也一度被冷落。现代微观研 究仪器观测结果证明，微机械嵌定作用确实存在。
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应用实例
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。 在ABS塑料上镀金属，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中，再进行电镀。 金属铝的胶接强度一般不太高，经HCl液或化学氧化液
2.6 粘结机理
粘接力: 胶粘剂与被粘物表面之间通过界面 相互吸引作用的连接力。
粘接过程: 复杂的物理化学过程。粘接力的 产生与强度不仅取决于胶粘剂和被粘物表 面的结构与状态，而且和粘接过程的工艺 条件密切相关。
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2.6 粘结机理
对于粘结机理的认识目前尚不十分精确，提出了许
多有价值理论, 但尚未得到统一：
非极性胶黏剂与非极性被粘物结合，由色散力产 生的胶接强度较小。
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扩散(分子渗透)理论
基本观点: 高分子材料之间胶接是由于胶黏剂与被粘 物表面分子或链段彼此之间处于不停的热运动引起的 相互扩散(渗透)作用，使胶黏剂与被粘物之间的界面 逐步消失，形成相互交织的牢固结合，胶接接头的强 度随时间的延长而增至最大值。
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，直接胶接强度并不高，经磷酸 盐处理后，产生大量磷酸铁微孔，胶接强度明显提高。
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吸附理论
基本观点：胶接是一种吸附作用。胶接产生的黏附力源于 胶黏剂与被粘物之间界面上两种分子之间相互作用结果， 所有液体-固体分子之间都存在这种作用力(化学键力、范 德华力和氢键力)。
基本观点: 将胶黏剂与被粘物视作一个电容器, 其两 块夹板为双电层。当两种不同的材料接触时，胶黏 剂分子中官能团的电子通过分界线或一相极性基向 另一相表面定向吸附，形成双电层。胶黏剂与被粘 物之间就有静电力产生，从而产生了胶接力。
欲分离双电层的两个极板，必须克服静电力。当被 粘物与胶黏剂剥离时会产生电位差，并随着极板距 离增大而增大，到一定极限值时，产生放电现象。
该过程类似于表面层相互熔融过程，固化之后则粘结 在一起。适用于解释聚合物之间的粘结，无法解释金 属之间的粘结。
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高分子材料之间的胶接分两类： 同种高分子材料的自粘:同种分子间扩散； 不同种高分子材料的互粘,不同类分子的扩散。
两种扩散的结果都会使胶黏剂与被粘物分子交织 在一起，从而形成牢固的结合。
任何固体的表面放大起来看都是高低不平的, 胶粘剂必须完全适合固体表面的“地貌”。
在胶接过程中，胶粘剂应为液体，且完全浸润 固体表面，完全浸润是获得高强度胶接接头的 必要条件。
否则会有气泡出现在界面中，在应力作用下气 泡周围发生应力集中，致使强度大大下降。
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2.5 浸润的热力学与动力学问题
2.3 被粘物表面的处理方法
表面处理方法: 物理法、化学法，联合使用。 ➢ 表面清理: 擦拭、旧漆表面用碱煮、火烧等。 ➢ 脱脂除油: 碱液、有机溶剂等。 ➢ 除锈粗化: 手工打磨、机械磨擦、化学法、 电化学法(对高分子材料) 。 ➢ 要求较高场合: 需辅以其它方法。
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➢ 机械理论
➢ 配位键理论
➢ 吸附理论
➢ 酸碱理论
➢ 扩散理论
➢ 弱边界层理论
➢ 化学键理论
➢ ……
➢ 双电层理论
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机械理论 (McBain, 1930)
基本观点: 胶粘剂渗入被粘物表面凸凹不平的空隙内， 并排除其界面上吸附的空气，产生粘结作用(较早、最 直观、宏观理论)。
结合关键: 被粘物表面必须有大量凹穴、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，固化后嵌定在孔隙中 而紧密地结合起来，表现出较高的胶接强度。
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化学键理论
基本观点: 胶接作用是由于胶黏剂与被粘物之间的化 学结合力而产生的，有些胶黏剂能与被粘物表面的某 些分子或基团形成化学键。
化学键是分子中相邻两原子之间的强烈吸引力，一般 化学键要比分子间的范德华力大一两个数量级，这种 化学键的结合十分牢固。
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静电 (双电层)理论
适用范围: 只存在于能形成双电层的胶接体系，不具有普 遍性; 双电层所产生的静电力即使存在于某些胶接体 系中，但在这个胶接中绝非主导作用，它只占 整个胶接力的一部分。
2.7 粘结力的来源
浸润的热力学问题 液体完全浸润固体需满足一定热力学条件。在 绝大多数情况下，胶粘剂对被粘物的接触角 ＜90度，在热力学上有利于浸润。
浸润的动力学问题 液体的粘稠度对进润速度的影响很大。胶粘剂 粘度随着固化程度增加而不断增大。若完全浸 润之前就失去流动性，则出现动力学不完全浸 润的情况。
第6页/共21页
➢ 首先胶黏剂分子由布朗运动向被粘物表面移动，胶黏剂分 子的极性基团向被粘物的极性部分靠近，当胶黏剂分子与 被粘物分子间的距离小于0.5nm时，分子间就产生范德华 力或氢键力的结合。
第11页/共21页
胶黏剂分子中极性基团的极性越大，数量越多， 则对极性被粘物的胶接强度就越高；
极性胶黏剂与非极性被粘物或非极性胶黏剂与极 性被粘物胶接，由于分子间排斥，不利于分子的接 近，不能产生足够的分子间力，所以胶接力很差；
2.4 胶接表面的浸润
胶接接头: 被胶接材料通过胶黏剂进行连接的部位。 为获得优良的胶接接头，胶粘剂与被粘物表面必须紧
密粘合在一起。 理想胶接: 当两个表面彼此紧密接触之后，分子间产
生相互作用，达到一定程度而形成胶接键，胶接键可 能是次价键或主价键，最后达到热力学平衡状态。
第4页/共21页
2.4 胶接表面的浸润
2.1 被粘物表面的形态特征
被粘部位均为固态表面，实为界面现象。 实际固体表面的特征：
➢ 粗糙性； ➢ 多孔性； ➢ 吸附性； ➢ 缺陷。
第1页/共21页
2.2 被粘物表面处理的目的
被粘物表面处理的原则：
➢提高表面能； ➢增加表面积； ➢除去污物及疏松层。
需要提高被粘物的表面清洁度、表面粗糙度、 改善表面化学组成。
机械理论曾有积极作用，也一度被冷落。现代微观研 究仪器观测结果证明，微机械嵌定作用确实存在。
第9页/共21页
应用实例
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。 在ABS塑料上镀金属，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中，再进行电镀。 金属铝的胶接强度一般不太高，经HCl液或化学氧化液
2.6 粘结机理
粘接力: 胶粘剂与被粘物表面之间通过界面 相互吸引作用的连接力。
粘接过程: 复杂的物理化学过程。粘接力的 产生与强度不仅取决于胶粘剂和被粘物表 面的结构与状态，而且和粘接过程的工艺 条件密切相关。
第7页/共21页
2.6 粘结机理
对于粘结机理的认识目前尚不十分精确，提出了许
多有价值理论, 但尚未得到统一：
非极性胶黏剂与非极性被粘物结合，由色散力产 生的胶接强度较小。
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扩散(分子渗透)理论
基本观点: 高分子材料之间胶接是由于胶黏剂与被粘 物表面分子或链段彼此之间处于不停的热运动引起的 相互扩散(渗透)作用，使胶黏剂与被粘物之间的界面 逐步消失，形成相互交织的牢固结合，胶接接头的强 度随时间的延长而增至最大值。
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，直接胶接强度并不高，经磷酸 盐处理后，产生大量磷酸铁微孔，胶接强度明显提高。
第10页/共21页
吸附理论
基本观点：胶接是一种吸附作用。胶接产生的黏附力源于 胶黏剂与被粘物之间界面上两种分子之间相互作用结果， 所有液体-固体分子之间都存在这种作用力(化学键力、范 德华力和氢键力)。
基本观点: 将胶黏剂与被粘物视作一个电容器, 其两 块夹板为双电层。当两种不同的材料接触时，胶黏 剂分子中官能团的电子通过分界线或一相极性基向 另一相表面定向吸附，形成双电层。胶黏剂与被粘 物之间就有静电力产生，从而产生了胶接力。
欲分离双电层的两个极板，必须克服静电力。当被 粘物与胶黏剂剥离时会产生电位差，并随着极板距 离增大而增大，到一定极限值时，产生放电现象。
该过程类似于表面层相互熔融过程，固化之后则粘结 在一起。适用于解释聚合物之间的粘结，无法解释金 属之间的粘结。
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高分子材料之间的胶接分两类： 同种高分子材料的自粘:同种分子间扩散； 不同种高分子材料的互粘,不同类分子的扩散。
两种扩散的结果都会使胶黏剂与被粘物分子交织 在一起，从而形成牢固的结合。
任何固体的表面放大起来看都是高低不平的, 胶粘剂必须完全适合固体表面的“地貌”。
在胶接过程中，胶粘剂应为液体，且完全浸润 固体表面，完全浸润是获得高强度胶接接头的 必要条件。
否则会有气泡出现在界面中，在应力作用下气 泡周围发生应力集中，致使强度大大下降。
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2.5 浸润的热力学与动力学问题