粘接技术中的的五大理论浅析

自20世纪40年代以来，人们曾提出了许多粘接机理，归纳起来主要有吸附机理、静电机理与扩散、机械咬合作用、化学键合作用这五大理论。

吸附作用与吸附理论

    胶黏剂分子与被粘物表面分子的相互作用过程有两阶段，第-阶段是液体胶黏剂分子借助于布朗运动向被粘物表面扩散，使两者的极性基团或链节相互靠近。在此过程中，升温、施加接触压力、降低胶黏剂黏度等因素都有利于布朗运动的加强。第二阶段是吸附力的产生，当胶黏剂与被粘物分子间的距离达到(10~5)X10-10m时分子便产生相互吸引作用，并使分子间的距离进一步缩短到能够处于最大稳定状态的距离。这两个阶段不能截然分开，在胶液逐渐固化的过程中，往往都在进行。

    胶黏剂与粘接表面之间产生的吸附作用，可以是-种力单独起作用，也可以是几种力联合起作用。吸附作用的大小除了与胶液和接合表面的分子结构有关外，还与分子间的距离有极大关系。当它们之间的距离为10X10 -10m时，吸附作用力可达10~100MPa，为(3~4)X10-10m时，吸附作用力可高达100~1000MPa。这个数值远远超过了目前最好的胶黏剂所能达到的强度。由此可知，能否促使胶液与接合表面之间达到分子间的接触，是产生良好粘接强度的关键。

吸附理论正确地把粘接现象与分子间力的作用联系起来，尽管粘接力与胶黏剂极性之间关系密切，但是在充分浸润的情况下，聚合物与被粘物的色散力作用已能产生足够高的粘接力，此时粘接体系分子接触区的稠密程度是决定粘接力大小的最主要因素。实际上没有必要孤立地研究粘接强度与极性的关系，因为胶黏剂的极性太高，有时候会妨碍浸润而降低粘接力。

静电作用与静电理论

当胶黏剂-被粘物体系是-种电子的受供体时，可在界面区两侧形成双电层而产生静电引力。这种双电子层产生静电引力的情况，可借助验电器观察来证实。当固化后的胶层从接合表面剥离时，新生的表面带有电荷，发光现象与剥离同时发生，电子发射强度随剥离速度的加快而增大，而且当接合表面的材料不同时，剥离强度和电子发射强度也随之不同。由此可知，在电子亲和力有差异的胶液和接合表面之间存在着能够产生粘接强度的静电引力。

扩散作用与扩散理论

    两种聚合物在具有相容性的前提下相互紧密接触时，由于分子的布朗运动或链段的摆动可产牛相互扩散现象。这种扩散作用是穿越胶黏剂被粘物的界面交织地进行的，结果导致界面的消失和过渡区的产生，从而形成牢固的接头。

在粘接体系中，适当降低胶黏剂的分子量有助于提高扩散系数，改善粘接性能，如橡胶通过适当的塑炼降解可显著提高其自黏性能。

    聚合物的扩散作用不仅受其分子量的影响，而且受其分子结构的影响。各种聚合物分子链排列堆集的紧密程度不同，其扩散行为有显著不同。大分子内有空穴或分子间有孔洞结构者，扩散作用就比较强。天然橡胶有良好的自黏性，而乙丙橡胶自黏性差，就是由于前者具有空穴及孔洞结构而后者没有的缘故。

    聚合物间的扩散作用还受到两聚合物的接触时间、粘接温度等的影响。两聚合物相互粘接时，粘接温度越高，时间越长，其扩散作用也越强，由扩散作用导致的粘接力就越高。

锁合作用与机械理论

    机械理论认为粘接作用是由胶液与接合表现发生纯机械咬合和镶嵌而产生的。任何物体的表面即使用肉眼看来十分光滑，但放大后看也是十分粗糙的，有些表面还是多孔性的。当胶液涂布在接合表面上，充填渗透到表面的凹陷和缝隙中去，固化后便与接合表面互相咬合和镶嵌，从而产生良好的粘接强度。

    胶黏剂在涂胶前除了对接合表面进行清洗处理外，往往还将接合表面打毛粗化就是为了增加粘接面积、形成更多的相嵌结合点，从而大大提高粘接强度。显然表面过于粗糙，由于最高点互相接触造成缝隙过大，使胶层易于断裂或在凹陷处残留气泡，影响粘接效果。在实际使用中，金属接合表面的加工精度一般在只，Ra3.2~12.5μm为宜，但厌氧胶由于需在隔绝空气的情况下固化，因此要求有更高的加工精度。

这种微观机械锁合作用对多孔性材料的粘接强度的确会产生显著影响，但对非多孔性表面的材料，这种作用应是不重要的。然而，有些非多孔性表面的材料又能被粘好，这是机械理论无法解释的。

互相反应与化学键合理论

化学键力比以上各种作用均要强得多，实践证明胶黏剂与被粘物之间发生化学反应是确实存在的。例如硫化橡胶与黄铜，酚醛树脂胶与铝进行粘接时都发生了一定的化学反应，形成了Cu-S、O-Ai键。使用偶联剂于胶中是胶黏剂与被粘物间发生化学反应的-种重要应用。化学键虽然有很大的强度，但是形成化学键必须满足一定的量子化学条件，因此在那些可能形成化学键合的粘接体系中，发生化学键合的机会还是不多的，它们的存在可能对粘接强度不会产生太大的影响，但对粘接件的耐环境性的有利影响却是不小的。