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膠黏劑的粘合機理

2019-11-01(657)次浏覽

      【冠亞WL-70膠黏劑固含量測量儀】聚合物(wù)之間,聚合物(wù)與非金屬或金屬之間,金屬與金屬和金屬與非金屬之間的膠接等都存在聚合物(wù)基料與不同材料之間界面膠接問題。粘接是不同材料界面間接觸後相互作用的結果。因此,界面層的作用是膠粘科學中(zhōng)研究的基本問題。諸如被粘物(wù)與粘料的界面張力、表面自由能、官能基團性質、界面間反應等都影響膠接。膠接是綜合性強,影響因素複雜(zá)的一(yī)類技術,而現有的膠接理論都是從某一(yī)方面出發來闡述其原理,所以至今全面唯一(yī)的理論是沒有的。


吸附理論

      人們把固體(tǐ)對膠黏劑的吸附看成是膠接主要原因的理論,稱爲膠接的吸附理論。理論認爲:粘接力的主要來源是粘接體(tǐ)系的分(fēn)子作用力,即範德化引力和氫鍵力。膠粘與被粘物(wù)表面的粘接力與吸附力具有某種相同的性質。膠黏劑分(fēn)子與被粘物(wù)表面分(fēn)子的作用過程有兩個過程:第一(yī)階段是液體(tǐ)膠黏劑分(fēn)子借助于布朗運動向被粘物(wù)表面擴散,使兩界面的極性基團或鏈節相互靠近,在此過程中(zhōng),升溫、施加接觸壓力和降低膠黏劑粘度等都有利于布朗運動的加強。第二階段是吸附力的産生(shēng)。當膠黏劑與被粘物(wù)分(fēn)子間的距離(lí)達到10-5Å時,界面分(fēn)子之間便産生(shēng)相互吸引力,使分(fēn)子間的距離(lí)進一(yī)步縮短到處于最大(dà)穩定狀态。

      根據計算,由于範德華力的作用,當兩個理想的平面相距爲10Å時,它們之間的引力強度可達10-1000MPa;當距離(lí)爲3-4Å時,可達100-1000MPa。這個數值遠遠超過現代最好的結構膠黏劑所能達到的強度。因此,有人認爲隻要當兩個物(wù)體(tǐ)接觸很好時,即膠黏劑對粘接界面充分(fēn)潤濕,達到理想狀态的情況下(xià),僅色散力的作用,就足以産生(shēng)很高的膠接強度。可是實際膠接強度與理論計算相差很大(dà),這是因爲固體(tǐ)的力學強度是一(yī)種力學性質,而不是分(fēn)子性質,其大(dà)小(xiǎo)取決于材料的每一(yī)個局部性質,而不等于分(fēn)子作用力的總和。計算值是假定兩個理想平面緊密接觸,并保證界面層上各對分(fēn)子間的作用同時遭到破壞時,也就不可能有保證各對分(fēn)子之間的作用力同時發生(shēng)。

      膠黏劑的極性太高,有時候會嚴重妨礙濕潤過程的進行而降低粘接力。分(fēn)子間作用力是提供粘接力的因素,但不是唯一(yī)因素。在某些特殊情況下(xià),其他因素也能起主導作用。


化學鍵形成理論

      化學鍵理論認爲膠黏劑與被粘物(wù)分(fēn)子之間除相互作用力外(wài),有時還有化學鍵産生(shēng),例如硫化橡膠與鍍銅金屬的膠接界面、偶聯劑對膠接的作用、異氰酸酯對金屬與橡膠的膠接界面等的研究,均證明有化學鍵的生(shēng)成。化學鍵的強度比範德化作用力高得多;化學鍵形成不僅可以提高粘附強度,還可以克服脫附使膠接接頭破壞的弊病。但化學鍵的形成并不普通,要形成化學鍵必須滿足一(yī)定的量子化`件,所以不可能做到使膠黏劑與被粘物(wù)之間的接觸點都形成化學鍵。況且,單位粘附界面上化學鍵數要比分(fēn)子間作用的數目少得多,因此粘附強度來自分(fēn)子間的作用力是不可忽視的。


弱界層理論

      當液體(tǐ)膠黏劑不能很好浸潤被粘體(tǐ)表面時,空氣泡留在空隙中(zhōng)而形成弱區。又(yòu)如,當中(zhōng)含雜(zá)質能溶于熔融态膠黏劑,而不溶于固化後的膠黏劑時,會在固體(tǐ)化後的膠粘形成另一(yī)相,在被粘體(tǐ)與膠黏劑整體(tǐ)間産生(shēng)弱界面層(WBL)。産生(shēng)WBL除工(gōng)藝因素外(wài),在聚合物(wù)成網或熔體(tǐ)相互作用的成型過程中(zhōng),膠黏劑與表面吸附等熱力學現象中(zhōng)産生(shēng)界層結構的不均勻性。不均勻性界面層就會有WBL出現。這種WBL的應力松弛和裂紋的發展都會不同,因而極大(dà)地影響着材料和制品的整體(tǐ)性能。

膠黏劑固含量檢測儀

擴散理論

      兩種聚合物(wù)在具有相容性的前提下(xià),當它們相互緊密接觸時,由于分(fēn)子的布朗運動或鏈段的擺産生(shēng)相互擴散現象。這種擴散作用是穿越膠黏劑、被粘物(wù)的界面交織進行的。擴散的結果導緻界面的消失和過渡區的産生(shēng)。粘接體(tǐ)系借助擴散理論不能解釋聚合物(wù)材料與金屬、玻璃或其他硬體(tǐ)膠粘,因爲聚合物(wù)很難向這類材料擴散。


靜電理論

      當膠黏劑和被粘物(wù)體(tǐ)系是一(yī)種電子的接受體(tǐ)-供給體(tǐ)的組合形式時,電子會從供給體(tǐ)(如金屬)轉移到接受體(tǐ)(如聚合物(wù)),在界面區兩側形成了雙電層,從而産生(shēng)了靜電引力。

      在幹燥環境中(zhōng)從金屬表面快速剝離(lí)粘接膠層時,可用儀器或肉眼觀察到放(fàng)電的光、聲現象,證實了靜電作用的存在。但靜電作用僅存在于能夠形成雙電層的粘接體(tǐ)系,因此不具有普遍性。此外(wài),有些學者指出:雙電層中(zhōng)的電荷密度必須達到1021電子/厘米2時,靜電吸引力才能對膠接強度産生(shēng)較明顯的影響。而雙電層栖移電荷産生(shēng)密度的最大(dà)值隻有1019電子/厘米2(有的認爲隻有1010-1011電子/厘米2)。因此,靜電力雖然确實存在于某些特殊的粘接體(tǐ)系,但決不是起主導作用的因素。


機械作用力理論

從物(wù)理化學觀點看,機械作用并不是産生(shēng)粘接力的因素,而是增加粘接效果的一(yī)種方法。膠黏劑滲透到被粘物(wù)表面的縫隙或凹凸之處,固化後在界面區産生(shēng)了齧合力,這些情況類似釘子與木材的接合或樹(shù)根植入泥土的作用。機械連接力的本質是摩擦力。在粘合多孔材料、紙(zhǐ)張、織物(wù)等時,機構連接力是很重要的,但對某些堅實而光滑的表面,這種作用并不顯著。