常見膠粘劑及其作用原理

1、膠粘劑膠接（粘合、粘接、膠結(jié)、膠粘）是指同質(zhì)或異質(zhì)物體表面用膠粘劑連接 在一起的技術(shù)，具有應(yīng)力分布連續(xù)，重量輕，或密封，多數(shù)工藝溫度低等特 點。膠接特別適用于不同材質(zhì)、不同厚度、超薄規(guī)格和復(fù)雜構(gòu)件的連接。膠接 近代發(fā)展最快，應(yīng)用行業(yè)極廣，并對高新科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和人民日常生活改善有 重大影響。因此，研究、開發(fā)和生產(chǎn)各類膠粘劑十分重要。膠粘劑的分類膠粘劑的分類方法很多，按應(yīng)用方法可分為熱固型、熱熔型、室溫固化 型、壓敏型等；按應(yīng)用對象分為結(jié)構(gòu)型、非構(gòu)型或特種膠；接形態(tài)可分為水溶 型、水乳型、溶劑型以及各種固態(tài)型等。合成化學(xué)工作者常喜歡將膠粘劑按粘 料的化學(xué)成分來分類熱塑性纖維素酯、烯類聚合物（聚乙酸

2、乙烯酯、聚乙烯醇、過氯乙烯、聚 異丁烯等）、聚酯、聚醍、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-富基丙烯酸酯、聚乙烯醇縮醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物等類熱固性環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、月尿醛樹脂、三聚富 -甲醛樹脂、有機硅樹脂、 味喃樹脂、不飽和聚酯、丙烯酸樹脂、聚酰亞胺、聚苯并咪噪、酚醛-聚乙烯醇縮醛、酚醛-聚酰胺、酚醛-環(huán)氧樹脂、環(huán)氧-聚酰胺等類合成橡膠型氯丁橡膠、丁苯橡膠、丁基橡膠、丁鈉橡膠、異戊橡膠、聚硫 橡膠、聚氨酯橡膠、氯磺化聚乙烯彈性體、硅橡膠等類橡膠樹脂劑酚醛-丁睛膠、酚醛-氯丁膠、酚醛-聚氨酯膠、環(huán)氧-丁睛膠、環(huán) 氧-聚硫膠等類膠粘理論聚合物之間，聚合物與非金屬或金屬之間，金屬與金屬和金屬與非金屬之

3、 間的膠接等都存在聚合物基料與不同材料之間界面膠接問題。粘接是不同材料 界面間接觸后相互作用的結(jié)果。因此，界面層的作用是膠粘科學(xué)中研究的基本問題。諸如被粘物與粘料的 界面張力、表面自由能、官能基團性質(zhì)、界面間反應(yīng)等都影響膠接。膠接是綜 合性強，影響因素復(fù)雜的一類技術(shù)，而現(xiàn)有的膠接理論都是從某一方面出發(fā)來 闡述其原理，所以至今全面唯一的理論是沒有的。吸附理論人們把固體對膠粘劑的吸附看成是膠接主要原因的理論，稱為膠接的吸附 理論。理論認(rèn)為：粘接力的主要來源是粘接體系的分子作用力，即范德化引力和氫鍵力。膠 粘與被粘物表面的粘接力與吸附力具有某種相同的性質(zhì)。膠粘劑分子與被粘物 表面分子的作用過程有兩個

4、過程：第一階段是液體膠粘劑分子借助于布朗運動向被粘物表面擴散，使兩界面 的極性基團或鏈節(jié)相互靠近，在此過程中，升溫、施加接觸壓力和降低膠粘劑 粘度等都有利于布朗運動的加強。第二階段是吸附力的產(chǎn)生。當(dāng)膠粘劑與被粘 物分子間的距離達(dá)到10-5Å時，界面分子之間便產(chǎn)生相互吸引力，使分子 間的距離進(jìn)一步縮短到處于最大穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)計算，由于范德華力的作用，當(dāng)兩個理想的平面相距為10Å時,它們之間的引力強度可達(dá)10-1000MPa;當(dāng)距離為3-4Å時，可達(dá)100- 1000MPa。這個數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)代最好的結(jié)構(gòu)膠粘劑所能達(dá)到的強度。因此， 有人

5、認(rèn)為只要當(dāng)兩個物體接觸很好時，即膠粘劑對粘接界面充分潤濕，達(dá)到理 想狀態(tài)的情況下，僅色散力的作用，就足以產(chǎn)生很高的膠接強度?？墒菍嶋H膠 接強度與理論計算相差很大，這是因為固體的力學(xué)強度是一種力學(xué)性質(zhì)，而不 是分子性質(zhì)，其大小取決于材料的每一個局部性質(zhì)，而不等于分子作用力的總 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子間的作用 同時遭到破壞時，也就不可能有保證各對分子之間的作用力同時發(fā)生。膠粘劑的極性太高，有時候會嚴(yán)重妨礙濕潤過程的進(jìn)行而降低粘接力。分 子間作用力是提供粘接力的因素，但不是唯一因素。在某些特殊情況下，其他 因素也能起主導(dǎo)作用?；瘜W(xué)鍵形成理論化學(xué)鍵理論認(rèn)為膠粘劑與

6、被粘物分子之間除相互作用力外，有時還有化學(xué) 鍵產(chǎn)生，例如硫化橡膠與鍍銅金屬的膠接界面、偶聯(lián)劑對膠接的作用、異富酸 酯對金屬與橡膠的膠接界面等的研究，均證明有化學(xué)鍵的生成?；瘜W(xué)鍵的強度 比范德化作用力高得多；化學(xué)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(xué)鍵的形成并不普通，要形成化學(xué)鍵必須滿足一 定的量子化、件，所以不可能做到使膠粘劑與被粘物之間的接觸點都形成化學(xué) 鍵。況且，單位粘附界面上化學(xué)鍵數(shù)要比分子間作用的數(shù)目少得多，因此粘附 強度來自分子間的作用力是不可忽視的。弱界層理論當(dāng)液體膠粘劑不能很好浸潤被粘體表面時，空氣泡留在空隙中而形成弱 區(qū)。又如，當(dāng)中含雜質(zhì)能溶于

7、熔融態(tài)膠粘劑，而不溶于固化后的膠粘劑時，會 在固體化后的膠粘形成另一相，在被粘體與膠粘劑整體間產(chǎn)生弱界面層（WBL）。產(chǎn)生WBL除工藝因素外，在聚合物成網(wǎng)或熔體相互作用的成型過程 中，膠粘劑與表面吸附等熱力學(xué)現(xiàn)象中產(chǎn)生界層結(jié)構(gòu)的不均勻性。不均勻性界面層就會有 WBL出現(xiàn)。這種 WBL的應(yīng)力松弛和裂紋的發(fā)展都會 不同，因而極大地影響著材料和制品的整體性能。擴散理論兩種聚合物在具有相容性的前提下，當(dāng)它們相互緊密接觸時，由于分子的 布朗運動或鏈段的擺產(chǎn)生相互擴散現(xiàn)象。這種擴散作用是穿越膠粘劑、被粘物 的界面交織進(jìn)行的。擴散的結(jié)果導(dǎo)致界面的消失和過渡區(qū)的產(chǎn)生。粘接體系借 助擴散理論不能解釋聚合物材料與

8、金屬、玻璃或其他硬體膠粘，因為聚合物很 難向這類材料擴散。靜電理論當(dāng)膠粘劑和被粘物體系是一種電子的接受體-供給體的組合形式時，電子會 從供給體（如金屬）轉(zhuǎn)移到接受體（如聚合物），在界面區(qū)兩側(cè)形成了雙電 層，從而產(chǎn)生了靜電引力。在干燥環(huán)境中從金屬表面快速剝離粘接膠層時，可 用儀器或肉眼觀察到放電的光、聲現(xiàn)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系，因此不具有普遍性。止匕外，有些學(xué)者指 出：雙電層中的電荷密度必須達(dá)到1021電子/厘米2時，靜電吸引力才能對膠 接強度產(chǎn)生較明顯的影響。而雙電層棲移電荷產(chǎn)生密度的最大值只有1019電子/厘米2 （有的認(rèn)為只有10-1011電子

9、/厘米2）。因此，靜電力雖然確實存在于 某些特殊的粘接體系，但決不是起主導(dǎo)作用的因素。機械作用力理論從物理化學(xué)觀點看，機械作用并不是產(chǎn)生粘接力的因素，而是增加粘接效 果的一種方法。膠粘劑滲透到被粘物表面的縫隙或凹凸之處，固化后在界面區(qū) 產(chǎn)生了嚙合力，這些情況類似釘子與木材的接合或樹根植入泥土的作用。機械 連接力的本質(zhì)是摩擦力。在粘合多孔材料、紙張、織物等時，機構(gòu)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。影響膠粘及其強度的因素上述膠接理論考慮的基本點都與粘料的分子結(jié)構(gòu)和被粘物的表面結(jié)構(gòu)以及 它們之間相互作用有關(guān)。從膠接體系破壞實驗表明，膠接破壞時也現(xiàn)四種不同 情況：1 ."界面破壞：膠粘劑層全部與粘體表面分開（膠粘界面完整脫離）；2 ."內(nèi)聚力破壞：破壞發(fā)生在膠粘劑或被粘體本身，而不在膠粘界面間；3 ."混合破壞：被粘物和