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(diǎn)。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（聚乙酸乙烯酯、聚乙烯

2、醇、過氯乙烯、聚異丁烯等）、聚酯、聚醍、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氟基丙烯酸酯、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、三聚鼠-甲醛樹脂、有機(jī)硅樹脂、味喃樹脂、不飽和聚酯、丙烯酸樹脂、聚酰亞胺、聚苯并咪吵、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間的膠接等都存在聚合物基

3、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(tuán)性質(zhì)、界面間反應(yīng)等都影響膠接。膠接是綜合性強(qiáng)，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(gè)過程：第一階段是液體膠粘劑分子借助于布朗

4、運(yùn)動(dòng)向被粘物表面擴(kuò)散，使兩界面的極性基團(tuán)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(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)。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(shí)，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(jì)算，由于范德華力的作用，當(dāng)兩個(gè)理想的平面相距為10Å時(shí)，它們之間的引力強(qiáng)度可達(dá)10-1000MPa;當(dāng)距離為3-4Å時(shí)，可達(dá)100-1000MPa。這個(gè)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(qiáng)度。因此，有人認(rèn)為只要當(dāng)兩個(gè)物體接觸很好時(shí)，即膠粘劑對粘接界面充分潤濕，達(dá)到理想狀態(tài)的情況

5、下，僅色散力的作用，就足以產(chǎn)生很高的膠接強(qiáng)度。可是實(shí)際膠接強(qiáng)度與理論計(jì)算相差很大，這是因?yàn)楣腆w的力學(xué)強(qiáng)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(gè)局部性質(zhì)，而不等于分子作用力的總和。計(jì)算值是假定兩個(gè)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(shí)遭到破壞時(shí)，也就不可能有保證各對分子之間的作用力同時(shí)發(fā)生。膠粘劑的極性太高，有時(shí)候會(huì)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。化學(xué)鍵形成理論化學(xué)鍵理論認(rèn)為膠粘劑與被粘物分子之間除相互作用力外，有時(shí)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

6、對膠接的作用、異氟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(qiáng)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(qiáng)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(diǎn)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(qiáng)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(shí)，空氣泡留在空隙中而形成弱區(qū)。又如，當(dāng)中含雜質(zhì)能溶于熔融態(tài)膠粘劑，而不溶于固化后的膠粘劑時(shí)，會(huì)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（

7、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(huì)有WBL出現(xiàn)。這種WBL的應(yīng)力松弛和裂紋的發(fā)展都會(huì)不同，因而極大地影響著材料和制品的整體性能。擴(kuò)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(shí)，由于分子的布朗運(yùn)動(dòng)或鏈段的擺產(chǎn)生相互擴(kuò)散現(xiàn)象。這種擴(kuò)散作用是穿越膠粘劑、被粘物的界面交織進(jìn)行的。擴(kuò)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(kuò)散理論不能解釋聚合物材料與金屬、玻璃或其他硬體膠粘，因?yàn)榫酆衔锖茈y向這類材料擴(kuò)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(shí)

8、，電子會(huì)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(shí)，可用儀器或肉眼觀察到放電的光、聲現(xiàn)象，證實(shí)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。此外，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(shí)，靜電吸引力才能對膠接強(qiáng)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1010-1011電子/厘米2）。因此，靜電力雖然確實(shí)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(jī)械作用力理論從物理化學(xué)觀點(diǎn)看，機(jī)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(jī)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(shí)，機(jī)構(gòu)連接力是很重要的，但對某些堅(jiān)實(shí)而光滑的表面，這種作用并不顯著。影響膠粘及其強(qiáng)度的因素上述膠接理論考慮的基本點(diǎn)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(shí)驗(yàn)表明，膠接破壞時(shí)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：被粘物和膠粘