第一章膠接基礎(chǔ).ppt

1、第 一 章 膠 接 基 礎(chǔ),膠接接頭：被膠接材料通過(guò)膠黏劑進(jìn)行連接的 部位。 膠接接頭的結(jié)構(gòu)形式很多。從接頭的使用功能、 受力情況出發(fā)，有以下幾種基本形式。,膠接接頭的基本形式 （1）搭接接頭（lap joint）： 由兩個(gè)被膠接部分的疊合， 膠接在一起所形成的接頭,(2) 面接接頭（surface joint） 兩個(gè)被膠接物主表面膠接 在一起所形成的接頭,(3) 對(duì)接接頭（butt joint） 被膠接物的兩個(gè)端面與 被膠接物主表面垂直,(4) 角接接頭（angle joint） 兩被膠接物的主表面端部 形成一定角度的膠接接頭,接頭膠層在外力作用時(shí)，有四種受力情況。,（a）正拉,（b）剪切,

2、（c）剝離,（d）劈開,拉應(yīng)力：外力與膠接面垂直，且均勻分布于整個(gè)膠接面。 剪切力：外力與膠接面平行，且均勻分布于膠接面上。 剝離力：外力與膠接面成一定角度，并集中分布在膠 接面的某一線上。 劈裂力（不均勻扯離力）：外力垂直于膠接面，但不 均勻分布在整個(gè)膠接面上。,為了分析方便，上述四種應(yīng)力尚可簡(jiǎn)化為拉應(yīng)力和剪 切力兩類。拉應(yīng)力包括均勻扯離（正拉）力，不均勻扯 離（劈裂）力和剝離力。,第一節(jié) 形成膠接的條件,1. 膠接的基本過(guò)程 1.1 理想的膠接 理想的膠接是當(dāng)兩個(gè)表面彼此緊密接觸之后，分子間 產(chǎn)生相互作用，達(dá)到一定程度而形成膠接鍵，膠接鍵可能 是次價(jià)鍵或主價(jià)鍵，最后達(dá)到熱力學(xué)平衡的狀態(tài)。,

3、理想的膠接強(qiáng)度，可以在一些假定的前提下計(jì)算出來(lái)。因?yàn)檫@是從理想狀態(tài)出發(fā)的，沒(méi)有考慮一系列可能影響膠接強(qiáng)度的實(shí)際因素，所以理想的膠接強(qiáng)度比實(shí)際測(cè)得的膠接強(qiáng)度要大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。理想的膠接有理論意義，有利于分析理解膠接的機(jī)理，對(duì)實(shí)際的膠接過(guò)程有重要的指導(dǎo)意義。,在大多數(shù)聚合物的分子相互作用，只存在色散力的情 況下，一般Z0 = 0.2 nm， Wa =10-5Jcm2，于是 a 1500 MPa 如果分子相互作用力不僅是色散力，還有氫鍵力，誘 導(dǎo)力甚至化學(xué)鍵力的話，則值更要大得多。即使如此， 這一計(jì)算出來(lái)的理想膠接膠接強(qiáng)度，也要比實(shí)際膠接強(qiáng) 度大兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。,1.2 實(shí)際的膠接 實(shí)際的膠接，大多數(shù)

4、都要使用膠黏劑，才能使兩個(gè)固體 通過(guò)表面結(jié)合起來(lái)。聚合物處于橡膠態(tài)溫度以上時(shí)(未達(dá)熔 融態(tài))，通過(guò)加壓緊密接觸，使兩塊處于橡膠態(tài)的聚合物， 通過(guò)界面上分子間的擴(kuò)散，生成物理結(jié)點(diǎn)或分子相互作用 引力，這時(shí)不需要膠黏劑也可能使聚合物膠接起來(lái)。,不過(guò)，由于所需要的壓力大，時(shí)間長(zhǎng)，又要消耗熱能， 而且有許多降低膠接力的影響因素并未排除，使分子間 不易達(dá)到緊密接觸，得到的膠接強(qiáng)度并不理想。 金屬、無(wú)機(jī)材料不存在橡膠態(tài)，在固態(tài)的情況下，即 使加壓、加熱，也不可能達(dá)到分子接觸，這就更需要依 靠膠黏劑來(lái)實(shí)現(xiàn)膠接。,在膠接過(guò)程中，由于膠黏劑的流動(dòng)性和較小的表面 張力，對(duì)被粘物表面產(chǎn)生潤(rùn)濕作用，使界面分子緊密接

5、觸，膠黏劑分子通過(guò)自身的運(yùn)動(dòng)，建立起最合適的構(gòu)型， 達(dá)到吸附平衡。 隨后，膠黏劑分子對(duì)被粘物表面進(jìn)行跨 越界面的擴(kuò)散作用，形成擴(kuò)散界面區(qū)。,對(duì)高分子被粘物而言，這種擴(kuò)散是相互進(jìn)行的；金 屬或無(wú)機(jī)物由于受結(jié)晶結(jié)構(gòu)的約束，分子較難運(yùn)動(dòng)，但 膠黏劑在硬化前，分子可以擴(kuò)散到表面氧化層的微孔中 去，達(dá)到分子的緊密接觸，最后仍能形成以次價(jià)力為主 的或化學(xué)鍵的膠接鍵。這就是膠接的基本過(guò)程。全過(guò)程 的關(guān)鍵作用是潤(rùn)濕、擴(kuò)散和形成膠接鍵。,2 潤(rùn)濕,為形成良好的膠接，首先要求膠粘劑分子和被膠接材 分子充分接觸。為此，一般要將被膠接體表面的空氣、 或者水蒸氣等氣體排除，使膠粘劑液體和被膠接材接 觸。即將氣固界面轉(zhuǎn)換

6、成液固界面，這種現(xiàn)象叫做 潤(rùn)濕，其潤(rùn)濕能力叫做潤(rùn)濕性。,膠黏劑在涂膠階段應(yīng)當(dāng)具有較好的流動(dòng)性，而且其表面 張力應(yīng)小于被粘物的表面張力。這意味著，膠黏劑應(yīng)當(dāng)在 被粘物表面產(chǎn)生潤(rùn)濕，能自動(dòng)鋪展到被粘物表面上。 當(dāng)被粘物表面存在凹凸不平和峰谷的粗糙表面形貌時(shí)， 能因膠黏劑的潤(rùn)濕和鋪展，起填平峰谷的作用，使兩個(gè)被 粘物表面通過(guò)膠黏劑而大面積接觸，并達(dá)到產(chǎn)生分子作用 力的0.5 nm以下的近程距離。,這就要求要選擇能起良好潤(rùn)濕效果的膠黏劑。同時(shí)，也 要求被粘物表面事先要進(jìn)行必要的清潔和表面處理，達(dá)到最 宜潤(rùn)濕與膠接的表面狀態(tài)。要盡量避免潤(rùn)濕不良的情況。 如果被粘物表面出現(xiàn)潤(rùn)濕不良的界面缺陷，則在缺陷的周

7、 圍就會(huì)發(fā)生應(yīng)力集中的局部受力狀態(tài)；此外，表面未潤(rùn)濕的 微細(xì)孔穴，粘接時(shí)未排盡或膠黏劑帶入的空氣泡，以及材料 局部的不均勻性，都可能引起潤(rùn)濕不良的界面缺陷，這些都 應(yīng)盡量排除。,氣液接觸時(shí)的三種狀態(tài) 不潤(rùn)濕 部分潤(rùn)濕（臨界） 完全潤(rùn)濕,判斷潤(rùn)濕性可用接觸角來(lái)衡量，這可用Young方程來(lái)表示： SV = LV cos + SL （1） 式中，為接觸角，也稱為潤(rùn)濕角；SV為固氣界面張力；LV為液氣界面張力；SL為固液界面張力。 此式應(yīng)處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)才有意義。,可從以下幾種方式來(lái)判斷潤(rùn)濕：,（1）從接觸角(潤(rùn)濕角)來(lái)判斷 習(xí)慣上將液體在固體表面的接觸角= 90時(shí)定為潤(rùn)濕 與否的分界點(diǎn)。 90 為

8、不潤(rùn)濕，90為潤(rùn)濕，接觸角越小， 潤(rùn)濕性能越好。,(2) 由Dupre膠接功的方程式來(lái)判斷潤(rùn)濕 Wa =SV + LV - SL （2） 式中Wa為膠接功，是表征膠接性能的熱力學(xué)參數(shù)。 膠接功的定義：在液固接觸體系中，界面受到兩邊分子力的作用而存在吸附作用，分離界面兩相吸附作用所需的功稱為粘附功WA 。,一般Wa值越大，膠接力也越大，潤(rùn)濕性越好。因?yàn)?SV 、LV 兩種表面張力測(cè)試麻煩，將式( 1 )代入式( 2 ) 中得： Wa = LV(1 + cos) 此式稱為Young-Dupre方程，越小，Wa越大。,(3)用鋪展系數(shù)來(lái)判斷潤(rùn)濕 鋪展系數(shù)的定義：當(dāng)液體滴到固體表面后，新生的液-固界面

9、在取代氣-固界面的同時(shí)，氣-液界面也擴(kuò)大了同樣的面積，這一過(guò)程叫做鋪展。 鋪展系數(shù)為 S =SV - SL -LV,當(dāng)S = 0，表示可能發(fā)生液體在固體表面上自動(dòng)鋪 展，即能潤(rùn)濕； S 0，必然發(fā)生鋪展，即潤(rùn)濕性好； S 0，不能鋪展，即不潤(rùn)濕。 由此可知，值盡可能小，Wa 和S盡可能大，則膠黏 劑對(duì)被粘物的潤(rùn)濕性好，有利于提高膠接強(qiáng)度。,Zisman（奇思曼）將固體表面分為高能表面和低能表面。凡表面能200mNm2為高能表面，金屬、金屬氧化物和無(wú)機(jī)化合物的表面，都是高能表面，表面能膠黏劑的LV ，容易鋪展?jié)櫇?；低能表面的c 一般膠黏劑的LV ，所以不易鋪展?jié)櫇瘛?臨界表面張力c較大的被粘物，

10、選擇比被粘物c小的 膠黏劑比較容易，有較多的膠黏劑品種可供選擇。但c 越小，則越不容易選擇能有效潤(rùn)濕的膠黏劑。例如，聚 四氟乙烯(PTFE)的c只有19mNm，很不容易找到表面 張力比這還小的膠黏劑，所以PTFE具有難粘的特性，利 用這一特性，將PTFE熱噴涂于鍋面，就可以制成不粘 鍋。 要想粘接PTFE，只有利用鈉-萘溶液進(jìn)行化學(xué)處理或利 用低溫等離子體進(jìn)行處理使表面改性，才能進(jìn)行粘接。,臨界表面張力c的定義：Zisman根據(jù)各種同系列液體對(duì)某一種固體的浸潤(rùn)角呈有序變化這一規(guī)律，測(cè)定各種液體在某一固體表面上的接觸角，以LV 對(duì)cos 作圖得一直線，將其外推到cos =1（=0：完全浸潤(rùn)）處，

11、此時(shí)的LV 即為臨界表面張力。,3 界面擴(kuò)散,膠黏劑分子或分子鏈段與處于熔融或表面溶脹狀態(tài)的 被粘聚合物表面接觸時(shí)，分子之間會(huì)產(chǎn)生相互跨越界面的 擴(kuò)散，界面會(huì)變成模糊的彌散狀，兩種分子也可能產(chǎn)生互 穿的纏繞。這時(shí)，雖然分子間只有色散力的相互作用，也 有可能達(dá)到相當(dāng)高的膠接強(qiáng)度。,若膠黏劑與高分子材料被粘物的相容性不好，或潤(rùn)濕 性不良，則膠黏劑分子因受到斥力作用，鏈段不可能發(fā) 生深度擴(kuò)散，只在淺層有少許擴(kuò)散，這時(shí)界面的輪廓顯 得分明。只靠分子色散力的吸引作用結(jié)合的界面，在外 力作用下，容易發(fā)生滑動(dòng)，所以膠接強(qiáng)度不會(huì)很高。,利用膠黏劑粘接金屬，由于金屬分子是以金屬鍵緊密 結(jié)合起來(lái)的，分子的位置固定

12、不變，而且金屬分子排列 規(guī)整，有序性高，大多數(shù)能生成晶體構(gòu)造，密度大而結(jié) 構(gòu)致密，不但金屬分子不能發(fā)生擴(kuò)散作用，就是膠黏劑 的分子也不可能擴(kuò)散到金屬相里面去。所以，膠黏劑粘 接金屬形成的界面是很清晰的。,若對(duì)金屬表面進(jìn)行改性，除去松散的氧化層、污染層， 并使之生成疏松多孔狀表面，或增加表面的粗糙度，會(huì)有 利于膠黏劑分子的擴(kuò)散、滲透或相互咬合，有可能提高膠 接強(qiáng)度。另外，選擇強(qiáng)極性的或能與金屬表面產(chǎn)生化學(xué)鍵 的膠黏劑，也能提高膠接強(qiáng)度。借助偶聯(lián)劑的作用，也是 提高膠接強(qiáng)度的有效方法。,4 形成膠接鍵,利用膠黏劑粘接被粘物，最終的目的是形成具有一定強(qiáng)度能滿足使用要求的膠接接頭。潤(rùn)濕和擴(kuò)散是膠接過(guò)程

13、中出現(xiàn)的現(xiàn)象，其質(zhì)量直接影響膠接鍵的強(qiáng)度。 膠黏劑潤(rùn)濕被粘物并發(fā)生擴(kuò)散，在界面上兩種分子間產(chǎn)生相互作用，當(dāng)分子間的距離達(dá)到分子作用半徑的0.5nm以下時(shí)，會(huì)生成物理吸附鍵，即次價(jià)鍵。如表面發(fā)生化學(xué)吸咐，則生成化學(xué)鍵。,當(dāng)膠黏劑固化或硬化后，生成的膠接鍵即被固定下來(lái)而 保有強(qiáng)度。要獲得高強(qiáng)度的膠接接頭，首先必要的條件是在 界面處要能建立分子級(jí)的緊密接觸，分子的距離一般應(yīng)小于 0.5nm。否則界面作用力太小，不能承受稍大的應(yīng)力。 其次，膠黏劑與被粘物界面上，最好能通過(guò)分子的擴(kuò)散作 用，形成分子間的纏結(jié)，這有利于提高強(qiáng)度。為提高膠接強(qiáng) 度，還必須掌握影響強(qiáng)度的一系列因素，并加以控制。,第二節(jié) 影 響

14、 膠 接 作 用 的 因 素,1 膠黏劑的作用 絕大多數(shù)固體表面，從微觀的尺度來(lái)看，是凹凸不平 的，將這樣的表面迭合起來(lái)，只有很小的點(diǎn)面能相互接 觸，大部分的表面都不能接觸。因此分子的總吸引力很 小，很容易被分開。膠黏劑作用的目的之一，就在于可將 不規(guī)則的粗糙表面填補(bǔ)起來(lái)，使兩個(gè)接觸不良的表面，通 過(guò)膠黏劑產(chǎn)生高度的分子接觸，提高膠接強(qiáng)度。,在開始施加膠黏劑的時(shí)候，膠黏劑應(yīng)當(dāng)具有較好的流 動(dòng)性和潤(rùn)濕性，這樣才能對(duì)固體表面產(chǎn)生良好的潤(rùn)濕 鋪展，起到填充凹凸不平表面的作用。然后，膠黏劑 又應(yīng)當(dāng)能夠向界面擴(kuò)散，并在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間發(fā)生固化或 硬化，具有較高的內(nèi)聚強(qiáng)度，能經(jīng)受較大的外力作用。,不同的膠黏劑品

15、種，有各種不同的固化或硬化方式。 溶劑型膠黏劑是通過(guò)溶劑的蒸發(fā)或擴(kuò)散、滲透而固化； 熱熔型膠黏劑是通過(guò)降低溫度而固化； 化學(xué)反應(yīng)型膠黏劑則是在一定的溫度(通常是升溫)下，通過(guò)內(nèi)部產(chǎn)生聚合或縮聚反應(yīng)而固化。,2 粘度,無(wú)論哪一種類型的膠黏劑，在使用的時(shí)候，均要保持 較小的粘度，以利于潤(rùn)濕、鋪展和均勻地分布到被粘物 表面；同時(shí)還要求膠黏劑有較小的表面張力，才可能有 較好的潤(rùn)濕效果，自發(fā)地鋪展于凹凸不平的基體表面 上，形成良好的分子接觸。,（1）分子量 液體的粘度是由于液體的分子之間受到運(yùn)動(dòng)的影響而產(chǎn)生內(nèi)摩擦阻力的表現(xiàn)。它除了受溶液濃度的影響以外，主要受分子量的影響： 式中，為高分子溶液的特性粘度；

16、M為平均分子量；K、a為兩個(gè)與體系有關(guān)的常數(shù)。,（2）溶劑 一般來(lái)說(shuō)，同一高分子在良溶劑中的黏度，要比在不良溶劑中的高一些。 （3）溫度 隨著溫度的升高粘度下降。熱熔膠的熔融粘度受溫度的影響更為明顯。,粘度影響高分子和被粘物表面接觸的緊密程度。 粘度低，膠黏劑較易潤(rùn)濕鋪展，分子接觸緊密，可得 到較高的膠接強(qiáng)度。但是，粘度過(guò)低，雖然利于潤(rùn)濕鋪 展，但也易于流淌，且內(nèi)聚強(qiáng)度不會(huì)太高。,溶劑型膠黏劑的粘度如果太低，當(dāng)溶劑蒸發(fā)時(shí)，收 縮大，應(yīng)力集中較嚴(yán)重，膠接強(qiáng)度反而降低。 熱熔型膠黏劑會(huì)因?yàn)楹捅徽澄镏g熱膨脹系數(shù)的差 別，冷卻時(shí)引起應(yīng)力集中。所以，在調(diào)制或選擇膠黏劑 時(shí)，需要綜合考慮各種影響，設(shè)計(jì)最

17、佳的粘度。,膠黏劑的粘度應(yīng)當(dāng)是隨著膠接過(guò)程的推進(jìn)而逐步升 高，最終硬化或固化。膠黏劑在低粘度狀態(tài)時(shí)的時(shí)間久一 點(diǎn)，可以增加接觸的程度和膠接強(qiáng)度。從實(shí)用觀點(diǎn)出發(fā)， 絕大多數(shù)膠黏劑至少應(yīng)在幾分鐘之內(nèi)保持相當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性。 對(duì)大面積一次粘接時(shí)，則希望保持流動(dòng)性的時(shí)間略長(zhǎng) 一點(diǎn)，以便順利完成大面積的均勻涂膠。,一次粘接面較小的，則保持低粘度時(shí)間可短一點(diǎn)，如 氰基丙烯酸酯類膠黏劑，多用于小面積快速膠接， 保持低粘度時(shí)間只需幾秒或幾十秒。 膠黏劑處于流動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間，是膠接過(guò)程的重要參數(shù) 之一，也是膠黏劑控制適用期的重要因素。根據(jù)所要求 的膠接水平，綜合考慮膠黏劑的粘度及保持流動(dòng)性的時(shí) 間是很重要的。,3 表面

18、能,膠黏劑與基體之間的接觸程度也受到表面能的影響。 Zisman曾經(jīng)指出，接觸角對(duì)衡量接觸程度是有用的量度。 液體膠黏劑和高表面能固體之間的分子相互作用能，般都超過(guò)液體分子本身的內(nèi)聚能。,金屬、金屬氧化物和各種無(wú)機(jī)物都是高能表面，如 與其接觸的液體或膠黏劑的粘度很低，表面張力也低,則 其接觸角很小，可以自動(dòng)潤(rùn)濕鋪展，分子相互接觸緊 密，膠接強(qiáng)度可能高。 反之，許多極性的液體膠黏劑和非極性的聚乙烯或 其他聚合物，由于低能表面以及和液體膠黏劑的極性不 相匹配，形成的接觸角大，膠接效果不好，膠接強(qiáng)度也 不會(huì)高。,實(shí)踐證明，凡是液體或膠黏劑表面張力低于基體表面 張力，就會(huì)表現(xiàn)出良好的潤(rùn)濕鋪展效果，并且

19、分子接觸比 較緊密，意味著會(huì)出現(xiàn)較高的膠接強(qiáng)度。 非極性聚合物如聚乙烯和聚四氟乙烯的表面能和臨界 表面張力分別為s = 35.7、23.9 mNm， c =31.19 mN m，低于一般膠黏劑的表面張力值(7833 mNm)，所 以潤(rùn)濕與膠接的效果均不好。只有進(jìn)行表面改性，提高表 面能，才能滿足膠接要求。,4 弱邊界層,膠黏劑與被粘物之間，應(yīng)當(dāng)有良好的分子接觸，才能達(dá)到較高的膠接強(qiáng)度。如在膠接接頭內(nèi)，存在相當(dāng)?shù)偷膹?qiáng)度區(qū)域，那末，即使膠黏劑與被粘物之間有良好的接觸，接頭強(qiáng)度也并不會(huì)很高。,邊界層主要是指固體、液體、氣體緊密接觸的邊緣部分，從物理角度看，通常是指流經(jīng)固體表面最接近的流體層，對(duì)傳熱、

20、傳質(zhì)和動(dòng)量均有特殊影響，但沒(méi)有獨(dú)立的相，這一點(diǎn)和界面是有一定區(qū)別的。如邊界層內(nèi)存在低強(qiáng)度區(qū)域，則稱為弱邊界層。,聚合物基體內(nèi)，形成弱邊界層的原因，可能有以下幾種： 聚合過(guò)程所帶入的雜質(zhì)影響，如從聚合反應(yīng)釜中掉進(jìn)去的潤(rùn)滑油，這是低分子量的有機(jī)雜質(zhì)； 聚合過(guò)程未全部轉(zhuǎn)化的殘余低分子量尾料；,加入的抗氧劑、增塑劑、紫外光吸收劑、潤(rùn)滑劑等低分子量助劑的影響； 成型加工過(guò)程中帶入的雜質(zhì)，如脫模劑的影響； 商品在貯存運(yùn)輸過(guò)程中，不慎帶入的雜質(zhì)。,第三節(jié) 膠 接 理 論,了解膠接理論，不但可以從理論上指導(dǎo)膠黏劑選擇， 膠接接頭的設(shè)計(jì)，制定最佳的膠接工藝，控制影響膠接強(qiáng) 度的各種因素，達(dá)到形成強(qiáng)力膠接接頭的目

21、的。 更重要的是了解膠接的內(nèi)在機(jī)理，包括膠接與被粘對(duì)立 統(tǒng)一的關(guān)系，膠接過(guò)程中的物理、化學(xué)變化，從而對(duì)膠接 現(xiàn)象，從感性認(rèn)識(shí)深化到本質(zhì)與規(guī)律性的理性認(rèn)識(shí)。,經(jīng)過(guò)幾十年的研究和發(fā)展，許多學(xué)者從不同的角度，提出了許多有價(jià)值的理論。雖然這些理論尚有爭(zhēng)論，還沒(méi)有公認(rèn)的統(tǒng)一理論，但在解釋膠接現(xiàn)象方面，均各有可取的觀點(diǎn)，目前仍在不斷地發(fā)展與完善中。,1 機(jī)械結(jié)合理論 這是一種較早的最直觀的宏觀理論。認(rèn)為被粘物表 面的不規(guī)則性，如高低不平的峰谷或疏松孔隙結(jié)構(gòu)，有 利于膠黏劑的填入，固化后膠黏劑和被粘物表面發(fā)生咬 合而固定。這就是機(jī)械結(jié)合理論最簡(jiǎn)單的解釋。,McBain在30年代首先提出這一理論。機(jī)械嵌定的固

22、定 方法應(yīng)用很普遍，表面處理過(guò)的金屬粘接，多孔物質(zhì)如 紙、木材、皮革、紡織品等的膠接就是實(shí)際的例子。 機(jī)械結(jié)合的關(guān)鍵是被粘物表面必須有大量的凹穴、槽 溝、多孔穴等，當(dāng)膠黏劑涂布上去時(shí)，經(jīng)過(guò)潤(rùn)濕、流動(dòng)、 擠壓、鋪展而填入這些孔穴內(nèi)，固化后，就嵌定在孔隙中 而緊密地結(jié)合起來(lái)，表現(xiàn)出較高的膠接強(qiáng)度。,機(jī)械結(jié)合理論曾經(jīng)起過(guò)積極作用，但是隨著其他膠接 理論的建立和發(fā)展，幾乎一度被冷落。近20年來(lái)，用現(xiàn) 代微觀研究?jī)x器的觀測(cè)結(jié)果，證明微機(jī)械嵌定作用是確 實(shí)存在的。 如在ABS塑料上鍍金屬，鍍前先用溶劑處理，使塑料 表面產(chǎn)生大量微穴，然后沉積導(dǎo)電物質(zhì)到微孔中，再進(jìn) 行電鍍。,金屬鋁的膠接強(qiáng)度一般不太高，經(jīng)H

23、Cl液或化學(xué)氧化液處理后，生成大量立體結(jié)晶構(gòu)造，帶有大量槽溝和微穴，膠接強(qiáng)度有顯著提高。鋼帶表面軋制的光滑面，直接的膠接強(qiáng)度并不高，經(jīng)磷酸鹽處理后，產(chǎn)生大量磷酸鐵微孔，膠接強(qiáng)度明顯提高。,2 吸附理論,吸附理論的基本觀點(diǎn)是：膠接是一種吸附作用，這是 最早提出并被大多數(shù)科學(xué)家接受的。 吸附理論認(rèn)為，膠接產(chǎn)生的黏附力主要來(lái)源于膠黏劑 與被粘物之間界面上兩種分子之間相互作用的結(jié)果，所 有的液體固體分子之間都存在這種作用力，這些作 用力包括化學(xué)鍵力、范德華力和氫鍵力。,這個(gè)過(guò)程是，首先膠黏劑分子由布朗運(yùn)動(dòng)向被粘物表 面移動(dòng)，膠黏劑分子的極性基團(tuán)向被粘物的極性部分靠 近，當(dāng)膠黏劑分子與被粘物分子間的距離

24、小于0.5nm時(shí)， 分子間就產(chǎn)生了范德華力或氫鍵力的結(jié)合。 吸附理論把 膠接主要?dú)w結(jié)于膠黏劑與被粘物分子間力的作用。,根據(jù)吸附理論，如果膠黏劑分子中極性基團(tuán)的極性越 大，數(shù)量越多，則對(duì)極性被粘物的膠接強(qiáng)度就越高；極 性膠黏劑與非極性被粘物或非極性膠黏劑與極性被粘物 膠接，由于分子間排斥，不利于分子的接近，不能產(chǎn)生 足夠的分子間力，所以膠接力很差；而非極性膠黏劑與 非極性被粘物結(jié)合，由色散力產(chǎn)生的膠接強(qiáng)度較小。,3 擴(kuò)散理論 擴(kuò)散理論認(rèn)為，高分子材料之間的膠接是由于膠黏劑 與被粘物表面分子或鏈段彼此之間處于不停的熱運(yùn)動(dòng)引 起的相互擴(kuò)散作用，使膠黏劑與被粘物之間的界面逐步 消失，形成相互交織的牢固

25、結(jié)合，膠接接頭的強(qiáng)度隨時(shí) 間的延長(zhǎng)而增至最大值。,如果膠黏劑是以溶劑的形式涂敷到被粘物表面，而被 粘物表面又能在此溶劑中溶脹或溶解，則彼此間的擴(kuò)散 作用更為顯著，其膠接強(qiáng)度就越高。因?yàn)槟z黏劑和被粘 物間的相互擴(kuò)散是產(chǎn)生膠接力的主要因素，膠接強(qiáng)度與 它們的相容性有關(guān)。,高分子材料之間的膠接可以分為同種高分子材料的自 粘和不同種高分子材料的互粘。前者是同種分子間的擴(kuò) 散，后者是不同類分子的擴(kuò)散。兩種擴(kuò)散的結(jié)果都會(huì)使 膠黏劑與被粘物分子交織在一起，從而形成牢固的結(jié)合。,4 化學(xué)鍵理論 該理論認(rèn)為，膠接作用是由于膠黏劑與被粘物之間的 化學(xué)結(jié)合力而產(chǎn)生的，有些膠黏劑能與被粘物表面的某 些分子或基團(tuán)形成化

26、學(xué)鍵?；瘜W(xué)鍵是分子中相鄰兩原子 之間的強(qiáng)烈吸引力，一般化學(xué)鍵要比分子間的范德華力 大一兩個(gè)數(shù)量級(jí)，這種化學(xué)鍵的結(jié)合十分牢固。,5 靜電理論（雙電層理論 ） 雙電層理論是將膠黏劑與被粘物視作一個(gè)電容器。電 容器的兩塊夾板就是雙電層。即當(dāng)兩種不同的材料接觸 時(shí)，膠黏劑分子中官能團(tuán)的電子通過(guò)分界線或一相極性 基向另一相表面定向吸附，形成了雙電層。,由于雙電層的存在，欲分離雙電層的兩個(gè)極板，就必 須克服靜電力。當(dāng)被粘物與膠黏劑剝離時(shí)，可以視為兩 塊極板的分離，此時(shí)兩極之間便產(chǎn)生了電位差，并隨著 極板間的距離增大而增大，到一定極限值時(shí)，便產(chǎn)生了 放電現(xiàn)象。 由于雙電層的形成，膠黏劑與被粘物之間就有靜電

27、力產(chǎn)生，從而產(chǎn)生了膠接力。,雙電層理論只存在于能形成雙電層的膠接體系，不 具有普遍性，并且雙電層所產(chǎn)生的靜電力即使存在于某 些膠接體系中，但是，它在這個(gè)膠接中絕不是起主導(dǎo)作 用的，它只占整個(gè)膠接力的一部分。,6 配位鍵理論,配位鍵理論認(rèn)為，強(qiáng)的黏附作用來(lái)源于膠黏劑分子與 被粘物在界面上生成的配位鍵(氫鍵就是一種特殊的配位 鍵)。膠接時(shí)，膠黏劑涂覆在被粘物表面后，受被粘物表 面的吸引，膠黏劑開始潤(rùn)濕被粘物材料表面，同時(shí)膠黏 劑分子向被粘物材料移動(dòng)。在移動(dòng)過(guò)程中，膠黏劑分子 中帶電荷部分逐漸向被粘物材料帶相反電荷部分靠近， 當(dāng)這兩部分距離小于0.35nm時(shí)，就結(jié)合形成配位鍵。,生成配位鍵既需要有提

28、供未共享電子對(duì)的一方，又需 要有接受電子對(duì)的一方。就是說(shuō)比較理想的膠接應(yīng)當(dāng)是， 當(dāng)被膠接材料是電子供給體則應(yīng)采用電子接受體材料的膠 黏劑進(jìn)行膠接；當(dāng)被膠接材料是電子接受體，則應(yīng)采用電 子供給體的膠黏劑進(jìn)行膠接。如果在膠接中，膠黏劑與被 膠接材料均能提供電子對(duì)或均為接受電子對(duì)的一方，則膠 接就很難成功。,聚四氟乙烯材料之所以難以膠接就是典型的例子，因 為聚四氟乙烯可以提供電子對(duì)，而一般的膠黏劑大多可提 供電子對(duì)，這樣兩者都能提供電子對(duì)，膠接時(shí)不能產(chǎn)生配 位鍵，這就是聚四氟乙烯難粘的原因之一。,環(huán)氧樹脂之所以具有很好的膠接性，從最簡(jiǎn)單的分子 結(jié)構(gòu)看，它有4個(gè)氧原子2個(gè)苯環(huán)，從配位鍵機(jī)理分析， 因?yàn)?/p>

29、4個(gè)氧原子有8個(gè)配位能力很強(qiáng)的未共享電子對(duì)，還 有2個(gè)具有共軛丌鍵體系的苯環(huán)。另外分子中沒(méi)有大的烷 基鏈構(gòu)成位阻，這就使它成為膠接金屬材料的佼佼者。,總結(jié)性評(píng)價(jià),自1920年以來(lái)，人們已經(jīng)提出了多種膠接理論。每種理論都有大量實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，只是研究的角度、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)條件各有不同，但目標(biāo)都是為追求形成膠接現(xiàn)象的本質(zhì)。另外，還有弱邊界層理論、流變理論也在研究中，各種理論研究繼續(xù)向縱深發(fā)展。,研究手段的發(fā)展，提高了人們認(rèn)識(shí)事物深度與廣度的能力。膠接科學(xué)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防高新科技和日常生活中，這也促進(jìn)了研究膠接機(jī)理的迫切性。各派理論已開始逐步靠近，由獨(dú)立分散而逐步結(jié)合。,吸附理論采納了擴(kuò)

30、散理論，更加合理地解釋了潤(rùn)濕、擴(kuò)散、膠接鍵成鍵過(guò)程； 酸堿相互作用理論，本身就是吸附理論深化的發(fā)展，是膠接功的主要貢獻(xiàn)部分； 化學(xué)鍵理論是從吸附理論衍生出來(lái)的，除了成鍵機(jī)理有其獨(dú)特之處以外，其余都離不開吸附理論的基本內(nèi)容； 靜電理論吸取了酸堿相互作用給體與受體的觀念，從而有了更進(jìn)一步的發(fā)展。,膠接理論至今還未發(fā)展成統(tǒng)一的理論，對(duì)各派理論可 采取綜合理解，兼收并蓄，靈活運(yùn)用的原則，充分調(diào)動(dòng) 提高膠接強(qiáng)度的一切有利因素，避免降低分子作用力的 不利因素。 由于每一種理論都有一定的依據(jù)，可以認(rèn)為膠接是多 種因素構(gòu)成的，并具有協(xié)同關(guān)系。,不妨設(shè)想總膠接功是各理論膠接功的總合，列出如 下的表達(dá)式 式中，W

31、總為總膠接功；Wad為物理吸附功；Wab為酸堿 相互作用功；Wc為化學(xué)鍵功；Wd為擴(kuò)散功； We為靜電 作用功；Wm為機(jī)械功。,納米膠黏劑 納米材料是一種新材料，是由納米量級(jí)的晶態(tài)或非晶 態(tài)超細(xì)材料構(gòu)成的固態(tài)物質(zhì)。由于其尺寸小、比表面積 大以及獨(dú)特的固體結(jié)構(gòu)，使其具有高強(qiáng)度、高韌性、高 比熱、高導(dǎo)電、高導(dǎo)磁性等。,在膠黏劑領(lǐng)域，用溶膠、凝膠技術(shù)制備具有納米尺度 的SiO2充填環(huán)氧樹脂。 在環(huán)氧樹脂膠黏劑中加入8%的納米金剛石粉，膠層 的耐磨性提高了2.24倍，拉伸強(qiáng)度提高了27.5%。 納米膠黏劑的研究剛剛起步， 有更多工作要進(jìn)一步研究,21世紀(jì)膠接領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)研究課題 1. 環(huán)保壓力日益加重，研究能取代一切污染環(huán)境的膠 黏劑； 2. 因?yàn)榭梢陨锝到?，不污染環(huán)境，天然膠黏劑的改 性研究將會(huì)加強(qiáng)； 3. 膠接理論的深入研究，將目前的多種理論統(tǒng)一，形 成膠接科學(xué)學(xué)說(shuō)；,4. 找出膠接強(qiáng)度的普適