粘接机理

粘接方案
粘接是一项比较复杂的技术，需要深入的学习。

首先对粘接的机理进行说明。

粘接就是指同质或异质物体表面用胶粘剂连接在一起的技术。

粘接力的产生包括胶粘剂与被粘物之间的物理作用、化学作用和机械作用。

物理作用指分子间力即范德华力、氢键力，它们广泛存在于粘接中。

化学作用指胶粘剂与被粘物之间的形成牢固的化学键结合，即离子键力、共价键力、金属键力、配位键力。

机械作用指由于被粘物表面存在大量细小的孔隙，胶粘剂分子由于扩散、渗透作用而进入被粘物内部，形成了机械的“钩键”、“锚键”，即所谓机械力。

粘合技术现在的理论主要有：机械理论、吸附理论、扩散理论、静电理论、弱边界理论、化学键理论等，每种理论都只能解释一部分，各个理论的定义为：
1、机械理论：胶粘剂必须渗入被粘物表面的空隙内，并排除其界面上吸附的空气，才能产生粘接作用。

胶粘剂粘接表面打磨的骨架效果要比表面光滑骨架好，这是因为（1）机械镶嵌、（2）形成清洁表面、（3）生成反应性表面、（4）表面积增加。

常用的金属表面处理法有：物理机械法、化学处理法。

物理机械方法有①车削加工②喷砂③超声波处理④机械打磨；化学处理方法有①酸洗
②碱洗③氧化还原④磷化处理。

2、吸附理论:粘接是由两材料间分子接触和界面力产生所引起的。

粘接力的主要来源是分子间作用力包括氢键力和范德华力。

胶粘剂与被粘物连续接触的过程叫润湿，要使胶粘剂润湿固体表面，胶粘剂的表面张力应小于固体的临界表面张力，胶粘剂浸入固体表面的凹陷与空隙就形成良好润湿。

如果胶粘剂在表面的凹处被架空，便减少了胶粘剂与被粘物的实际接触面积，从而降低了接头的粘接强度。

通过润湿使胶粘剂与被粘物紧密接触，主要是靠分子间作用力产生永久的粘接。

在粘附力和内聚力中所包含的化学键有四种类型：离子键、共价键、金属键、范德华力。

3、扩散理论：粘接是通过胶粘剂与被粘物界面上分子扩散产生的。

当胶粘剂和被粘物都是具有能够运动的长链大分子聚合物时，扩散理论基本是适用的。

4、静电理论：由于在胶粘剂与被粘物界面上形成双电层而产生了静电引力，即相互分离的阻力。

当胶粘剂从被粘物上剥离时有明显的电荷存在，则是对该理
论有力的证实。

5、弱边界层理论：当粘接破坏被认为是界面破坏时，实际上往往是内聚破坏或弱边界层破坏。

弱边界层来自胶粘剂、被粘物、环境。

如果杂质集中在粘接界面附近，并与被粘物结合不牢，在胶粘剂和被粘物内部都可出现弱边界层。

当发生破坏时，尽管多数发生在胶粘剂和被粘物界面，但实际上是弱边界层的破坏。

为了更好了解粘接知识，只对理论的学习远远不够，还需要了解粘接的工艺。

常规的粘接工艺主要存在以下过程。

1、表面处理。

通过对表面的处理能形成良好粘接的条件，增加粘合力。

2、清洗脱脂。

对聚氨酯胶粘剂来讲,金属表面的油脂与聚氨酯相容性差,而存在的水分会与胶粘剂中的一NCO基团反应产生气泡,使胶与基材接触表面积降低,且使胶粘层内聚力降低,因而粘接前必须进行表面清洗。

3、糙化处理。

对光滑表面一般须进行糙化处理,以增加胶与基材的接触面积，胶粘剂渗入基材表面凹隙中,可牢固地把基材粘在一起，常用的方法有喷砂。

4、上底涂剂。

为了改善粘接性能,可在已处理好的基材表面涂一层很薄的底涂剂(底胶),底涂还可保护刚处理的被粘物表面免受腐蚀和污染,延长存放时间。

5、涂胶。

涂胶就是将胶粘剂以适当的方式涂布于被粘物表面的操作。

对于不同胶粘剂有不同的涂胶工艺，其中以涂刷最普遍。

刷胶法就是用刷子蘸取胶液涂到被粘物表面上，对于表面粗糙的骨架，需要往复涂刷，表面光滑的骨架可顺着一个方向涂敷，速度要慢，防止带入气泡，尽可能均匀一些，中间多一些。

平均厚度为0.015-0.020mm（单涂层）。

在保证不缺胶情况下，尽可能薄一些。

6、晾置。

涂胶后，适当晾置，有利于排除空气、流匀胶层、增加粘性。

溶剂型胶粘剂必须晾置以挥发溶剂，否则固化后的胶层结构松散，会有气孔，使粘结强度下降。

每种胶粘剂晾置时间不同，晾置过度，则粘性大失，无法粘接。

7、胶粘剂的固化。

大多数聚氨酯胶粘剂在粘接时不立即具有较高的粘接强度,还需进行固化。

固化的加热方式有烘箱。

固化工艺三个重要参数为温度、压力、时间。

其中温度影响最大。

而影响粘接的主要因素为胶粘剂、被粘材料、粘接工艺技术。

影响产品粘接的因素很多，主要有化学因素和有物理因素。

下面就对这两方面的影响进行说明。

化学因素对于粘接强度的影响：影响粘接强度的化学因素主要指分子的极性、分子量、分子形状（侧基多少及大小）、分子量分布、分子的结晶性、分子对环境的稳定性以及胶粘剂和被粘体中其它组份性质、PH值等。

1.极性。

一般说来胶粘剂和被粘体分子的极性影响着粘接强度，但并不意味着这些分子极性的增加就一定会提高粘接强度。

2.分子量。

聚合物的分子量（或聚合度）直接影响聚合物分子间的作用力，一般说来，分子量和粘接强度的关系仅限于无支链线型聚合物的情况，包括两种类型。

第一种类型在分子量全范围内均发生胶粘剂的内聚破坏，这时粘接强度随分子量的增加而增加，但当分子量达到某一数值后则保持不变。

第二种类型由于分子量不同破坏部分亦不同。

3.侧链。

长链分子上的侧基是决定聚合物性质的重要因素，从分子间作用力考虑，聚合物支链的影响是，当支链小时，增加支链长度，降低分子间作用力。

当支链达到一定长度后，开始结晶，增加支链长度，提高分子间作用力，这应当是降低或提高粘接强度的原因。

4.交联。

聚合物的内聚强度随交联密度的增加面增大，而当交联密度过大时聚合物则变硬变脆，因而使聚合物耐冲击强度降低。

交联聚合物的强度与交联点数目和交联分子的长度密切相关。

5.溶剂和增塑剂。

溶剂型胶粘剂的粘接强度当然要受胶层内残留溶剂量的影响。

溶剂量多时，虽浸润性好，但由于胶粘剂内聚力变小，而使内聚强度降低。

增塑剂和溶剂的作用类似，有时即便在粘不上的情况下，加入适当的增塑剂也可粘上。

物理因素对于粘接强度的影响主要表现在以下几个方面：
1.表面处理。

其目的是能获得牢固耐久的胶粘层。

2.渗透。

已粘接的骨架，受环境气氛的作用，常常被渗进一些其他低分子。

使胶层强度降低，从而导致粘接的破坏。

3.迁移。

含有增塑剂被粘材料，由于这些小分子物与聚合物大分子的相容性较差，容易从聚合物表层或界面上迁移出来。

迁移出的小分子若聚集在界面上就会妨碍胶粘剂与被粘材料的粘接，造成粘接失效。

4.压力。

在粘接时，向粘接面施以压力，使胶粘剂更容易充满被粘体表面上
4 增塑剂。

在橡胶配方中通常都会使用到增塑剂，使用增塑剂可以使得橡胶分子间作用力降低，从而降低橡胶的玻璃化温度，增加橡胶的可塑性、流动性。

便于压延、压出等成型操作，同时还能改善硫化胶的物理机械性能。