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2023-06-20
胶接机理及其影响因素探析
【摘要】：胶接过程是一个复杂的物理、化学过程。胶接力的大小，不仅取决于胶粘剂和被粘物表面的结构和状态，而且和胶接过程的工艺条件等密切相关。吸附理论把胶接主要归结于胶粘剂与被粘物分子间力的作用。吸附力是提供胶接力的普遍因素，但不是唯一因素。
胶接过程是一个复杂的物理、化学过程。胶接力的形成主要包括表面润湿、胶粘剂分子向被粘物表面移动、扩散和渗透，胶粘剂与被粘物之间形成物理、化学和机械结合的过程。胶接力的大小，不仅取决于胶粘剂和被粘物表面的结构和状态，而且和胶接过程的工艺条件等密切相关。通常，胶接的机理主要有以下几种：
1.吸附理论
吸附理论是De Bruyne、Mclaren等人首先提出的，此理论认为，胶接产生的粘附力主要来源于胶粘剂与被粘物之间界面上两种分子之间相互作用的结果，所有的液体-固体分子之间都存在这种作用力，这些作用力包括化学键力、范德华力和氢键力。胶接过程中首先胶粘剂分子因布朗运动向被粘物体表面移动，胶粘剂分子的极性基团向被粘物的极性部分靠近，当胶粘剂分子与被粘物分子间的距离小于0.5nm时，分子间就产生了范德华力或氢键力的结合。吸附理论把胶接主要归结于胶粘剂与被粘物分子间力的作用。
根据吸附理论，如果胶粘剂分子中极性基团的极性越大，数量越多，则对极性被粘物的胶接强度就越高；极性胶粘剂与非极性被粘物或非极性胶粘剂与极性被粘物胶接，由于分子间排斥，不利于分子的接近，不能产生足够的分子间力，所以胶接力很差；而非极性胶粘剂与非极性被粘物结合，由色散力产生的胶接强度较小。
吸附力是提供胶接力的普遍因素，但不是唯一因素。在某些特殊情况下，其他因素也能起主导作用。
2.扩散理论
扩散理论是由前苏联学者Воюцкнй等人提出的，此理论认为，高分子材料之间的胶接是由于胶粘剂与被粘物表面分子或链段彼此之间处于不停的热运动，从而引起相互扩散作用，使胶粘剂与被粘物之间的界面逐步消失，形成相互交织的牢固结合。如果胶粘剂是以溶剂的形式涂敷到被粘物表面，而被粘物表面又能在此溶剂中溶胀或溶解，则彼此间的扩散作用更为显著，其胶接强度就越高。因为胶粘剂和被粘物间的相互扩散是产生胶接力的主要因素，胶接强度与它们的相容性有关。高分子材料之间的胶接可以分为同种高分子材料的自粘和不同种高分子材料的互粘。前者是同种分子间的扩散，后者是不同类分子的扩散。两种扩散的结果都会使胶粘剂与被粘物分子交织在一起，从而形成牢固的结合。若胶粘剂呈液态，被粘物在液体中扩散作用显著，有利于界面消失。
扩散实际上是一种溶解过程，这个理论可以圆满解释同种或性质相近的高分子化合物之间的粘合。
3.静电理论
前苏联学者Дерягин等人根据剥离某些胶接接头时产生放电现象，提出了静电理论。此理论认为胶粘剂与被粘接材料接触时，在界面两侧会形成双电层，如同电容器的两个极板，从而产生了静电引力。当两种不同的材料接触时，胶粘剂分子中官能团的电子通过分界线向另一相表面定向吸附，形成了双电层，由于双电层的形成，胶粘剂与被粘物之间就有静电力产生，从而产生了胶接力。双电层理论只存在于能形成双电层的胶接体系，并不具有普遍性，在聚合物膜与金属胶接等方面，静电理论占有一定的地位，但不能解释导电胶的作用和非极性粘合等。
4.机械结合理论
机械结合理论认为被粘物表面的不规则性，如高低不平的峰谷或疏松孔隙结构，有利于胶粘剂的渗入，固化后胶粘剂和被粘物表面发生咬合而实现连接。经表面处理过的金属粘接，多孔物质如纸、木材、皮革、纺织品等都是胶接的实例。
机械结合的关键是被粘物表面必须有大量的凹穴、槽沟、孔穴等，当胶粘剂涂布上去时，经过润湿、流动、挤压、铺展而填入这些孔穴内，固化后，就嵌入在孔隙中而将两个表面紧密地结合在一起。机械结合理论曾一度被冷落，近20年来，基于现代微观分析研究，证明微机械嵌定作用是确实存在的。
胶粘剂种类、被粘材料种类和表面状态的不同，在胶接过程中可能同时存在一种或几种结合机制，各机制所起作用的大小和重要程度有所不同，胶接理论还需在胶接技术的研究、开发和应用中进一步完善。
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2023-06-26
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