粘膠劑的基本理論

粘膠劑的基本理論
聚(ju)合(he)物(wu)之(zhi)間(jian)，聚(ju)合(he)物(wu)與(yu)(yu)非金(jin)(jin)屬(shu)或金(jin)(jin)屬(shu)之(zhi)間(jian)，金(jin)(jin)屬(shu)與(yu)(yu)金(jin)(jin)屬(shu)和金(jin)(jin)屬(shu)與(yu)(yu)非金(jin)(jin)屬(shu)之(zhi)間(jian)的(de)膠接(jie)等都(dou)存在聚(ju)合(he)物(wu)基(ji)料(liao)與(yu)(yu)不同材料(liao)之(zhi)間(jian)界(jie)面(mian)膠接(jie)問題(ti)。粘(zhan)接(jie)是(shi)(shi)不同材料(liao)界(jie)面(mian)間(jian)接(jie)觸后相(xiang)互作(zuo)用的(de)結果(guo)。因(yin)此(ci)，界(jie)面(mian)層的(de)作(zuo)用是(shi)(shi)膠粘(zhan)科學中研究的(de)基(ji)本(ben)問題(ti)。諸如被粘(zhan)物(wu)與(yu)(yu)粘(zhan)料(liao)的(de)界(jie)面(mian)張力、表面(mian)自由能(neng)、官能(neng)基(ji)團性質、界(jie)面(mian)間(jian)反應等都(dou)影響膠接(jie)。膠接(jie)是(shi)(shi)綜合(he)性強，影響因(yin)素復雜的(de)一類技術，而(er)現有的(de)膠接(jie)理(li)論(lun)都(dou)是(shi)(shi)從某一方面(mian)出發來闡述其原理(li)，所以至今全面(mian)唯一的(de)理(li)論(lun)是(shi)(shi)沒有的(de)。

一、吸附理論
人們把固(gu)體(ti)對膠(jiao)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)劑的(de)吸(xi)附(fu)看成是膠(jiao)接(jie)主要原因的(de)理(li)論，稱為膠(jiao)接(jie)的(de)吸(xi)附(fu)理(li)論。理(li)論認為：粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)接(jie)力(li)(li)(li)的(de)主要來(lai)源是粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)接(jie)體(ti)系(xi)的(de)分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)作(zuo)用力(li)(li)(li)，即范德化引力(li)(li)(li)和氫鍵力(li)(li)(li)。膠(jiao)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)與(yu)被粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)物表面的(de)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)接(jie)力(li)(li)(li)與(yu)吸(xi)附(fu)力(li)(li)(li)具(ju)有(you)(you)某種(zhong)相(xiang)同(tong)的(de)性質(zhi)。膠(jiao)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)劑分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)與(yu)被粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)物表面分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)的(de)作(zuo)用過程(cheng)(cheng)有(you)(you)兩(liang)個過程(cheng)(cheng)：第一階(jie)段(duan)是液體(ti)膠(jiao)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)劑分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)借(jie)助(zhu)于(yu)(yu)布(bu)朗運動向被粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)物表面擴散，使(shi)兩(liang)界面的(de)極(ji)性基團或鏈節相(xiang)互靠(kao)近(jin)，在此過程(cheng)(cheng)中(zhong)，升溫、施(shi)加接(jie)觸壓力(li)(li)(li)和降低膠(jiao)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)劑粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)度等都有(you)(you)利于(yu)(yu)布(bu)朗運動的(de)加強。第二(er)階(jie)段(duan)是吸(xi)附(fu)力(li)(li)(li)的(de)產生。當膠(jiao)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)劑與(yu)被粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)物分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)間(jian)的(de)距離達(da)到(dao)10-5?時，界面分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)之間(jian)便產生相(xiang)互吸(xi)引力(li)(li)(li)，使(shi)分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)間(jian)的(de)距離進一步縮短到(dao)處于(yu)(yu)最大穩定(ding)狀態。

根據計算，由于范德華力的作用，當兩個理想的平面相距為10?時，它們之間的引力強度可達10-1000MPa；當距離為3-4?時，可達100-1000MPa。這個數值遠遠超過現代最好的結構膠粘劑所能達到的強度。因此，有人認為只要當兩個物體接觸很好時，即膠粘劑對粘接界面充分潤濕，達到理想狀態的情況下，僅色散力的作用，就足以產生很高的膠接強度。可是實際膠接強度與理論計算相差很大，這是因為固體的力學強度是一種力學性質，而不是分子性質，其大小取決于材料的每一個局部性質，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生。
膠粘劑的(de)(de)極性太高，有時候會(hui)嚴重妨礙濕潤(run)過(guo)程(cheng)的(de)(de)進行而降低粘接力。分子(zi)間(jian)作(zuo)用力是提(ti)供粘接力的(de)(de)因素(su)(su)，但不是唯(wei)一因素(su)(su)。在某些(xie)特殊情(qing)況下，其他(ta)因素(su)(su)也能起主導作(zuo)用。

二(er)、化學鍵形(xing)成理論

化(hua)(hua)學(xue)鍵(jian)(jian)(jian)理論認為(wei)膠(jiao)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)劑(ji)與(yu)被粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)物分子(zi)之(zhi)間除(chu)相互作(zuo)用力(li)外(wai)，有(you)(you)時還有(you)(you)化(hua)(hua)學(xue)鍵(jian)(jian)(jian)產(chan)生，例如硫化(hua)(hua)橡(xiang)膠(jiao)與(yu)鍍(du)銅金屬的(de)(de)膠(jiao)接(jie)界(jie)(jie)面(mian)、偶聯(lian)劑(ji)對膠(jiao)接(jie)的(de)(de)作(zuo)用、異(yi)氰酸酯對金屬與(yu)橡(xiang)膠(jiao)的(de)(de)膠(jiao)接(jie)界(jie)(jie)面(mian)等的(de)(de)研究，均證明有(you)(you)化(hua)(hua)學(xue)鍵(jian)(jian)(jian)的(de)(de)生成(cheng)(cheng)。化(hua)(hua)學(xue)鍵(jian)(jian)(jian)的(de)(de)強度比(bi)范德化(hua)(hua)作(zuo)用力(li)高得(de)多；化(hua)(hua)學(xue)鍵(jian)(jian)(jian)形成(cheng)(cheng)不(bu)僅可以提(ti)高粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)附強度，還可以克服脫附使(shi)膠(jiao)接(jie)接(jie)頭破(po)壞的(de)(de)弊病。但化(hua)(hua)學(xue)鍵(jian)(jian)(jian)的(de)(de)形成(cheng)(cheng)并不(bu)普(pu)通(tong)，要形成(cheng)(cheng)化(hua)(hua)學(xue)鍵(jian)(jian)(jian)必須滿足一定的(de)(de)量(liang)子(zi)化(hua)(hua)`件，所以不(bu)可能做到使(shi)膠(jiao)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)劑(ji)與(yu)被粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)物之(zhi)間的(de)(de)接(jie)觸(chu)點都形成(cheng)(cheng)化(hua)(hua)學(xue)鍵(jian)(jian)(jian)。況(kuang)且，單位粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)附界(jie)(jie)面(mian)上化(hua)(hua)學(xue)鍵(jian)(jian)(jian)數要比(bi)分子(zi)間作(zuo)用的(de)(de)數目少得(de)多，因此粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)附強度來自分子(zi)間的(de)(de)作(zuo)用力(li)是不(bu)可忽視的(de)(de)。

三、弱界(jie)層(ceng)理論

當液體(ti)(ti)膠(jiao)(jiao)粘(zhan)劑(ji)(ji)不能(neng)(neng)很好(hao)浸潤(run)被粘(zhan)體(ti)(ti)表(biao)面時，空氣(qi)泡留在空隙(xi)中(zhong)而(er)形(xing)成弱(ruo)(ruo)區。又如(ru)，當中(zhong)含(han)雜質能(neng)(neng)溶(rong)于(yu)熔(rong)融態膠(jiao)(jiao)粘(zhan)劑(ji)(ji)，而(er)不溶(rong)于(yu)固化(hua)后(hou)的(de)(de)膠(jiao)(jiao)粘(zhan)劑(ji)(ji)時，會在固體(ti)(ti)化(hua)后(hou)的(de)(de)膠(jiao)(jiao)粘(zhan)形(xing)成另(ling)一相(xiang)，在被粘(zhan)體(ti)(ti)與膠(jiao)(jiao)粘(zhan)劑(ji)(ji)整體(ti)(ti)間產(chan)生(sheng)弱(ruo)(ruo)界(jie)面層（WBL）。產(chan)生(sheng)WBL除工藝因(yin)素外，在聚合物成網或(huo)熔(rong)體(ti)(ti)相(xiang)互作用(yong)的(de)(de)成型過(guo)程中(zhong)，膠(jiao)(jiao)粘(zhan)劑(ji)(ji)與表(biao)面吸附(fu)等熱力學現象中(zhong)產(chan)生(sheng)界(jie)層結構的(de)(de)不均勻性(xing)。不均勻性(xing)界(jie)面層就會有WBL出現。這(zhe)種WBL的(de)(de)應(ying)力松(song)弛(chi)和裂紋的(de)(de)發展(zhan)都(dou)會不同，因(yin)而(er)極(ji)大地影響著(zhu)材料和制(zhi)品(pin)的(de)(de)整體(ti)(ti)性(xing)能(neng)(neng)。

四、擴散理論
兩種聚(ju)合(he)物(wu)(wu)在具有相(xiang)(xiang)容性的(de)前提下，當它們相(xiang)(xiang)互(hu)緊密接(jie)觸時，由(you)于分子(zi)的(de)布朗運動或鏈段的(de)擺產(chan)生(sheng)(sheng)相(xiang)(xiang)互(hu)擴(kuo)散現象。這種擴(kuo)散作用是穿越膠(jiao)(jiao)粘劑、被粘物(wu)(wu)的(de)界(jie)面交織(zhi)進行的(de)。擴(kuo)散的(de)結果(guo)導致界(jie)面的(de)消失和過(guo)渡區(qu)的(de)產(chan)生(sheng)(sheng)。粘接(jie)體(ti)系借助擴(kuo)散理論不能(neng)解釋(shi)聚(ju)合(he)物(wu)(wu)材(cai)料(liao)與金(jin)屬、玻璃或其他硬體(ti)膠(jiao)(jiao)粘，因為聚(ju)合(he)物(wu)(wu)很難(nan)向(xiang)這類材(cai)料(liao)擴(kuo)散。

五、靜電理論
當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）轉移到接受體（如聚合物），在界面區兩側形成了雙電層，從而產生了靜電引力。
在(zai)干燥(zao)環(huan)境(jing)中從(cong)金屬表面快速剝離粘接(jie)膠(jiao)(jiao)層時，可用儀器或肉眼觀察到(dao)放電(dian)的(de)光、聲現象，證實了(le)靜(jing)電(dian)作用的(de)存在(zai)。但(dan)靜(jing)電(dian)作用僅存在(zai)于能(neng)夠(gou)形成雙電(dian)層的(de)粘接(jie)體(ti)系，因(yin)此不具有普(pu)遍性(xing)。此外，有些(xie)學者指出：雙電(dian)層中的(de)電(dian)荷(he)(he)密度(du)必須達到(dao)1021電(dian)子/厘(li)米2時，靜(jing)電(dian)吸引力才能(neng)對膠(jiao)(jiao)接(jie)強度(du)產(chan)生較明(ming)顯的(de)影響。而(er)雙電(dian)層棲(qi)移電(dian)荷(he)(he)產(chan)生密度(du)的(de)最大(da)值(zhi)只(zhi)(zhi)有1019電(dian)子/厘(li)米2（有的(de)認為只(zhi)(zhi)有1010-1011電(dian)子/厘(li)米2）。因(yin)此，靜(jing)電(dian)力雖然確實存在(zai)于某些(xie)特(te)殊的(de)粘接(jie)體(ti)系，但(dan)決不是(shi)起主導(dao)作用的(de)因(yin)素。

六、機械作用力理論
從物(wu)理化學觀點看(kan)，機械作用(yong)并不(bu)是(shi)(shi)產(chan)生粘接(jie)力(li)(li)的(de)(de)因素，而是(shi)(shi)增加粘接(jie)效(xiao)果(guo)的(de)(de)一種方法(fa)。膠粘劑(ji)滲透到被粘物(wu)表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)縫隙(xi)或凹凸(tu)之處，固(gu)化后在(zai)界面(mian)區(qu)產(chan)生了(le)嚙合力(li)(li)，這(zhe)些(xie)情(qing)況類似釘子與(yu)木(mu)材的(de)(de)接(jie)合或樹根植入泥土的(de)(de)作用(yong)。機械連接(jie)力(li)(li)的(de)(de)本(ben)質(zhi)是(shi)(shi)摩擦力(li)(li)。在(zai)粘合多(duo)孔材料、紙張、織物(wu)等時，機構連接(jie)力(li)(li)是(shi)(shi)很重要的(de)(de)，但對某些(xie)堅實(shi)而光(guang)滑的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)，這(zhe)種作用(yong)并不(bu)顯著。

上述膠(jiao)(jiao)(jiao)接(jie)(jie)理論考(kao)慮(lv)的(de)基本(ben)點都(dou)與(yu)(yu)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)料(liao)(liao)(liao)的(de)分子結(jie)構(gou)(gou)和(he)(he)被(bei)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)物(wu)(wu)的(de)表面(mian)結(jie)構(gou)(gou)以(yi)及(ji)(ji)它們之(zhi)間(jian)相互作用有(you)關(guan)。從(cong)膠(jiao)(jiao)(jiao)接(jie)(jie)體系破(po)(po)(po)(po)(po)壞(huai)實(shi)驗表明，膠(jiao)(jiao)(jiao)接(jie)(jie)破(po)(po)(po)(po)(po)壞(huai)時也現(xian)四種不同情況：1.界(jie)(jie)面(mian)破(po)(po)(po)(po)(po)壞(huai)：膠(jiao)(jiao)(jiao)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)劑(ji)(ji)層全部與(yu)(yu)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)體表面(mian)分開（膠(jiao)(jiao)(jiao)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)界(jie)(jie)面(mian)完整(zheng)脫離）；2.內聚(ju)力破(po)(po)(po)(po)(po)壞(huai)：破(po)(po)(po)(po)(po)壞(huai)發生在膠(jiao)(jiao)(jiao)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)劑(ji)(ji)或被(bei)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)體本(ben)身(shen)(shen)，而不在膠(jiao)(jiao)(jiao)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)界(jie)(jie)面(mian)間(jian)；3.混合(he)破(po)(po)(po)(po)(po)壞(huai)：被(bei)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)物(wu)(wu)和(he)(he)膠(jiao)(jiao)(jiao)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)劑(ji)(ji)層本(ben)身(shen)(shen)都(dou)有(you)部分破(po)(po)(po)(po)(po)壞(huai)或這兩(liang)者中只(zhi)有(you)其一(yi)。這些破(po)(po)(po)(po)(po)壞(huai)說(shuo)明粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)接(jie)(jie)強(qiang)度不僅與(yu)(yu)被(bei)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)劑(ji)(ji)與(yu)(yu)被(bei)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)物(wu)(wu)之(zhi)間(jian)作用力有(you)關(guan)，也與(yu)(yu)聚(ju)合(he)物(wu)(wu)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)料(liao)(liao)(liao)的(de)分子之(zhi)間(jian)的(de)作用力有(you)關(guan)。高聚(ju)物(wu)(wu)分子的(de)化(hua)學結(jie)構(gou)(gou)，以(yi)及(ji)(ji)聚(ju)集態都(dou)強(qiang)烈地影響膠(jiao)(jiao)(jiao)接(jie)(jie)強(qiang)度，研究(jiu)膠(jiao)(jiao)(jiao)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)劑(ji)(ji)基料(liao)(liao)(liao)的(de)分子結(jie)構(gou)(gou)，對設計、合(he)成和(he)(he)選用膠(jiao)(jiao)(jiao)粘(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)劑(ji)(ji)都(dou)十分重(zhong)要。