原创 第六章 表面科学与粘接科学的关系

《粘接与胶黏剂技术导论》 - 第六章 表面科学与粘接科学的关系

第六章  表面科学与粘接科学的关系

1、粘接的静电理论：倡导者－Derjaguin，假定了Ec＝Wb，没有考虑剥离时消耗的能量并不是界面能，忽略了胶粘剂和被粘物的塑性变形，只有单被粘物和胶粘剂是完全弹性体的情况下，界面能才是破坏胶接件的总能量；（只有当相互接触的材料间存在着巨大的电负性差异时，静电力才会在粘结的形成中发挥作用，决定交接件的强度）

电负性－electronegativity；断口放射－fracto-emission

2、粘结的扩散理论（挑选与被粘物相溶的胶粘剂）：扩散粘接使人们不可能得到真实的界面，而是一个中间相，在这个相中材料A逐渐变成材料B的特性。扩散粘接使粘接的极限结果。被粘物和胶粘剂间互溶的情形很少，因此扩散理论只能应用于有限的情况，以Hildebrand提出的真溶液理论为基础，可以为材料的互溶性提供一些判据。Iyengar＆Erickson实验；双悬臂梁测试方法；

内聚能Ecoh（cohesive energy）、PET－聚对苯二甲酸乙二酯、自粘性（autohesion）、嵌段共聚物（block copolymers）、PMMA－聚甲基丙烯酸甲酯、PS－聚苯乙烯、PI－聚戊二烯、分子链拉出（chain pullout）、蛇行理论（reptation theory）

3、机械互锁和粘接（确定表面具有微观结构形态）（挑选具有合适粘度固化关系的胶粘剂，以使孔隙完全浸润）：表面粗糙由于机械互锁效应有助于粘接，另一个原因纯粹是为了增加物理接触面积－Arrowsmith实验，这都是以胶粘剂和被粘物紧密接触为基础的。由于真实胶粘剂有粘度，所以此基础实际不存在的。Packham提出的聚合物润湿表面和液体渗入孔隙的公式来测得胶粘剂渗入表面孔隙的程度。因此获得良好粘接的另一个判据是－提供具有微观形貌的物体表面，并采用粘度低至能完全填充物体表面特征形貌的胶粘剂。

4、润湿和粘接（挑选能自发润湿物体表面的胶粘剂）：当胶粘剂能够自发地在被粘物表面扩散，增大界面接触，减小与其他相进行接触时，就可获得紧密接触。环氧树脂表面能约42mJ/m2，聚氯乙烯表面约38 mJ/m2，聚乙烯约31 mJ/m2，聚四氟乙烯PTFE约18mJ/m2。Levine、Illka、Weiss等研究发现，随着固体表面润湿张力降至低于胶粘剂表面能时，胶接件地拉伸强度也会降低。表面处理（surface preparation）

5、界面酸－碱相互作用：确定基材地酸碱性，挑选具有相反特性地胶粘剂（工业无机物表面大多为酸性）

Bronsted-Lowrey酸、Lewis酸、反相气相色谱设备（inverse phase gas chromatography）、Gutman给主-受体法和硬-软酸-碱原理。

6、界面的共价结合：（如果期望在恶劣的环境中得到胶接件，那么就应该提供界面共价键）。

偶联剂（coupling agents）－带有两个化学官能团，一个可以与无机相反应，另一个则可以和有机相进行反应。常见的有硅烷偶联剂、通过氧化铬和甲基丙烯酸反应形成的铬络合物、钛酸酯等。

7、粘接的基本作用力与实际粘附力的关系：Ahagon和Gent的实验、Young-Dupre公式、Gent和Schultz实验、Andrews和Kinloch实验、Maugis实验等均表明，界面粘接、胶粘剂能量耗散性质和胶接件力学强度之间确实存在着一定的关系。可参考时温等效原理。

8、弱边界层（消除所有的弱边界层）：J.J.Bikerman提出适当的胶接件产生后，其断裂可能发生在被粘物，也可能在胶粘剂中，只要是两者中内聚能较弱的一方。由于材料界面处存在较低的内聚强度，所以粘接一般都会在低于它们预期强度的情况下断裂，这些内聚强度较低的物质就构成了“弱边界层”。为获得合适的粘接，通常需要除去或改性弱边界层，以增强内聚力。