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膠接是通過具有黏附能力的物質(zhì)，把同種或不同種材料牢固地連接在起的方法。具有黏附能力的物質(zhì)稱為膠粘劑或黏合劑，被膠接的物體稱為被粘物，膠鉆劑和被黏物構(gòu)成的組件稱為膠接接頭。

1、膠接接頭的形成機(jī)理

膠接過程是個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)過程。膠接性能的好壞，不僅取決于膠粘劑和被粘物表面的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)，而且和膠接過程的工藝條件密切相關(guān)。

1.1 實(shí)現(xiàn)膠接的條件

任何兩種物質(zhì)的分子(或原子)相互常近時(shí)，由于化學(xué)鍵力或分子同力的作用會使兩分子間產(chǎn)生吸附引力。產(chǎn)生這種吸附引力的條件是分子或原子之間的距離必須處于引力場的范圍內(nèi)。一般來說，其力場作用范圍不超過lnm，能夠產(chǎn)生強(qiáng)吸附力的范圍大約為0.3~0. 5nm。膠黏劑與被粘物表面之間，無論在何種情況下,都不可能實(shí)現(xiàn)完全的分子接觸(即兩相分子的距離達(dá)到0.5nm左右)。

膠接力的產(chǎn)生往往只是在少數(shù)分子接觸點(diǎn)的基礎(chǔ)上形成的。在膠接過程中必須在界面區(qū)盡量增加分子接觸點(diǎn)的密度。兩個(gè)被膠接物表面實(shí)現(xiàn)膠接，必要條件是膠粘劑應(yīng)與被膠接物表面緊密地結(jié)合在一起，也就是通過膠粘劑能充分地浸潤物體表面，并形成足夠的膠接力，就可得到滿意的接頭強(qiáng)度。那么被膠接物體表面充分的浸潤和膠接力是如何形成的呢？

1.膠接劑對被膠接物體必須具有浸潤性

當(dāng)一滴液體與固體表面接觸后，接觸面自動增大的過程稱為浸潤。浸潤的程度可由液體與固體的接觸角來判一斷。而接觸角的大小是由液體和固體的界面張力所決定的，對液體稱為界面張力，固體則稱為界面能。圖1為液體與固體表面接觸角的關(guān)系圖，θ為接觸角。

圖1 液體與固體表面接觸角的關(guān)系

接觸角θ是通過固-液-氣三相交點(diǎn)所作液體曲面切線與液滴接觸一側(cè)固體平面的夾角。當(dāng)θ= 00時(shí)，說明固體表面完全浸潤；當(dāng)0<θ<900叮時(shí)，固體表面呈浸潤狀態(tài)；θ>900時(shí)，固體表面不浸潤；當(dāng)θ=1800時(shí)，固體表面不浸潤。界面張力小的液體能良好地浸潤在界面張力大的固體表面。表1中給出了部分常用材料的界面張力。

金屬及其氧化物、無機(jī)鹽的界面張力一般都比較大，而固體聚合物、膠粘劑、有機(jī)物、水等的界面張力比較小，所以，金屬及其氧化物、無機(jī)鹽很容易被膠粘劑浸潤。影響浸潤的因素除了膠粘劑與被膠接物的界面張力外，還與工藝條件、環(huán)境溫度等因素有關(guān)。

膠接力的形成

被膠接物體表面涂膠后，膠粘劑通過流動、浸潤、擴(kuò)散、和滲透等作用，當(dāng)間距小于5×10-10m時(shí)，被膠接物體在界面上就產(chǎn)生了物理和化學(xué)的結(jié)合力。它包括化學(xué)鍵、氫鍵、范德華力等。化學(xué)鍵是強(qiáng)作用力，范德華力是弱作用力。其中結(jié)合力大小順序?yàn)榛瘜W(xué)鍵>氫鍵>范德華力。

1.2 膠接具備的條件

1.膠粘劑必須容易流動

流動是高分子鏈段在熔體空穴之間協(xié)同運(yùn)動的結(jié)果，并受鏈纏結(jié)、分子間力、增強(qiáng)材料的存在和交聯(lián)等因素所制約。從物理化學(xué)的觀點(diǎn)看，膠粘劑的粘度越低越有利于界面區(qū)分子的接觸。

2.液體對固體表面的濕潤

當(dāng)液體與被膠接物在表面上接觸時(shí)浸潤能夠自動均勻地展開，液體與被膠接物體的表面浸潤得越完全，兩個(gè)界面的分子接觸的密度越大，吸附引力越大。

3.固體表面的粗糙化

膠接主要發(fā)生在固體和液體表面薄層，固體表面的特征對膠接接頭強(qiáng)度有著直接的影響。在被膠接物表面適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行粗糙處理或增加人為的縫隙，可增大膠粘劑與被膠接物體接觸的表面積，提高膠接強(qiáng)度。界面有了縫隙，可將縫隙視為毛細(xì)管，表面產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象對浸潤是非常有利的。

4.被膠接物和膠粘劑膨脹系數(shù)差要小

膠粘劑本身的膨脹系數(shù)與膠層和被膠接物的膨脹系數(shù)差值越大，固化后膠接接頭內(nèi)的殘余內(nèi)應(yīng)力也越大，工作中對接頭的破壞也越嚴(yán)重。

5.形成膠接力

形成膠接力是建立膠接接頭的一個(gè)因素，固化后膠層或被膠接物本身的內(nèi)聚強(qiáng)壓是建立膠接接頭的另一個(gè)因素。膠粘劑在液相時(shí)內(nèi)聚強(qiáng)度接近等于零。因此，液相膠裂劑必須通過蒸發(fā)(溶劑或分散介質(zhì))、冷卻、聚合或其它各種交聯(lián)方法固化以提高內(nèi)聚弛度。

1.3 幾種膠接現(xiàn)象的理論解釋

1.吸附理論

吸附理論是以表面能為基礎(chǔ)，認(rèn)為粘附作用主要來源是膠粘劑分子和被膠接物分子間的作用力。吸附理論認(rèn)為，膠粘劑分子與被膠接物表面分子產(chǎn)生的膠接力，首先是膠粘劑中的大分子通過鏈段與分子鏈的運(yùn)動逐漸相互靠近，達(dá)到膠粘劑分子由微布朗運(yùn)動向被膠接物表面擴(kuò)散；當(dāng)膠粘劑與被膠接物兩種分子間的距離小于5×10-10m時(shí)，分子間就產(chǎn)生了范德華力或氫鍵的結(jié)合，膠粘劑高分子被吸附，形成膠接。在這個(gè)過程中對膠接接頭進(jìn)行加熱、施加壓力和降低膠粘劑的粘度等都有利于膠粘劑的擴(kuò)散。

產(chǎn)生膠接力的主要的力是分子間作用力。吸附理論正確地把膠接現(xiàn)象與分子間力的作用聯(lián)系起來。但用吸附理論不能解釋膠粘劑與被膠接物之間的膠接力有時(shí)大于膠粘劑本身強(qiáng)度和極性膠粘劑在非極性表面上膠接等問題。

擴(kuò)散理論

擴(kuò)散理論是以膠粘劑與被膠接物在界面處相互擴(kuò)散溶解為依據(jù)提出的。認(rèn)為高分子材料膠接時(shí)，由于膠粘劑分子或鏈段與被膠接物表層的分子或鏈段能夠相互擴(kuò)散，這種擴(kuò)散是通過膠粘劑和被膠接物的界面相互深入到對方內(nèi)部進(jìn)行的。擴(kuò)散結(jié)果粘附界面形成交織網(wǎng)絡(luò)，界面消失產(chǎn)生了過渡區(qū)，形成了牢固的接頭。

1)擴(kuò)散與相容性

從熱力學(xué)角度來說，相容性是指任何比例混合后所形成均相休系的能力；從工藝角度來說，相容性是指兩種聚合物之間容易相互分散而得到性能穩(wěn)定的混合物的能力。兩種聚合物的混合過程和其它物化過程一樣，均服從熱力學(xué)相容性。

影響兩種物質(zhì)相互擴(kuò)散的因素有物質(zhì)的溶解度參數(shù)、膠粘劑的相對分子質(zhì)量大小和界而張力等。膠粘劑與被膠接物兩者的溶解度參數(shù)值相差越小，相容性越好，越有利于擴(kuò)散作用的產(chǎn)生，其膠接體系的膠接力越高，適當(dāng)降低膠粘劑的相對分子質(zhì)量有助于提高分子的擴(kuò)散。界面張力越小，溫度越高，表面張力越小，相容性越好，擴(kuò)散效果越好。聚合物的相互擴(kuò)散速度主要與相容性和聚合物相對分子質(zhì)量有關(guān)，相容性越好，相對分子質(zhì)量越小，擴(kuò)散速度越大。相對分子質(zhì)量增大一個(gè)數(shù)量級，擴(kuò)散系數(shù)可下降兩個(gè)數(shù)量

2)影響溶解性的因素

高聚物的結(jié)構(gòu)形態(tài)、鏈的長短、鏈的柔性、結(jié)晶性等是影響溶解性的重要因素。從高聚物的結(jié)構(gòu)形態(tài)來看，線型或支化的高聚物可以溶解，體型的高聚物由于網(wǎng)絡(luò)接點(diǎn)的束縛只能溶脹，不能溶解，其主要原因是結(jié)點(diǎn)密度大，溶劑分子不易進(jìn)入。

鏈段的運(yùn)動可增加擴(kuò)散，擴(kuò)散能力越大、溶解得越好。高聚物大分子鏈擴(kuò)散能力差，是因?yàn)楦呔畚锓肿渔湹捏w積大，運(yùn)動困難，不能及時(shí)向溶劑中分散，其溶解只能靠鏈段的逐漸運(yùn)動進(jìn)行，因此，它必須先經(jīng)過溶脹，后緩慢分散溶解。柔順的高聚物分子鏈運(yùn)動和擴(kuò)散，有助于溶解。聚乙烯醇和纖維素分子與水的親和性差不多，但聚乙烯醇溶于水，是因?yàn)樗侨嵝枣?，而纖維素分于是剛性鏈，所以不溶于水。強(qiáng)極性高聚物與強(qiáng)極性溶劑作用可能形成氫鍵，有熱量放出，如果放出的熱量能破壞晶格的束縛，就可促進(jìn)溶解；此外高聚物的分子的鏈越長，溶解性也越差，這是因?yàn)殒溤介L，相對分子質(zhì)量越大，聚合物分子間的內(nèi)聚力越大的緣故等。

3.靜電理論

靜電理論認(rèn)為高分子膠粘劑與被膠接物金屬相互接觸時(shí)，組成一種電子的接受體和供給體的組合形式。在膠粘劑和金屬界面兩側(cè)產(chǎn)生接觸電勢，并形成了雙電層，雙電層電荷的性質(zhì)相反，從而產(chǎn)生了靜電引力。但是，靜電力僅存在于某些特殊膠接體系，該理論有很大的局限性。