胶粘剂的胶接机理

出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《现代工程材料实用手册》第607页（1229字）

两个同类或不同类的物体，由于介于两者表面间的另一种物质的粘附作用而牢固结合在一起，这种现象称为胶接，介于两物体表面间的物质称为胶粘剂。胶粘剂能否把被粘接物牢固地结合起来，主要取决于界面的结合力。胶接界面的结合力，主要包括机械结合力、物理吸附力和化学键结合力三种。

(一)胶粘剂的机械结合力

根据被粘表面材料不同，胶粘剂与被粘物之间的机械结合力，可分为孔穴型和纤维型两类。前者是胶粘剂浸入到被粘物孔隙固化后，在孔隙中产生机械键合。纤维织物或表面有纤维结构的被粘物与胶粘剂结合，形成类似纤维增强复合材料的表面层。

机械结合力对粘结强度的作用与被粘物的表面状态有关。对于金属、硬质塑料、玻璃等表面比较光滑的物体，这种机械结合力在总粘合力中所占的比例甚微；对于海绵、泡沫塑料、纸张、织物等多孔性材料，其机械结合力则占主导地位。

(二)胶粘剂的物理吸附力

胶粘剂与被粘物之间的物理吸引力，主要是指范德华力和氢键。范德华力的能量虽然较低，但随分子间距离的增加而减少的速度却比共价键缓慢，而且作用的距离也比共价键大。范德华力最强的距离为0．4mm，当距离为0．1mm时还有相当大的作用力。

氢键是由电负性的原子共有质子而产生的。胶粘剂与被粘材料，若一方分子中带有负电的原子，另一方带负电原子上连有氢原子，它们之间就可能形成氢键。如环氧树脂胶粘剂固化后分子中含有羟基(－OH)，它可能与玻璃、陶瓷、金属氧化层等的氧原子形成氢键。物理吸附的特点是容易发生解吸现象。许多研究充分证明，水对高能表面的吸附热远远超过许多有机物，如果胶粘剂与被粘物之间仅发生了物理吸附，吸附力必然会被空气中的水汽所解吸。

(三)胶粘剂的化学键结合力

化学键结合力是胶接界面主要的结合力，其强度不仅比物理吸附力高，而且对抵抗破坏性的侵蚀能力也强得多，在许多情况下，解决困难的胶接问题往往要求助于化学键。高分子材料与金属材料之间形成化学键的典型，是橡胶树脂与镀黄铜金属之间的胶接。用电子衍射法可以证明，黄铜表面形成一层硫化亚铜，它通过硫原子与橡胶分子结合在一起。

化学键结合对胶接技术的重要意义，最容易从偶联剂的广泛应用得到充分证明。偶联剂分子具有能与被粘物表面发生化学反应的基团，而分子的另一些基团又能与胶粘剂发生化学反应。目前最常用的是硅烷偶联剂，无机物或金属表面经过硅烷偶联剂处理后，能使胶接强度和耐水性大幅度提高。