胶粘剂粘合力本质研究
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[摘 要]随着粘接技术在生成制造业中逐步发展，发挥着不可替代的关键作用，获得了较多成果，然而仍会产生各种粘接不良或老化、安全等问题，存在安全或质量隐患，严重制约着其功能的发挥。
中图分类号：TS875 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0100-01
一、前言
由于粘接技术有着其他连接方式不可比拟的优点，减轻重量、降低能耗、简化组装工序、提高产品质量等目的，主要用于金属、塑料、碳纤维、织物、玻璃、橡胶、等材料本身或相互之间的连接、固定和密封。近年来获得了迅速的发展，在轨道客车生产中占的比重越来越大。为了进一步减轻整车重量，提高轻轨车的运行速度和减少能量损耗，正在研发新一代的碳纤维轻轨列车整车车体形式，其核心内容是采用碳纤维材料的部件代替原有铝塑板或不锈钢板部件，并将碳纤维部件与车体骨架钢结构进行连接。粘接技术的发展带来了粘接理论研究、探索，关于粘接机理，本文作者近几年在粘接工作中的实践，对粘合力本质进行深入一步探索。
二、粘接接头粘合力的形成
粘接接头的实现即粘合力的产生的必要条件是胶粘剂必须与被粘接表面有良好的充分的接触润湿。为此对被粘接表面进行处理以去除污物，得到洁净坚实的表面是必须的，胶粘剂分子才能够有效的与基材表面相匹配。
良好润湿的先决条件：1、基体表面应干净和干燥2、液体的粘度不能太高3、基材的表面张力应高于液体的表面张力。粘度是对流体（液体/气体）抵抗剪切应力及其延伸应力所引起的变形的能力的衡量。它通常被理解为厚度或流阻。粘度描述了液体流动的内部阻力，因此它是粘接工艺过程的一个很重要的性能。一种流体的粘度在很大程度上取决于温度。
一些物质在20°C时的粘度，单位厘泊
（见表1）
液体与固体接触表面都会呈现接触角α（见下图），其值大小表示润湿程度，接触角越小表明润湿状态越好。可以使用接触角测定仪测量接触角。
表面张力（=表面能）的定义：液体形成1 CM 2 的新表面所需的能量。液体对固体的润湿程度主要取决于它们的表面张力，当一个液滴在固体表面达到热力平衡时，润湿程度变大，液体表面张力大，会使液体平衡点向左拉α变大，反之亦然。也就是说表面张力小的液体如非极性液体容易润湿表面张力大的固体如金属、极性高分子材料，日常生活中，可以看到塑料较低的表面张力，金属、玻璃具有较高的表面张力 。
粘接接头经过胶粘剂涂覆、润湿、搭接、加压，就形成一定的粘合力，并通过胶粘剂固化将粘合力固定下料。整个过程粘合力的形成及其大小是关键，粘合力分析如下：
1、如果胶粘剂是粘度较小的液体，被粘物为多孔隙材料如泡沫、木材等，胶粘剂分子会通过润湿作用渗入基材缝隙，待胶粘剂固化形成牢固接头。由于泡沫孔隙过大，一般来说无论是什么性质的胶粘剂都可以形成牢固接头。环氧树脂对聚苯乙烯无粘合力，但却可以牢固地粘接聚苯乙烯泡沫，这就是机械互锁理论的例子。
2、如果胶粘剂或其容剂能够溶解基材，通过分子运动粘接剂分子可以扩散到基材内部而形成牢固接头，这就是扩散理论。
3、对于绝大多数粘接对象而言，基材无孔隙，也不能被溶解，它们的粘接力是胶粘剂与基材通过吸附作用产生的范德华力的结果。良好的润湿就是胶粘剂分散在固体表面，以接近原子尺寸的方式逼近（以形成边界层），在此边界层（< 1nm），粘接力才能形成。因此，没有润湿就没有有效的粘附。然而胶粘剂固化后，范德华力逐渐减弱，但是会产生配价键的结合，生成配价键，常见的胶粘剂和基材都含有电子给予体分子或含电子受体分子。涂胶后，胶粘剂经过润湿作用，会较快跟基材表面接触，当距离小于0.5nm时位于分子或基团外缘的电子发生电荷转移，生成牢固的电荷转移配价键结合，其结合能力远大于范德华力，从而产生牢固的粘接，这就是配价键理论。
实际施胶过程中仍会有些其他问题。如润湿是粘附的必要条件，但只有润湿还不足以得到良好的粘接结果，有时表面润湿一段时间后，胶粘剂和基材表面的相互作用会由于热力学驱动作用而引起的聚合物链的重新排列，从而变差。（界面层的老化） ，在某些情况下，对表面的粘 附也许是好的，但是表面自身和基体材料的连接却较弱。（如铁基材的锈层） ，也许胶粘剂固化后粘附是好的，但在使用过程中，湿气、溶剂或者其他介质侵入边界层就会减弱粘接效果，或者由于紫外线的辐射导致脱开。分析润湿性差的原因如：与胶粘剂相比基材的表面张力太小；基材表面的污染物（指纹、水迹、油脂、灰尘、硅等）； 胶粘剂的粘度太大（太冷、储存时间太长、超出适用期、称量错误等）；胶粘剂在基材表面结皮（由水、酒精、低的表面温度等引起）；对高粘性胶粘剂而言，基材表面粗糙度过高。所以在实际生产中应该避免这些问题从而达到较好的粘接效果。
参考文献：
1、李士学，粘接过程的配价键力作用 ，粘接，1983.2
2、翁熙祥，粘接理论研究新进展，中国粘接学术研讨会及产品展示会，1998
3、李士学等 ， 胶粘剂制备及应用 ，天津科技出版社，1984
4、殷立新、徐修成，胶粘剂基础与胶粘剂，航空出版社， 1988
5、福井谦一 ，化学反应与电子轨道，科学出版社，1985