膠黏(nián)劑(jì)拉(lā)力試驗機(jī)來說說(shuō)膠(jiāo)黏(nián)劑的6大(dà)粘(nián)合(hé)機理(lǐ)淺析!
聚合(hé)物之間,聚合物與(yǔ)非金屬(shǔ)或(huò)金屬之(zhī)間,金屬與金屬和金屬與(yǔ)非金(jīn)屬之(zhī)間(jiān)的膠接等(děng)都存在聚合(hé)物(wù)基(jī)料與(yǔ)不同材料(liào)之(zhī)間(jiān)界(jiè)麵膠接問(wèn)題。粘接(jiē)是(shì)不(bù)同(tóng)材(cái)料(liào)界麵間(jiān)接(jiē)觸後(hòu)相互作用的結果。因此,界麵層的作(zuò)用是膠粘(nián)科學(xué)中研究的(dí)基本問題。諸如(rú)被粘物與粘料的(dí)界(jiè)麵張力,表麵(miàn)自(zì)由能,官能(néng)基團(tuán)性(xìng)質,界麵間反應(yīng)等(děng)都(dū)影(yǐng)響(xiǎng)膠(jiāo)接。膠(jiāo)接是綜合性(xìng)強(qiáng),影響(xiǎng)因素復(fù)雜的一類技術(shù),而現(xiàn)有(yǒu)的(dí)膠接(jiē)理論都是從(cóng)某一(yī)方麵出(chū)發來闡述其(qí)原理(lǐ),所(suǒ)以至今全(quán)麵(miàn)的理(lǐ)論是(shì)沒有的。
吸附(fù)理(lǐ)論
人(rén)們把(bǎ)固體(tǐ)對膠黏(nián)劑的吸附(fù)看成是(shì)膠接主(zhǔ)要原因的理論,稱為膠接(jiē)的(dí)吸(xī)附理論。理論(lùn)認為(wéi):粘接力的(dí)主要來(lái)源(yuán)是(shì)粘接(jiē)體係的分(fēn)子作用(yòng)力(lì),即(jí)範德化引力和(hé)氫(qīng)鍵(jiàn)力(lì)。膠粘與被粘(nián)物表麵(miàn)的粘接(jiē)力與吸(xī)附(fù)力具有某(mǒu)種相(xiāng)同(tóng)的性(xìng)質。膠黏(nián)劑(jì)分子(zǐ)與(yǔ)被粘(nián)物表麵(miàn)分(fēn)子的作用過程有兩個過(guò)程(chéng):階(jiē)段是液(yè)體(tǐ)膠黏劑(jì)分(fēn)子(zǐ)借(jiè)助(zhù)於(yú)布(bù)朗運動向被粘(nián)物(wù)表(biǎo)麵(miàn)擴(kuò)散(sàn),使兩(liǎng)界麵(miàn)的(dí)極性基團(tuán)或鏈節(jié)相(xiāng)互靠近(jìn),在此過程(chéng)中,升溫,施(shī)加(jiā)接觸壓(yā)力和降低(dī)膠黏劑粘(nián)度等(děng)都(dū)有(yǒu)利(lì)於布朗運動(dòng)的加強。第二階段是吸(xī)附力(lì)的產生。當膠黏劑(jì)與被粘(nián)物分(fēn)子間的(dí)距離(lí)達(dá)到足夠(gòu)小(xiǎo)時,界麵分子之(zhī)間便產(chǎn)生相互吸(xī)引力(lì),使(shǐ)分子間(jiān)的(dí)距離進(jìn)一(yī)步縮短到處於大穩(wěn)定狀態。
根(gēn)據計(jì)算(suàn),由(yóu)於範德華(huá)力的作用,當兩(liǎng)個(gè)理想的(dí)平(píng)麵相(xiāng)距為10?時(shí),它們之間的引力強(qiáng)度可(kě)達10-1000MPa;當(dāng)距(jù)離(lí)為3-4?時(shí),可(kě)達100-1000MPa。這個(gè)數值(zhí)遠遠超(chāo)過現(xiàn)代的結構(gòu)膠黏(nián)劑(jì)所能(néng)達(dá)到的強度。因此,有(yǒu)人(rén)認為(wéi)隻要(yào)當(dāng)兩(liǎng)個物(wù)體接觸很好時(shí),即膠(jiāo)黏(nián)劑對粘(nián)接(jiē)界麵充分潤濕(shī),達到理想狀(zhuàng)態的情(qíng)況下(xià),僅(jǐn)色散力的作用,就(jiù)足以(yǐ)產生很(hěn)高(gāo)的膠接強度。可(kě)是實(shí)際膠接強(qiáng)度與理論計算(suàn)相差很(hěn)大,這是因(yīn)為固體的(dí)力學強度是一種力(lì)學性(xìng)質(zhì),而(ér)不是分(fēn)子(zǐ)性質(zhì),其大小(xiǎo)取決於材(cái)料的(dí)每一(yī)個(gè)局(jú)部性(xìng)質(zhì),而不等於(yú)分子作(zuò)用力的總和。計算值是假定兩個理想平(píng)麵(miàn)緊密接(jiē)觸,並(bìng)保證界麵層上(shàng)各對分子(zǐ)間的作(zuò)用(yòng)同時遭到(dào)破壞時(shí),也就(jiù)不可能有(yǒu)保證各對(duì)分子(zǐ)之間(jiān)的作(zuò)用(yòng)力(lì)同(tóng)時(shí)發生(shēng)。
膠黏劑的極性太(tài)高,有時(shí)候會(huì)嚴(yán)重妨(fáng)礙濕潤過程的進(jìn)行(háng)而(ér)降低(dī)粘接力(lì)。分子間作用力(lì)是(shì)提供粘接力(lì)的因素(sù),但不(bù)是因素。在(zài)某些特(tè)殊(shū)情況下(xià),其他因素(sù)也能(néng)起主導作用(yòng)。
化學鍵(jiàn)形成理論
化(huà)學鍵理(lǐ)論認為(wéi)膠(jiāo)黏劑與被(bèi)粘物分子之間除相(xiāng)互(hù)作用(yòng)力(lì)外,有(yǒu)時(shí)還(huán)有化(huà)學鍵產生(shēng),例(lì)如硫化橡膠與鍍銅金屬(shǔ)的(dí)膠接界麵,偶聯劑(jì)對膠(jiāo)接(jiē)的作用,異(yì)氰酸(suān)酯對金屬與(yǔ)橡(xiàng)膠(jiāo)的膠(jiāo)接界麵等(děng)的研究(jiū),均證(zhèng)明有(yǒu)化(huà)學鍵的生(shēng)成。化(huà)學鍵的強度比範(fàn)德化(huà)作用(yòng)力高得多;化(huà)學鍵(jiàn)形成不僅(jǐn)可(kě)以提高粘附強度,還(huán)可以(yǐ)克(kè)服脫(tuō)附使(shǐ)膠(jiāo)接接頭(tóu)破壞(huài)的(dí)弊(bì)病。但化(huà)學鍵(jiàn)的(dí)形成(chéng)並(bìng)不普通,要(yào)形成(chéng)化(huà)學鍵必(bì)須(xū)滿足一定(dìng)的量子化`件(jiàn),所以(yǐ)不(bù)可能做到使(shǐ)膠黏(nián)劑(jì)與被(bèi)粘物之間(jiān)的(dí)接觸點(diǎn)都(dū)形(xíng)成(chéng)化學(xué)鍵(jiàn)。況且,單位(wèi)粘(nián)附界麵(miàn)上化學鍵數要比分子間作用(yòng)的(dí)數目少得多,因此(cǐ)粘(nián)附強度來(lái)自分(fēn)子間的作(zuò)用力是不可忽視的(dí)。
弱界(jiè)層理(lǐ)論(lùn)
當(dāng)液(yè)體膠黏(nián)劑不能(néng)很(hěn)好浸(jìn)潤(rùn)被(bèi)粘(nián)體表麵(miàn)時,空氣泡留在空隙中而(ér)形成弱(ruò)區。又(yòu)如(rú),當中(zhōng)含雜(zá)質能(néng)溶(róng)於(yú)熔(róng)融態膠黏劑(jì),而不(bù)溶(róng)於固(gù)化後(hòu)的(dí)膠(jiāo)黏(nián)劑(jì)時(shí),會在固(gù)體化後(hòu)的膠(jiāo)粘形(xíng)成另一相,在(zài)被(bèi)粘體與(yǔ)膠黏劑整體間產(chǎn)生弱(ruò)界麵(miàn)層(WBL)。產生(shēng)WBL除工(gōng)藝(yì)因(yīn)素(sù)外,在聚合物(wù)成(chéng)網或(huò)熔體相互(hù)作用的(dí)成型過(guò)程(chéng)中,膠黏(nián)劑與表麵吸(xī)附等熱力學現象中(zhōng)產(chǎn)生界層結(jié)構的(dí)不均(jūn)匀(yún)性。不均匀性界麵層(céng)就會(huì)有WBL出現。這(zhè)種WBL的(dí)應力鬆(sōng)弛和(hé)裂(liè)紋的發展都(dū)會不同,因(yīn)而極大地(dì)影(yǐng)響著材料和製品的整體性能。
擴散理(lǐ)論
兩種(zhǒng)聚(jù)合物在具有相(xiāng)容(róng)性的前提下(xià),當(dāng)它(tā)們相互緊密接觸(chù)時,由於分子的(dí)布朗運動(dòng)或鏈段的擺產(chǎn)生相(xiāng)互擴(kuò)散現象(xiàng)。這種擴散(sàn)作用是(shì)穿越膠黏劑,被粘物的(dí)界麵交織進行的。擴(kuò)散(sàn)的結果(guǒ)導致(zhì)界(jiè)麵的消失和過(guò)渡(dù)區(qū)的(dí)產(chǎn)生。粘接(jiē)體(tǐ)係(xì)借助擴(kuò)散(sàn)理論不能(néng)解(jiě)釋聚(jù)合(hé)物(wù)材(cái)料與(yǔ)金(jīn)屬,玻(bō)璃或其他硬體(tǐ)膠粘(nián),因為(wéi)聚(jù)合(hé)物(wù)很難(nán)向(xiàng)這類材料擴散(sàn)。
靜(jìng)電理(lǐ)論(lùn)
當膠黏(nián)劑和被(bèi)粘物(wù)體(tǐ)係是一(yī)種電子的接(jiē)受體-供(gōng)給(gěi)體的組合形式時(shí),電(diàn)子會(huì)從(cóng)供給(gěi)體(如金(jīn)屬(shǔ))轉移到(dào)接(jiē)受(shòu)體(如聚合物(wù)),在界(jiè)麵(miàn)區兩側(cè)形成(chéng)了雙電層,從而產(chǎn)生了靜電引(yǐn)力。
在(zài)幹燥環(huán)境(jìng)中從(cóng)金屬表麵快(kuài)速剝(bāo)離粘(nián)接膠層時,可用儀(yí)器或肉眼觀察(chá)到放電(diàn)的光(guāng),聲現象,證實了靜電作用的(dí)存在(zài)。但靜電(diàn)作用(yòng)僅存在於能(néng)夠(gòu)形(xíng)成(chéng)雙電層的粘接(jiē)體(tǐ)係,因此不(bù)具(jù)有(yǒu)普遍(biàn)性(xìng)。此外,有些(xiē)學者指出(chū):雙電層中(zhōng)的(dí)電荷密(mì)度(dù)必須(xū)達到(dào)1021電(diàn)子(zǐ)/厘米(mǐ)2時,靜電吸引力(lì)才能(néng)對膠接強度產(chǎn)生(shēng)較明(míng)顯(xiǎn)的影(yǐng)響。而雙電層(céng)棲移電(diàn)荷產(chǎn)生密度的(dí)大值隻(zhī)有1019電子/厘米(mǐ)2(有的認(rèn)為隻(zhī)有1010-1011電子(zǐ)/厘米2)。因(yīn)此,靜(jìng)電力雖然確實存(cún)在於(yú)某些特殊的(dí)粘接體(tǐ)係,但決(jué)不(bù)是起主導(dǎo)作用的(dí)因素。
機械作(zuò)用(yòng)力(lì)理論
從物理(lǐ)化學觀點看,機械作用(yòng)並不是產生(shēng)粘(nián)接力的因素,而(ér)是(shì)增(zēng)加粘接(jiē)效果的一種方法(fǎ)。膠黏劑(jì)滲透到被粘(nián)物表麵(miàn)的縫隙或凹凸之處(chǔ),固化後在界麵(miàn)區(qū)產生(shēng)了(liǎo)齧(niè)合力(lì),這些情(qíng)況類似釘子與木材(cái)的接合或(huò)樹(shù)根植入泥(ní)土的作用。機械(xiè)連(lián)接力(lì)的(dí)本質是摩擦力(lì)。在(zài)粘合多孔(kǒng)材(cái)料,紙張,織物等時,機構(gòu)連(lián)接力是很重要的,但(dàn)對某些堅(jiān)實而光(guāng)滑的(dí)表麵(miàn),這(zhè)種作用並不顯(xiǎn)著(zhù)。