粘接力的形成机理

在基材表面张力符合要求的前提下,胶粘剂在基材表面上形成了均匀、完整的胶膜,二种基材在复合压力作用下有了充分紧密的接触条件,此时在粘接界面上便发生了一系列的物理作用和化学反应,这些反应的集合体现就形成了粘接力。

1. 分子间力:

当分子之间距离达到1nm 时,分子间产生了分子间作用力,这种分子间力是粘接力的主体来源。聚氨酯粘合剂中含有异氰酸酯基,它的反应活性极高,当它与基材表面接触时,能与基材表面吸附生成牢固的脲键,胶粘剂中的氨酯键、酯键、醚键等又可与基材表面的极性基团形成氢键,另外胶粘剂含有的苯环的数学符合号π电子,又能与基材表面分子形成配价键,这三种分子间的合力形成了聚氨酯胶粘剂粘接力的主体。

2. 机械作用力:

在显微镜上看,任何固体表面都不是光滑的,它由无数的峰谷组成,当胶粘剂把这些峰谷罐满并固化后,便形成了无数个微型的“锚钉”,将两种基材牢牢地锁在了一起,这就从物理力学方面加强了粘接效果,这种力也是粘接力的一个重要部分。

3. 扩散作用力:

当胶粘剂与基材紧密接触时,由于分子的热运动,在界面上产生互相扩散作用,越是相容性接近的,则扩散越容易进行,同时胶粘剂分子量越低也越利于扩散,而基材属于高度结晶分子结构的,由于其分子键堆集紧密,则不易发生分子间的扩散作用。例如聚酯,虽然它属于高表面能材料,但它粘接起来,并不容易。原因就是它是属于高结晶度的分子结构,材料非常紧密。扩散作用使得界面模糊,你中有我,我中有你,这种作用力,也是粘接力形成的一部分。

关于粘接机理方面,有多种理论解释,因为粘接现象的复杂性和现代科学水平及检测手段的局限性,目前各种理论解释也属名家之言,见仁见智,供大家参考。

影响粘接力的因素:

1. 基材表面张力的影响:

因为聚氨酯胶粘剂的表面张力在40 达因左右,那么被粘基材表面就一定要达到40达因左右,这样粘接才有前提,如果被粘基材是金属,从材质上说它本身属高能表面,但要注意其清洁度和氧化情况,要保持胶粘剂与其表面的浸润接近于零,也就是说不完全浸润。

如果被粘基材是塑料膜,那么其电晕处理的效果是很重要的,尤其是一些结构上就属低表面能的材料,如: PE、PP 等,就必须进行足够的表面活化,使其变成高表面能的表面,方能用于复合。

2. 基材化学结构的影响:

高分子塑料膜、就其大分子结构而言,有极性和非极性之分,聚酯、尼龙属极性分子, 而PE、PP 属于非极性分子,而聚氨酯胶粘剂属于极性分子,因为它对于极性分子结构的材料润湿性就好,当然对非极性分子结构的材料润湿就不好,要是采取润湿好的非极性分子胶粘剂,润湿性倒是提高了,但粘接力形成就主要靠分子间的色散力了。而极性分子的偶极取向力,还有与极性基团之间的氢键力就不存在了,这样的结果,就是粘接力大大降低了,要想获得高强度的粘接效果,就必须将非级性分子材料表面处理成有极性基团的,提高其表面极性,增加表面张力,使用极性胶粘剂进行粘接。

3. 弱界面层的影响:

弱界面层是由于基材、胶粘剂及环境中的低分子物或各种杂质通过渗析、吸附在界面上产生了密集层,影响了胶粘剂基材之间的相互接触,并且它们对基材的吸附力大于对胶粘剂的吸附力,在界面上形成了低分子物的吸附层,对胶粘剂分子起解吸附作用,大大降低了粘接力,在生产实践中的一些失败的粘接就是由此引起的。