影响胶粘剂粘接强度的物理因素

上次我们剖析了《影响胶粘剂粘接强度的化学因素》，这次我们来聊一聊物理因素。影响粘接强度的物理因素也有很多，主要有粘接表面粗糙度、表面处理、渗透、迁移、压力、胶层厚度、内应力等。

1、表面粗糙度

当胶粘剂良好地浸润被粘材料表面时（接触角θ<90°），表面的粗糙化有利于提高胶粘剂液体对表面的浸润程度，增加胶粘剂与被粘材料的接触点密度，从而有利于提高粘接强度。反之，当胶粘剂对被粘材料浸润不良时（θ>90°），表面的粗糙化就不利于粘接强度的提高。

2、表面处理

粘接前的表面处理是粘接成功的关键，其目的是能获得牢固耐久的接头。由于被粘材料存在氧化层（如锈蚀）、镀铬层、磷化层、脱模剂等形成的“弱边界层”，被粘物的表面处理将影响粘接强度。例如，聚乙烯表面可用热铬酸氧化处理而改善粘接强度，加热到70-80℃时处理1-5分钟，就会得到良好的可粘接表面，这种方法适用于聚乙烯板、厚壁管等。而聚乙烯薄膜用铬酸处理时，只能在常温下进行。如在上述温度下进行,则薄膜的表面处理，采用等离子或微火焰处理。

对天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶和氯丁橡胶表面用浓硫酸处理时，希望橡胶表面轻度氧化，故在涂酸后较短的时间，就要将硫酸彻底洗掉。过度的氧化反而在橡胶表面留下更多的脆弱结构，不利于粘接。

对硫化橡胶表面局部粘接时，表面处理除去脱膜剂，不宜采用大量溶剂洗涤，以免脱膜剂扩散到处理面上妨碍粘接。

铝及铝合金的表面处理，希望铝表面生成氧化铝结晶，而自然氧化的铝表面是十分不规则的、相当疏松的氧化铝层，不利于粘接。所以，需要除去自然氧化铝层。但过度的氧化会在粘接接头中留下薄弱层。

3、渗透

已粘接的接头，受环境气氛的作用，常常被渗进一些其他低分子物。例如，接头在潮湿环境或水下，水分子渗透入胶层；聚合物胶层在有机溶剂中，溶剂分子渗透入聚合物中。低分子物的透入首先使胶层变形，然后进入胶层与被粘物界面。使胶层强度降低，从而导致粘接的破坏｡

渗透不仅从胶层边沿开始,对于多孔性被粘物,低分子物还可以从被粘物的空隙､毛细管或裂缝中渗透到被粘物中,进而侵入到界面上,使接头出现缺陷乃至破坏｡渗透不仅会导致接头的物理性能下降,而且由于低分子物的渗透使界面发生化学变化,生成不利于粘接的锈蚀区,使粘接完全失效｡

4、迁移

含有增塑剂被粘材料例如PVC材料，由于这些小分子物与聚合物大分子的相容性较差，容易从聚合物表层或界面上迁移出来。迁移出的小分子若聚集在界面上就会妨碍胶粘剂与被粘材料的粘接，造成粘接失效。

5.压力

在粘接时，向粘接面施以压力，使胶粘剂更容易充满被粘体表面上的坑洞,甚至流入深孔和毛细管中，减少粘接缺陷。对于黏度较小的胶粘剂,加压时会过度地流淌，造成缺胶。因此，应待粘度较大时再施加压力，也促使被粘体表面上的气体逸出，减少粘接区的气孔。

对于较稠的或固体的胶粘剂，在粘接时施加压力是必不可少的手段。在这种情况下，常常需要适当地升高温度，以降低胶粘剂的稠度或使胶粘剂液化。例如，绝缘层压板的制造、飞机旋翼的成型都是在加热加压下进行。

为了获得较高的粘接强度，对不同的胶粘剂应考虑施以不同的压力。一般对固体或高黏度的胶粘剂施高的压力，而对低黏度的胶粘剂施低的压力｡

6、胶层厚度

较厚的胶层易产生气泡、缺陷和早期断裂，因此应使胶层尽可能薄一些，以获得较高的粘接强度。另外，厚胶层在受热后的热膨胀在界面区所造成的热应力也较大，更容易引起接头破坏。

在实际的接头上作用的应力是复杂的,包括剪切应力､剥离应力和交变应力｡

（1）切应力：由于偏心的张力作用，在粘接端头出现应力集中，除剪切力外，还存在着与界面方向一致的拉伸力和与界面方向垂直的撕裂力。此时,接头在剪切应力作用下,被粘物的厚度越大，接头的强度则越大。

（2）剥离应力：被粘物为软质材料时，将发生剥离应力的作用。这时,在界面上有拉伸应力和剪切应力作用，力集中于胶粘剂与被粘物的粘接界面上，因此接头很容易破坏。由于剥离应力的破坏性很大，在设计时尽量避免采用会产生剥离应力的接头方式。

（3）交变应力：在接头上胶粘剂因交变应力而逐渐疲劳，在远低于静应力值的条件下破坏。强韧的、弹性的胶粘剂（如某些橡胶态胶粘剂）耐疲性能良好。

7、内应力

（1）收缩应力：当胶粘剂固化时，因挥发、冷却和化学反应而体积发生收缩，引起收缩应力。当收缩力超过粘附力时，表观粘接强度就要显著降。此外，粘接端部或胶粘剂的空隙周围应力分布不均匀，也产生应力集中，增加了裂口出现的可能。有结晶性的胶粘剂在固化时，因结晶而使体积收缩较大，也造成接头的内应力。如在其中加入一定量能结晶或改变结晶大小的橡胶态物质，那么就可以减少内应力。在热固性树脂胶中加增韧剂是一个最好的说明。例如酚醛-缩醛胶，当缩醛含量低于40%时，接头发生单纯界面破坏；而在40%以上时则为内聚破坏，粘接强度明显增强。

（2）热应力：在高温下,熔融的树脂冷却固化时，会产生体积收缩，在界面上由于粘接的约束而产生内应力。在分子链间有滑移的可能性时，则产生的内应力消失。

影响热应力的主要因素有热膨胀系数、室温和Tg间的温差以及弹性差量｡

为了缓和因热膨胀系数差而引起的热应力，应使胶粘剂的热膨胀系数接近于被粘物的热膨胀系数，加填料是一种好办法，可添加该种材料的粉末或其它材料的纤维或粉末。

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