一、粘結理論與機理牢固的粘結力是制備優(yōu)良粘結接頭的重要條件之一。然而，粘結力十分復雜，不像人們對螺接或焊接那樣容易被理解，粘結的形成及其本質，無論在理論上還是在實際的應用中都影響著粘結技術的發(fā)展，20世紀40年代以后提出了各種粘結機理，其中，主要的理論有以下幾種。1、1吸附理論吸附理論是以分子間作用力，及范德華力為基礎，在20世紀40年代提出并建立的。吸附理論認為：粘結力的主要來源是粘結體系的分子間作用力，是膠黏劑分子與被粘結物分子在界面上相互吸附所產生的，是物理吸附和化學吸附共同作用的結果，而物理吸附則是產生粘結作用的普遍性原因。同時吸附理論也認為：粘結劑對被粘物表面的吸附作用來自于固體表面對粘結劑分子的吸附作用，這種吸附作用可以是分子間作用力，也可以是氫鍵、離子鍵和共價鍵，很顯然，如果能在被粘物表面與粘結劑之間形成化學鍵，就更有利于物體的粘結。缺點：對于膠黏劑與被粘物之間的粘結力大于膠黏劑本身的強度去無法用吸附理論圓滿解釋；無法解釋高分子化合物極性過大，粘結強度反而降低的現象。1.2擴散理論擴散理論是Boroznlui等人首先提出來的，當A\B兩種材料緊密結合，如果能夠互溶，就能形成溶液。但擴散粘結難以得到真實的界面，而是一個中間相，在這個中間相中兩種材料逐漸相互擁有對方的特性，擴散理論認為高聚物的自粘附和相互間粘結是由于界面上高聚物分子相互擴散所致，他們在實驗上發(fā)現粘結點的強度與兩種分子相接觸時間、高聚物分子量等參數有關，并從擴散理論出發(fā)計算得到與實驗十分相符的結果。擴散理論能很好的解釋發(fā)生在塑料制品間的粘結現象，許多塑料的粘結都是采用溶劑焊接，就是在兩種被粘物間施加溶劑，然后使其粘結在一起。當溶劑存在時，塑料部件中的聚合物分子會相互擴散，隨著溶劑的蒸發(fā)，相互擴散的塑料部件分子就被固定下來了，使得部件粘結在一起。擴散理論在解釋聚合物的自粘作用方面已得到公認，但對不同聚合物之間的粘結、是否存在穿越界面的擴散過程，目前尚在爭議階段。1.3電子理論由物理化學基礎知識可知，所有的原子都有一種電負性，原子和分子的結合也有電負性，，固體表面也能表現出電負性或電正性，它是原子和電子間吸引力強度的量度，根據最近的粘結科學文獻，可以這樣認為：電正性表面為堿性，電負性表面為酸性。Skinner,savage和Rutzler在1953年提出以雙電層為理論基礎的靜電理論。該理論認為金屬與非金屬材料密切接觸時，由于金屬對電子的親和力低，容易失去電子，而非金屬對電子的親和力高，容易得到電子，所以電子可以從金屬移向非金屬，這樣就在界面產生接觸電勢，形成雙電層，雙電層電荷的性質相反，產生靜電引力。一切具有電子供給體和接受體的物質都可以產生界面靜電引力作用。缺點：靜電理論不能解釋溫度、濕度及其他各種因素對剝離實驗結果的影響；在理論上，只有當電荷密度達到1021個電子/cm3時靜電引力才會發(fā)生顯著作用，但是實驗測得的電荷密度只有109-1019個電子/cm3,因此，即使界面中存在靜電作用，其對粘結強度的貢獻也是可以忽略不計的。1.4機械互鎖理論機械互鎖理論認為粘結力的產生主要是由于粘結劑在不平的被粘物表面形成機械互鎖力。例如在紙、木材和泡沫等多孔性材料的粘結時，粘結劑滲透到這些材料的孔隙之中，固化后粘結劑與被粘物就牢固的結合在一起。因為，任何即使用肉眼看來表面非常光滑的物體在微觀狀態(tài)下還是十分粗糙、遍布溝壑的，粘結劑可以輕易地滲透到這些凹凸不平的孔隙中，并部分的置換出這些孔隙中的空氣，固化之后的粘結劑與被粘物之間形成倒鉤，這樣，粘結劑在與被粘物體分離時會受到被粘物的阻礙，表現出“鎖-匙”效應。缺點：不能用于解釋非多孔性的平滑表面的粘結。1.5化學鍵理論又稱主價鍵力，存在于原子（或離子）之間，化學鍵理論由Hofricher在1948年提出。該理論認為粘結劑與被粘物表面產生化學反應而在界面上形成化學鍵結合而把兩者牢固的連結起來。化學鍵理論粘結劑分子和粘合表面的電子、質子相互作用為基礎的，所有已知的光譜研究結果均表明這些相互作用都是特定的，他們可以通過粘結表面化學鍵的分子軌道的量子力學理論來描述。由于化學鍵力要比分子間作用力高出1-2個數量級，如能在粘結表面產生化學鍵結合，則是較理想的粘結方式之一。化學鍵力包括離子鍵力、共價鍵力、配位鍵力。離子鍵力有時候可能存在于無機粘結劑與無機材料表面之間的界面區(qū)內；共價鍵力可能存在于帶有化學活性基團的粘結劑分子與帶有活性基團被粘物分子之間，絕大多數有機化合物都是通過共價鍵所組成的。現代測試技術已經證明，酚醛樹脂與木材纖維之間就存在著化學鍵；酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯等粘結劑與金屬鋁表面也有化學鍵結合。缺點：雖然化學鍵的強度比范德華力高很多，但一個粘結接頭中普遍而廣泛存在的作用力任然為范德華力，因為化學鍵的形成除了要求界面分子接近要達一定距離之外，同時還必須滿足一定的量子化學條件才能形成，所以總的化學鍵數比次價鍵數少。以上是近年來提出的幾種粘結理論，雖然每一種理論都有一定的事實依據，但又與另一些事實發(fā)生矛盾，在研究討論粘結過程和機理時，必須分析各種力的作用及貢獻。實際上，粘結界面上存在著多種現象，要注意幾種粘結理論的結合。環(huán)氧樹脂粘結劑環(huán)氧樹脂是指分子中含有一個以上環(huán)氧基而分子量不高的聚合物，且能形成三維交聯狀固體化合物的總稱，簡稱環(huán)氧膠，是最常用的高分子粘結劑之一。環(huán)氧樹脂通常在液體狀態(tài)下使用，在固化劑參與下，經過常溫或高溫進行固化，達到最佳的使用目的。優(yōu)異特性：粘結力大，粘結強度高，固化收縮小，耐熱，耐化學，耐老化，電性能優(yōu)良，工藝簡單，使用溫度寬，適用范圍廣。缺點：脆性大，韌性差。分類：按形態(tài)分為無溶劑型，有溶劑型，水溶性和乳液型，膏狀，薄膜狀等；按固化條件可分為冷固化膠，熱固化膠及光固化膠，潮濕面及水中固化膠等。環(huán)氧樹脂粘結劑的合成合成原理環(huán)氧樹脂系環(huán)氧氯丙烷與雙酚A在氫氧化鈉存在下進行縮聚而成環(huán)氧氯丙烷與雙酚A作用生成醚鍵：在氫氧化鈉作用下，生成的醚脫去氯化氫形成環(huán)氧基：新生成的環(huán)氧基再與二酚羥基繼續(xù)作用生成醚鍵：再與環(huán)氧氯丙烷作用，形成線形環(huán)氧樹脂。總的反應式為：分子鏈中n為聚合度，n=0-19。當n<2時，得到的是琥珀色或淡黃色低分子量液狀的環(huán)氧樹脂；當n>=2時，得到高分子量的環(huán)氧樹脂。合成原料：1、環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂的種類很多，而且有新的型號不斷出現，對于不同特性要求的粘結劑應選用不同的樹脂。2、 固化劑：是環(huán)氧樹脂粘結劑中不可缺少的組分，種類繁多，性能各異。習慣可以分為胺類，酸酐類，聚合物，催化型，潛伏型等固化劑；按照固化溫度可以分為低溫，室溫，中溫，高溫固化劑，選擇不同的固化劑可以配成性能各異的環(huán)氧樹脂粘結劑。3、 偶聯劑分子兩端含有性質不同基團的化合物，其一端能與被粘物表面反應，另一端能與粘結劑分子反應，以化學鍵的形式將被粘物與粘結劑緊密的連接在一起。改變了界面性質，增大了粘結力，提高了粘結強度、耐熱性、耐水性和耐老化性。用得最多的偶聯劑是硅烷偶聯劑。4、 稀釋劑加入稀釋劑的目的是降低環(huán)氧樹脂體系的黏度。分為活性稀釋劑和非活性稀釋劑。非活性稀釋劑不參與固化反應，在固化過程中，隨著溫度升高和時間延長會揮發(fā)掉，如丙酮、甲苯、乙酸乙酯等溶劑，一般很少采用。活性稀釋劑是含有一個或一個以上環(huán)氧基的化合物，如環(huán)氧丁基醚、環(huán)氧丙烷苯基醚等，能參與固化反應而結合到產物結構中，影響環(huán)氧樹