17 胶黏剂固化、粘接机理及施工工艺

要形成持久牢固的粘接，应具备如下两个条件。

①胶黏剂必须以液状或膏状的形式涂于被粘物表面。

②胶黏剂必须固化。

一般来说，胶黏剂的固化机理分为以下几种。

①热塑性高分子冷却。热塑性高分子加热到一定温度成液状，涂敷于被占表面后冷却固化，如热熔胶等。

②溶剂或载体的逸散。如溶剂型胶黏剂溶剂挥发固化，水溶液胶黏剂、乳液胶黏剂中的水被基材吸收后固化。

③现场聚合反应

a.混合后反应固化。如双组分环氧胶、双组分聚氨酯胶、第二代丙烯酸酯胶等两个组分混合后产生聚合反应固化。

b.吸收潮气固化。如室温固化硅橡胶、单组分湿固化聚氨酯、氰基丙烯酸酯胶等吸收空气中的水分后固化。

c.厌氧固化。如厌氧胶，缺氧时固化。

d.辐射固化。如紫外线（UV）固化胶、电子束（EB）固化胶等，紫外线、电子束照射后固化。

e.加热反应固化。如单组分环氧胶等，环氧树脂与潜伏性固化剂、催化剂制成单组分胶，室温下（或低温储存时）胶液不活跃，当加热到一定的温度胶液开始固化。

另外，还有还有非固化型胶黏剂，如压敏胶黏剂也能形成一定的粘接力，但它可被剥离下来，不能形成牢固的粘接。

粘接力的产生，主要有以下机理，但每种理论只能解释一部分粘接现象。

①机械理论。机械理论是胶黏剂对两个被粘物的粘接面机械附着作用的结果。以固体表面粗糙、多孔为基础，胶黏剂流动、扩散、渗入被粘物表面，固化或胶凝后，与被粘物表面通过互相咬合，形成“钩键”“钉键”“锚键”等，将两个被粘物牢固结合在一起。

②化学键理论。由于胶黏剂分子与被粘物表面通过化学反应形成化学键而结合，因此使粘接层获得高强度的粘接。

③吸附理论。吸附理论是把胶黏剂粘接归于胶与被粘物之间分子间力的作用。这种相互作用包括化学键力、范德华力和氢键力。

④静电理论。又叫双电层理论，在胶黏剂与被粘物接触的界面上形成双电层，由于静电吸引而产生粘接。

⑤扩散理论。扩散理论认为，高分子材料之间的粘接是由于胶黏剂与被粘物表面分子或链段彼此之间处于不停的热运动引起的相互扩散作用，使胶与被粘物之间的界面逐渐消失，形成相互交织的牢固结合，粘接接头的强度随时间延长而达到最大值。

⑥配位键理论。胶黏剂与被粘物在粘接界面上由胶黏剂提供电子对，被粘物提供空轨道形成配位体系，提高粘接强度。

⑦酸碱理论。在粘接体系属于酸碱配对的情况下，酸碱作用能提高界面的粘接强度。

⑧弱边界层理论。妨碍粘接作用形成并使粘接强度降低的表面层称为弱边界层。发生胶黏剂和被粘物之间黏附力破坏，即弱边界层破坏。

影响粘接强度的因素主要有化学因素、物理因素和环境因素。影响粘接强度的化学因素主要指胶黏剂和被粘材料的分子极性、分子量、分子形状（侧基多少及大小）、分子量分布、分子的结晶性、分子对环境的稳定性（转变温度和降解）等。影响粘接强度的物理因素主要有被粘表面粗糙度、表面空隙、表面状况（吸附气体、吸附水膜、油脂、尘埃等及氧化层、镀铬层、磷化层、脱模剂等形成的“弱边界层”）、压力、胶层厚度等。影响粘接强度的环境因素有温度、化学介质、户外气候（热、水、光、氧气）等。

粘接过程是一个复杂的物理、化学过程，持久牢固的粘接的形成不仅取决于胶黏剂和被粘物表面的结构与状态，而且和粘接过程的工艺条件密切相关。胶黏剂的施工过程一般包括胶黏剂的选用、粘接接头设计、被粘表面的处理、涂敷与固化、质量检测与后处理等。胶黏剂的施工过程总结如下。

①胶黏剂的选用。依据被粘材料、性能要求、工况条件、固化条件、成本等选择胶黏剂。

②粘接接头设计。合理设计接头，尽可能避免应力集中，减少产生剥离、劈开和弯曲。

③被粘接表面预处理。通过预处理的表面特别利于浸润，这一点是相当重要的。常见的表面处理方法有机械处理（磨、铣、车和喷砂等）、化学预处理（浸蚀液洗）、物理预处理（烘烧、电晕法、低压等离子法）等。

④胶黏剂涂敷。可采用刷涂、刮涂、滚涂、喷涂、丝网印胶、机械手自动涂胶等方法涂敷，均匀地涂敷胶黏剂成一薄层，越均匀越好。

⑤预干燥和排气。一般只是在扩散粘接、溶剂粘接和接触粘接时实施。

⑥黏合和固定。粘接零件时无须预应力。可用适当的设备固定粘接部件，应用的设备要容易使用，传热性较好，保证绝对均匀的温度分布。

⑦压实粘接面。只是在要求时应用。

⑧胶黏剂固化。要遵守生产厂家所提供的固化条件如压力、温度、真空和时间等数据进行固化。

⑨粘接质量检测与后处理。可采用破坏性和非破坏性检验方法，不合格的粘接应再处理。

如果以上各点在粘接过程中都能遵守的话，就会获得最佳的粘接效果和强度。导致粘接缺陷的主要原因有如下几种。

①胶黏剂导致的原因。主要有胶黏剂错用和胶黏剂沉淀、过期、变质等。

②施工导致的原因。胶层太厚，表面处理不当，未遵守混合比例、固化温度、压力及时间等。

③设计导致的原因。接头设计不当，未考虑静态、动态、热和化学作用等。

④被粘材料导致的原因。被粘材料内部收缩、结构变化、表面能低等。

⑤人为情绪导致的缺陷。这类缺陷纯粹是由工作人员的性能和体力状态引起的。

⑥不可预见的原因。主要由气候变化、温度波动、空气湿度变化引起。

粘接破坏发生在接头最薄弱的地方，不一定总是发生在胶黏剂和被粘物的界面上。破坏的形式有如下几种。

①内聚破坏。破坏发生在胶黏剂层内。

②黏附破坏。破坏发生在胶黏剂与被粘物界面上。

③被粘材料破坏。破坏发生在被粘材料内部。

④混合破坏。即胶黏剂的内聚破坏和黏附破坏与被粘材料破坏的混合。

胶黏剂破坏（即100%的内聚破坏）或被粘材料破坏是理想的破坏形式，因为这种破坏在材料粘接时能获得最大强度。

胶黏剂固化时的自然收缩和胶黏剂与被粘物性质上的差异，致使粘接接头存在内应力。为了减少因热交变或高温固化冷却后产生的应力，尽可能使胶黏剂与被粘物的热膨胀系数相接近。