17 膠黏劑固化、粘接機理及施工工藝

要形成持久牢固的粘接，應具備如下兩個條件。

①膠黏劑必須以液狀或膏狀的形式涂于被粘物表面。

②膠黏劑必須固化。

一般來說，膠黏劑的固化機理分為以下幾種。

①熱塑性高分子冷卻。熱塑性高分子加熱到一定溫度成液狀，涂敷于被占表面后冷卻固化，如熱熔膠等。

②溶劑或載體的逸散。如溶劑型膠黏劑溶劑揮發固化，水溶液膠黏劑、乳液膠黏劑中的水被基材吸收后固化。

③現場聚合反應

a.混合后反應固化。如雙組分環氧膠、雙組分聚氨酯膠、第二代丙烯酸酯膠等兩個組分混合后產生聚合反應固化。

b.吸收潮氣固化。如室溫固化硅橡膠、單組分濕固化聚氨酯、氰基丙烯酸酯膠等吸收空氣中的水分后固化。

c.厭氧固化。如厭氧膠，缺氧時固化。

d.輻射固化。如紫外線（UV）固化膠、電子束（EB）固化膠等，紫外線、電子束照射后固化。

e.加熱反應固化。如單組分環氧膠等，環氧樹脂與潛伏性固化劑、催化劑制成單組分膠，室溫下（或低溫儲存時）膠液不活躍，當加熱到一定的溫度膠液開始固化。

另外，還有還有非固化型膠黏劑，如壓敏膠黏劑也能形成一定的粘接力，但它可被剝離下來，不能形成牢固的粘接。

粘接力的產生，主要有以下機理，但每種理論只能解釋一部分粘接現象。

①機械理論。機械理論是膠黏劑對兩個被粘物的粘接面機械附著作用的結果。以固體表面粗糙、多孔為基礎，膠黏劑流動、擴散、滲入被粘物表面，固化或膠凝后，與被粘物表面通過互相咬合，形成“鉤鍵”“釘鍵”“錨鍵”等，將兩個被粘物牢固結合在一起。

②化學鍵理論。由于膠黏劑分子與被粘物表面通過化學反應形成化學鍵而結合，因此使粘接層獲得高強度的粘接。

③吸附理論。吸附理論是把膠黏劑粘接歸于膠與被粘物之間分子間力的作用。這種相互作用包括化學鍵力、范德華力和氫鍵力。

④靜電理論。又叫雙電層理論，在膠黏劑與被粘物接觸的界面上形成雙電層，由于靜電吸引而產生粘接。

⑤擴散理論。擴散理論認為，高分子材料之間的粘接是由于膠黏劑與被粘物表面分子或鏈段彼此之間處于不停的熱運動引起的相互擴散作用，使膠與被粘物之間的界面逐漸消失，形成相互交織的牢固結合，粘接接頭的強度隨時間延長而達到最大值。

⑥配位鍵理論。膠黏劑與被粘物在粘接界面上由膠黏劑提供電子對，被粘物提供空軌道形成配位體系，提高粘接強度。

⑦酸堿理論。在粘接體系屬于酸堿配對的情況下，酸堿作用能提高界面的粘接強度。

⑧弱邊界層理論。妨礙粘接作用形成并使粘接強度降低的表面層稱為弱邊界層。發生膠黏劑和被粘物之間黏附力破壞，即弱邊界層破壞。

影響粘接強度的因素主要有化學因素、物理因素和環境因素。影響粘接強度的化學因素主要指膠黏劑和被粘材料的分子極性、分子量、分子形狀（側基多少及大小）、分子量分布、分子的結晶性、分子對環境的穩定性（轉變溫度和降解）等。影響粘接強度的物理因素主要有被粘表面粗糙度、表面空隙、表面狀況（吸附氣體、吸附水膜、油脂、塵埃等及氧化層、鍍鉻層、磷化層、脫模劑等形成的“弱邊界層”）、壓力、膠層厚度等。影響粘接強度的環境因素有溫度、化學介質、戶外氣候（熱、水、光、氧氣）等。

粘接過程是一個復雜的物理、化學過程，持久牢固的粘接的形成不僅取決于膠黏劑和被粘物表面的結構與狀態，而且和粘接過程的工藝條件密切相關。膠黏劑的施工過程一般包括膠黏劑的選用、粘接接頭設計、被粘表面的處理、涂敷與固化、質量檢測與后處理等。膠黏劑的施工過程總結如下。

①膠黏劑的選用。依據被粘材料、性能要求、工況條件、固化條件、成本等選擇膠黏劑。

②粘接接頭設計。合理設計接頭，盡可能避免應力集中，減少產生剝離、劈開和彎曲。

③被粘接表面預處理。通過預處理的表面特別利于浸潤，這一點是相當重要的。常見的表面處理方法有機械處理（磨、銑、車和噴砂等）、化學預處理（浸蝕液洗）、物理預處理（烘燒、電暈法、低壓等離子法）等。

④膠黏劑涂敷。可采用刷涂、刮涂、滾涂、噴涂、絲網印膠、機械手自動涂膠等方法涂敷，均勻地涂敷膠黏劑成一薄層，越均勻越好。

⑤預干燥和排氣。一般只是在擴散粘接、溶劑粘接和接觸粘接時實施。

⑥黏合和固定。粘接零件時無須預應力。可用適當的設備固定粘接部件，應用的設備要容易使用，傳熱性較好，保證絕對均勻的溫度分布。

⑦壓實粘接面。只是在要求時應用。

⑧膠黏劑固化。要遵守生產廠家所提供的固化條件如壓力、溫度、真空和時間等數據進行固化。

⑨粘接質量檢測與后處理。可采用破壞性和非破壞性檢驗方法，不合格的粘接應再處理。

如果以上各點在粘接過程中都能遵守的話，就會獲得最佳的粘接效果和強度。導致粘接缺陷的主要原因有如下幾種。

①膠黏劑導致的原因。主要有膠黏劑錯用和膠黏劑沉淀、過期、變質等。

②施工導致的原因。膠層太厚，表面處理不當，未遵守混合比例、固化溫度、壓力及時間等。

③設計導致的原因。接頭設計不當，未考慮靜態、動態、熱和化學作用等。

④被粘材料導致的原因。被粘材料內部收縮、結構變化、表面能低等。

⑤人為情緒導致的缺陷。這類缺陷純粹是由工作人員的性能和體力狀態引起的。

⑥不可預見的原因。主要由氣候變化、溫度波動、空氣濕度變化引起。

粘接破壞發生在接頭最薄弱的地方，不一定總是發生在膠黏劑和被粘物的界面上。破壞的形式有如下幾種。

①內聚破壞。破壞發生在膠黏劑層內。

②黏附破壞。破壞發生在膠黏劑與被粘物界面上。

③被粘材料破壞。破壞發生在被粘材料內部。

④混合破壞。即膠黏劑的內聚破壞和黏附破壞與被粘材料破壞的混合。

膠黏劑破壞（即100%的內聚破壞）或被粘材料破壞是理想的破壞形式，因為這種破壞在材料粘接時能獲得最大強度。

膠黏劑固化時的自然收縮和膠黏劑與被粘物性質上的差異，致使粘接接頭存在內應力。為了減少因熱交變或高溫固化冷卻后產生的應力，盡可能使膠黏劑與被粘物的熱膨脹系數相接近。