1、清洁度的影响 <br /> 要获得良好的粘接强度,必要的条件是胶粘剂xx浸润被粘材料表面。通常,纯的金属表面都具有高的表面自由能,而有机胶粘剂大都是具有低表面自由能的高聚物。根据热力学原理,它们之间能够很好地浸润。但是,我们实际上得到的金属并不干净,都不是纯的金属表面,在它们的表面上经常有一层锈垢或氧化物。在金属的制造、切屑、成型加工、热处理、运输和贮存等过程中,表面上又在不同程度上吸附了一层有机和无机的污染物。如果这一污染层是具有低表面能的有机物,则会影响胶粘剂对金属表面的浸润。而且这一污染层的内聚强度很低,它的存在一般都要降低粘接强度。为此,必须用物理和化学方法对被粘材料进行处理使之干净。通常测定被粘材料表面干净程度的简单方法是观察水滴在表面上浸润和扩展的情况或者直接测定其接触角的大小。在干净的表面上,水滴应该迅速地xx展开并在表面上成一层连续的不破裂的水膜。这时测定的接触角很小甚至为零。相反,在不干净的表面上,水滴难以展开以致形成许多破裂的水膜或水滴。这时的接触角较高。这种检查方法通常称为“水膜法”。表1是几种材料处理前后的接触角和粘接强度数据。
从表1可知,要得到良好的粘接强度,被粘材料表面的接触角应该很小甚至为零。对铝而言,当表面上的污物除去后,接触角大大降低以至到零度。可以认为这时铝表面上所覆盖的憎水性污染物已经除去而被具有较高表面自由能的吸附层(如水)取代了。因此,接触角最小,粘接强度也{zg}。在研究了铝、钛和不锈钢等金属的接触角、浸润面积与粘接强度的关系后进一步证明,用测定接触角的方法来表示清洁度与粘接强度的关系,作为选择表面处理的{zj0}条件是有一定参考意义的。
<br />*用酚醛-缩醛胶粘剂粘接。
2、粗糙度的影响
很久以来,人们都知道用机械打磨的方法能增加金属的粘接强度。无论用砂布打磨或用喷砂法处理被粘材料,适当地将表面糙化均能提高粘接强度。
但是,粗糙度又不能超过一定界限。表面太粗糙反而会降低粘接强度。因为过于粗糙的表面不能被胶粘剂很好地浸润,凹处残留空气等对粘接是不利的。
一些实验还进一步表明,粘接强度不仅与表面粗糙度有关,而且与糙化方法所产生的不同表面几何形态也有密切的关系。在抛光的表面上用机械方法加工出许多0.125 mm和0.25 mm深的沟槽,虽然使表面的宏观粗糙度增加了,但是粘接强度却没有太大的提高;而喷砂处理则可以使粘接强度大大提高,详见表2。
喷砂法处理铝表面的实验又证明,处理的效果还同磨料的种类、大小和形状有关。锐利的磨料比用球形磨料处理的表面有更好的粘接强度。
*用环氧胶粘剂粘接。
3、表面化学结构的影响
前面已经指出表面清洁度对粘接强度的影响。很多被粘材料经不同的方法表面处理之后,虽然都得到清洁的表面,能被胶粘剂xx浸润,但是粘接强度却相差很大。这是由于除了清洁度之外,表面的化学结构也有很大的影响。
下面首先以铝为例说明这个问题。早已发现,铬酸处理的铝试片再经热水漂洗时,水温和漂洗时间对粘接强度有明显影响。尽管这时水在铝表面上的接触角都小于10°甚至为零度,但粘接强度却相差一倍。显然这是清洁度所无法解释的。可见,清洁的表面是获得良好粘接强度的必要条件,但不是充分条件。
表面化学结构不仅要求具有良好的稳定性和内聚强度,而且还要考虑它对胶粘剂不发生降解作用。比如,用酚醛胶粘剂粘接的不锈钢和铝试样分别放在288℃下热老化处理50和100min时,铝试样的稳定性还相当好,而不锈钢试样却几乎失去了全部强度。这是因为,在不锈钢表面上可能发生固相氧化还原反应,致使高温热老化性能大大下降。但如果在钢表面上涂一层环烷酸锌和铈盐时,粘接试样的热老化性能就可大大提高。因此,改变那些能加速聚合物裂解的表面原子性质时,可能对钢粘接的耐热氧化作用是很重要的。
大家都知道,聚四氟乙烯是一个表面能很低的惰性高分子材料。通常的胶粘剂都不能粘接它。但是,用钠-萘-四氢呋喃溶液处理后,聚四氟乙烯发生断键作用,表面上的部分氟原子被扯下来(溶液中发现有氟原子)并在表面上产生很薄的黑棕色碳层。这时,既改变了表面的化学结构也增加了表面自由能,因而改进了粘接性能。
由此可见,表面的化学组成与结构对被粘材料的粘接性能、耐久性能、热老化性能等都有重要影响;而表面结构对粘接性能的影响往往是通过改变表面层的内聚强度、厚度、孔隙度、活性和表面自由能等而实现的。
从以上的讨论中不难看出,要得到一个性能良好的粘接件必须重视被粘材料的表面处理。首先,表面应该干净、清洁,更重要的还要有合适的表面化学结构。由于表面层化学结构不同既可引起表面物理化学性质的改变,也可引起表面层内聚强度的变化,因而对粘附性能产生明显影响。进一步了解表面层化学结构与粘接强度的关系应该是今后被粘材料表面处理研究的重点。{zh1}还应该指出,表面粗糙度和表面形态也是一个不可忽视的重要因素,与粘接性能有密切的关系,应给予足够的重视。