膠黏劑粘接理論

迄今為止還未建立起一個完整的章節理論，現將幾種流行的理論作一簡要介紹，並對其加以評價。

機械理論

機械理論是論述粘附機理最早提出的理論，它把粘接看成是粘接劑和被粘物的純機械嚙合或鑲嵌作用，由於任何固體表面都是不平滑的，即使是超精研磨的表面，其粗糙度含有0.026微米左右，因此膠粘接劑便很容易的滲透到這些凹凸不平遍布溝壑的表面中去，粘合后便與詹物相互粘合或嵌入，從而把膠黏劑與被粘物牢固的連接在一起。

按照機械理論的觀點，粘貼強度只取決於膠黏劑和被粘物的內聚強度，且膠黏劑應是萬能的，一種膠黏劑，可以粘接多種不同的材料則顯然是不符合實際情況的。同時，機械理論也說明不了表面化學性能的改變對粘接強度的顯著影響。大量實踐證明，機械作用不是粘合力的主要因素。有些表面上看來是靠被粘接物表面粗糙而提高粘接強度（為表面用砂紙打磨或噴砂處理都能使粘接強度提高），但這並非主要是粗糙表面的機械作用，而是由於表面清潔而活性提高，表面積增大有利於潤濕及加強機械嚙合等因素綜合作用的結果。因此，機械理論是一個很不完整的理論。

吸附理論

吸附理論是現今較為普遍的理論，按照這個理論，膠接作用是由膠黏劑與被粘物分子在界面相互吸附併產生分子之間的作用力而引起的，因此產生粘合的過程可分為兩個階段，第一個階段是液態膠黏劑分子藉助於布朗運動向被粘物表面擴散並逐漸靠近被粘物表面。第二個階段是當膠黏劑分子與被粘物表面的分子距離接近於10時，次價力開始發生作用，並隨著距離的進一步縮小而增至最強。這兩個階段是不能截然分開的，實際上這在膠黏劑完全固化前，這兩個過程都在進行。

對於不同的膠黏劑——被粘物系統，粘和作用可以是色散力的單獨作用，也可以是色散力與誘導力，取向力氫鍵等的共同作用。這些作用力的大小除與兩者的分子結構有關外，還與分子間的距離有很大關係。

由上所述，膠黏劑與被粘物的表面接觸程度是產生強粘附作用的關鍵，而膠黏劑對被粘物表面的浸潤作用是膠黏劑分子在表面擴散和產生粘附的必要條件。一般說來，膠黏劑分子對被粘物表面分子有較大的吸引力，則粘附強度就大。比如天然橡膠與聚苯乙烯的粘附力不是很大，但氯丁橡膠與聚苯乙烯卻有較好的粘附性，這是由於聚氯丁二烯分子中的氯原子使苯基極化而產生誘導效應，從而提高較高的粘附強度。從經驗得知凡是高分子鏈接上帶有極性基團的高分子化合物一般均具有良好的粘附性能。

用吸附理論來解釋粘接機理雖然比較廣泛，但仍存在一些問題。首先，吸附理論是從物理吸附的角度來論述的，而沒有考慮到化學吸附的作用，物理吸附的特點是容易解吸收，如果膠黏劑和被粘物之間僅發生物理吸附，膠黏劑必然會被空氣中的水分所解吸收，粘附現象就會消失。其次，根據吸附理論分子間作用力的概念，運用熱力學方法通過測定表面張力和接觸角所得到的熱力學粘附功比實際測得的粘附功要小的多，這一點吸附理論不能作出滿意的解釋，就是說粘合力的產生不單純是分子間作用力的結果。第三，吸附理論還不能很好的解釋非極性高聚物膠黏劑的良好粘接問題，如聚異丁烯和天然橡膠之間較強的粘合力等，也不能解釋的阿爾法氫基丙烯酸酯膠黏劑能粘貼非極性的聚苯乙烯等材料的問題，因此說吸附理論仍是不完整的。

擴散理論

擴散理論是根據高聚物分子的擴散作用來論述粘接機理的一種理論，其論點是高聚物分子的鏈狀結構與柔順性，該理論認為膠黏劑和被粘物分子之間僅僅接觸是不夠的，必須向琥珀產產能形成牢固的粘接接頭，如果被耽誤是高分子材料粘貼劑，也是具有鏈狀結構的聚合物分子在一定條件下，由於分子或鏈段的布朗運動膠黏劑分子和被粘物不像風扇是可能的。在粘盒過程中，界面附近將逐漸形成膠黏劑與被粘物嗯備戰高聚物相互擴散的混音曲，其暫不強度隨時間的增加而增值最大值。如果膠黏劑與被粘物二者同屬同一聚合物及其惠農區逐漸消失。這種相同聚合物之間的粘合層為之年，兩種不同聚合物年合適它們的大分子相互擴散，稱為粘合。

不難理解，擴散理論只是適用於分子能夠移動並具有包容性的鏈狀高聚物分子之間的粘合膠黏劑和被粘物之間的相互擴散是產生粘合力的主要因素，膠接強度必然與他們之間的相容性相關，因此不具有互溶性的聚合物之間難以粘合，熱塑性塑料的焊接和溶劑粘接都可看作為聚合物分子相互擴散產生言和的結果。

高聚物分子之間的相互溶解或相互擴散必須具備一定的條件。從熱力學觀點出發，一個過程自由，在系統的自由能減少的情況下，才有可能發生。當然，高聚物分子之間的相互溶解和相互擴散，還必須考慮到動力學問題極易溶解速度和擴散速度的問題。

由上可見，擴散理論可以較好的解釋某些熱塑性膠黏劑交接高分子材料的現象，如膠接強度是隨接觸時間的增加而增加，隨分子量的增大而減小以及溫度升高的而增加等等，但它對不同聚合物之間的粘合作用尚不能做出完整的解釋，甚至還未涉及高分子膠黏劑和無機物及金屬材料之間的交接問題，因此，擴展理論仍具有很大的局限性。

靜電理論

靜電理論是根據兩個物體接觸時產生起電現象這一原理來論述膠結機理的，該理論認為膠黏劑與被粘物之間存在著雙電層，粘附力主要有雙電層的靜電力所致。在乾燥的環境中，從被粘金屬物的表面快速剝離膠膜時發現的防電發聲和發光現象，是提出靜電理論的實驗依據。在膠黏劑被粘物系統的界面上雙電層構成一個電容器，界面兩側的膠黏劑和被粘物表面相當於電容器的兩個極板，當從被粘物表面剝離膠模時與將電容器的兩個極板分開時的情況極為相似，此時所產生的電位差隨極板間距離的增加而增大，增大到一定數值時便開始放電，此時粘附功等於電容器瞬時放電的能量，即

式中w：WA為粘附功，δ為密度，D為介電常數，h為電容器兩板之間的距離。

靜電理論雖然能夠解釋一些粘貼現象，但它對於一些不具備產生接觸電勢的材料，如大部分導電性材料等反而具有較強的沾合力，不能解釋另外，當兩種高聚物的極性越接近時，它們間的結合就越好，這顯然與形成雙電層的觀點相矛盾。因此，經驗理論也具有很大的局限性

化學鍵理論

化學鍵理論是根據某些膠黏劑和被粘物間的界面能發生化學作用為出發點來論述粘接機理的，該理論認為粘合作用是由膠黏劑與被粘物之間形成化學鍵而引起的，因為化學鍵的強度要比范德華力強很多，因而可以大大提高粘附力。

高聚物與金屬之間形成化學鍵的典型例子是硫化橡膠與黃銅之間的粘接，用電子衍射法可以證明黃銅的表面形成了一層硫化亞銅，它通過硫原子與橡膠分子結合在一起，用差熱分析法可以證明酚醛樹脂和鋁之間在130度時可以發生化學反應。經過化學氧化處理的鋁表面與環氧樹脂之間在膠黏劑固化的條件下，也有可能發生某種化學反應。聚丙烯的表面經輻射接枝聚合引入具有反應活性的基團，能使它對金屬表面的膠接強度大大提高。

一些偶聯劑對粘附力的提高作用可以通過化學鍵理論得到很好的解釋。偶聯劑分子必須帶有能與被粘物表面發生化學反應的基團，而分子的另一端能與膠黏劑發生化學反應。

無機膠黏劑與被粘物之間界面上的化學反應也很明顯，當用磷酸氧化銅等膠黏劑粘接鋁、鐵等工作時，在鋁、鐵的表面上明顯的鍍上一層銅。

化學鍵的作用還在於能夠改善膠接接頭的抗環境侵蝕和耐老化能力，例如能和被粘物表面發生化學吸附的酚醛-丁腈粘接劑，其粘接接頭經高濕環境加速老化，試驗后仍能保持很高的粘接強度。

儘管化學鍵理論可以從某些方面揭示了粘接過程的本質，但兩個物質間要形成化學鍵，必須滿足一定的量子化條件，是否膠粘劑與被粘物之間都能滿足這一條件仍然是一個有待研究的問題。

綜上所述，各種交接理論都有一定的實驗依據，也都能滿意的解釋一些膠結現象，但都存在著一定的局限性，這也同時說明膠接過程是一種複雜的物理化學現象，隨著膠接技術的不斷發展和眾多研究者的不懈努力，膠接理論將會變得日趨完善。