一、膠黏劑粘接機(jī)理

1、機(jī)械理論

機(jī)械理論認(rèn)為，膠粘劑必須滲入被粘物表面的空隙內(nèi)，并排除其界面上吸附的空氣，才能產(chǎn)生粘接作用。

2、弱邊界層理論

弱邊界層理論認(rèn)為，當(dāng)粘接破壞被認(rèn)為是界面破壞時(shí)，實(shí)際上往往是內(nèi)聚破壞或弱邊界層破壞。弱邊界層來自膠粘劑、被粘物、環(huán)境，或三者之間任意組合。如果雜質(zhì)集中在粘接界面附近，并與被粘物結(jié)合不牢，在膠粘劑和被粘物內(nèi)部都可出現(xiàn)弱邊界層。當(dāng)發(fā)生破壞時(shí)，盡管多數(shù)發(fā)生在膠粘劑和被粘物界面，但實(shí)際上是弱邊界層的破壞。

3、擴(kuò)散理論

擴(kuò)散理論認(rèn)為，粘接是通過膠粘劑與被粘物界面上分子擴(kuò)散產(chǎn)生的。當(dāng)膠粘劑和被粘物都是具有能夠運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)鏈大分子聚合物時(shí)，擴(kuò)散理論基本是適用的。熱塑性塑料的溶劑粘接和熱焊接可以認(rèn)為是分子擴(kuò)散的結(jié)果。

4、靜電理論

由于在膠粘劑與被粘物界面上形成雙電層而產(chǎn)生了靜電引力，即相互分離的阻力。當(dāng)膠粘劑從被粘物上剝離時(shí)有明顯的電荷存在，則是對(duì)該理論有力的證實(shí)。

5、吸附理論

吸附理論認(rèn)為，粘接是由兩材料間分子接觸和界面力產(chǎn)生所引起的。粘接力的主要來源是分子間作用力包括氫鍵力和范德華力。膠粘劑與被粘物連續(xù)接觸的過程叫潤(rùn)濕，要使膠粘劑潤(rùn)濕固體表面，膠粘劑的表面張力應(yīng)小于固體的臨界表面張力，膠粘劑浸入固體表面的凹陷與空隙就形成良好潤(rùn)濕。

二、界面現(xiàn)象

多種研究結(jié)果表明，兩相的接觸面（通常約為幾個(gè)分子的厚度）處，其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與兩側(cè)體相均不同。這種接觸面就是界面。

氣-液界面（液體表面）

氣-固界面（固體表面）

液-液界面

液-固界面

固-固界面

三、表面張力

（一）、處于液體體相內(nèi)的任一分子受到其周圍四面八方分子的作用是相等的，可以抵消，故在液體內(nèi)部分子的移動(dòng)無需做功。處于液體表面上的分子受到液體內(nèi)部分子的作用力遠(yuǎn)大于另一側(cè)氣體（或蒸氣)分子的作用力，因而液體表面分子有自動(dòng)向液體內(nèi)部遷移的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)的表現(xiàn)之一是液體表面自動(dòng)縮小，表現(xiàn)之二為欲擴(kuò)大表面需外界做功。

表面張力的力學(xué)定義是作用于液體表面上任何部分單位長(zhǎng)度直線上的收縮力，力的方向是與該直線垂直并與液面相切。單位為mN·m-1。

（二）、決定和影響液體表面張力的主要因素

1.物質(zhì)的本性

液體的表面張力（或表面自由能）表示將液體分子從體相拉到表面上所做功的大小，故于液體分子間相互作用力的性質(zhì)與大小有關(guān)。相互作用強(qiáng)烈，不易脫離體相，表面張力就大。

2.溫度的影響

溫度升高，分子鍵引力減弱，故表面張力多隨溫度升高而減小。同時(shí)，溫度升高液體的飽和蒸氣壓增大，氣相中分子密度增加，也是氣相分子對(duì)液體表面分子的引力增大，導(dǎo)致液體表面張力減小。當(dāng)溫度達(dá)到臨界溫度Tc時(shí)，液相與氣相界線消失，表面張力降為零。

3.壓力的影響

隨壓力增大，表面張力減小。低壓下影響不明顯，高壓下可能引起比較明顯的變化。

四、潤(rùn)濕作用與接觸角

（一）.潤(rùn)濕作用

凝聚態(tài)物體表面一種流體被另一種流體取代的過程稱為潤(rùn)濕。潤(rùn)濕過程分為三類，即在日常生活中經(jīng)常遇到的沾濕、浸濕和鋪展。

沾濕：液體取代固體表面氣體，液體不能完全展開的過程稱為沾濕。

當(dāng)WA>0時(shí)，即?GA＜0時(shí)，沾濕過程才是自發(fā)的。

液體在固體表面展開成薄層，此過程稱為鋪展。鋪展是固氣界面消失，氣液界面和固液界面形成的過程。

鋪展系數(shù)S>0，過程自發(fā)進(jìn)行。

固體浸于液體中的過程稱為浸濕。此過程是固氣界面被固液界面取代，氣液界面無變化，此過程自由能變化為

WI>0，過程自發(fā)進(jìn)行。

將一液體滴到一平滑均勻的固體表面上，若不鋪展，將形成一平衡液滴，其形狀由固液氣三相交界面處所作氣液界面之切線經(jīng)液滴至固液界面所成之夾角決定，此角稱為該種液體在所研究固體表面上之接觸角，或稱潤(rùn)濕角。接觸角常以θ表示。

該式稱為Young方程或潤(rùn)濕方程。θ越小，潤(rùn)濕過程越易進(jìn)行。習(xí)慣上，θ>90℃,為不潤(rùn)濕，θ<90℃,為潤(rùn)濕。

（二）.決定和影響接觸角大小的一些因素

1.物質(zhì)的本性

由楊氏方程，θ由γsg，γsl，γlg決定。對(duì)于指定的固體，液體表面張力越小，其在該固體上的θ也越小。對(duì)于同一液體，固體表面能越大，θ越小。

θ反應(yīng)了液體與固體表面親和作用大小，親和力越強(qiáng)越易于在表面上展開，θ越小。

若液體與固面無相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所形成的兩個(gè)接觸角是相等的即平衡接觸角θe；若液體與固體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，則會(huì)形成兩個(gè)不同的接觸角。較大的θa稱為前進(jìn)接觸角，較小的θr稱為后退接觸角。這種θa＞θr的現(xiàn)象稱為接觸角滯后。

2.1表面粗糙性

表面粗糙度：真實(shí)的粗糙的固體表面積與相同體積固體完全平滑表面積之比。用r來表示，r≥1，r越大，表面越粗糙。

某液體在粗糙表面上的表觀接觸角θ′與在同一固體平滑面上接觸角θ有下述關(guān)系：

2.2表面不均勻性

因各種原因固體表面有不同表面能的區(qū)域使得θ大小與表面組成有關(guān)。若表面由性質(zhì)1和2的物質(zhì)組成，各占表面分?jǐn)?shù)f1和f2，某種液體在各純組成的物質(zhì)上的θ分別為θ1和θ2，混合表面的θ為：

3.吸附及其他因素對(duì)接觸角的影響

固體表面，特別是高能固體表面能自發(fā)地從周圍環(huán)境中吸附某些組分而降低表面能，同時(shí)也改變了表面性質(zhì)，從而影響θ大小。

其他如溫度，液滴形成時(shí)間等都能對(duì)接觸角產(chǎn)生影響。

五、潤(rùn)濕現(xiàn)象應(yīng)用

一般聚四氟乙烯不易潤(rùn)濕，因?yàn)樗摩胹-g較小，這是此類塑料電鍍的難題，若將聚四氟乙烯浸在含F(xiàn)e3+（3.7×10-2mol/L)溶液中浸泡16min后，前進(jìn)角由105°±2°變?yōu)?4°±2°，后退角由107°±3°變?yōu)?°。

棉布被水潤(rùn)濕不防水，若在棉布中加入氟代烷基類的化合物，讓極性基吸附于棉布上形成定向排列吸附層，就增大了接觸角（γs-g減?。瑥亩乖魉约訌?qiáng)，達(dá)到了防雨的目的。

低能表面與高能表面

已知有機(jī)固體（如石蠟，聚乙烯等）的表面能都小于100mJ·m-2,無機(jī)固體（如NaCl,CaO,Ag,云母等）表面能都大于100mJ·m-2。認(rèn)為界定，前者為低表面能固體，其表面為低能表面；后者為高表面能固體，其表面為高能表面。

金屬原子之間的作用力是由離域電子維系的，作用力大小幾乎等同于化學(xué)鍵。而有機(jī)物分子之間的作用力為范德華力，比化學(xué)鍵力要小得多。表面原子所處的力場(chǎng)不均勻性越大，表面能越高。

固體表面能大小決定了其可潤(rùn)濕性質(zhì)。液體在固體表面能自發(fā)鋪展的基本條件是液體表面張力小于固體的表面能。液體表面張力越低，越有利于鋪展進(jìn)行。

能使低能固體表面潤(rùn)濕的液體較少。表征低能表面潤(rùn)濕性質(zhì)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)是臨界（潤(rùn)濕）表面張力，臨界表面張力，常以rc表示。其物理意義是：表面張力低于rc的液體方能在此低能表面上鋪展。

比如聚四氟乙烯的γc=18mN·m-1,γ水=72.8mN·m-1，相差很大，故可作為防水、抗水材料。

當(dāng)未固化環(huán)氧傾倒于聚乙烯上并固化時(shí),附著力即使有也很低,而將聚乙烯熔融并涂于已固化環(huán)氧樹脂上,附著力相當(dāng)強(qiáng)。在第一種情況下,高表面能液體,如環(huán)氧樹脂不會(huì)潤(rùn)濕低表面能固體,如γc較低的聚乙烯;在第二種情況下,液體聚乙烯的表面能比固化的環(huán)氧低,有利于潤(rùn)濕。