影响胶黏剂黏接强度的关键因素

1.物理因素

（1）表面粗糙度

当胶黏剂良好地浸润被黏材料表面时（接触角θ＜90°），表面的粗糙化有利于提高胶黏剂液体对表面的浸润程度，增加胶黏剂与被黏材料的接触点密度或者说是接触面积，从而有利于提高黏接强度。反之，胶黏剂对被黏材料浸润不良时（θ＞90°），表面的粗糙化不利于黏接强度提高。

（2）基材表面处理

黏接前的表面处理是黏接获得牢固耐久接头的关键。由于被黏材料存在氧化层（如锈蚀、镀铬层、磷化层、脱模剂等）形成的“弱边界层”，被黏物的表面处理将改善黏接强度。例如，聚乙烯表面可用热铬酸氧化处理而改善黏接强度，加热到70℃～80℃时处理1～5分钟，就会得到良好的可黏接表面。而聚乙烯薄膜用铬酸处理时，只能在常温下进行。薄膜的表面处理，采用等离子或微火焰处理。

（3）不良渗透

已黏接的接头，受环境气氛的作用，常常渗进一些其他低分子物。例如，接头在潮湿环境中或水下，水分子渗透入胶层；聚合物胶层在有机溶剂中，溶剂分子渗透入聚合物中。低分子物的透入首先使胶层变形，然后进入胶层与被黏物界面。使胶层强度降低，从而导致黏接的破坏。

渗透不仅从胶层边缘开始，对于多孔性被黏物，低分子物还可以从被黏物的空隙、毛细管或裂缝中渗透到被黏物中，进而侵入到界面上，使接头出现缺陷乃至破坏。渗透不仅会导致接头的物理性能下降，而且由于低分子物的渗透使界面发生化学变化，生成不利于黏接的锈蚀区，使黏接完全失效。

胶黏剂的渗透增加铆合面积，一般情况是利于黏结的。

（4）小分子迁移

含有增塑剂的被黏材料如PVC材料，由于这些小分子物与聚合物大分子的相容性较差，容易从聚合物表层或界面上迁移出来。迁移出的小分子若聚集在界面上就会妨碍胶黏剂与被黏材料的黏接，造成黏接失效。

（5）压力

在黏接时，向黏接面施以压力，使胶黏剂更容易充满被黏体表面上的坑洞，甚至流入深孔和毛细管中，减少黏接缺陷。对于黏度较小的胶黏剂，加压时会过度地流淌，造成缺胶。因此，应待黏度较大时再施加压力，也促使被黏体表面上的气体逸出，减少黏接区的气孔。

对于较稠的或固体的胶黏剂，在黏接时施加压力是必不可少的手段。在这种情况下，常常需要适当地升高温度，以降低胶黏剂的稠度或使胶黏剂液化。例如，绝缘层压板的制造、飞机旋翼的成型都是在加热加压下进行。

为了获得较高的黏接强度，对不同的胶黏剂应考虑施以不同的压力。一般对固体或高黏度的胶黏剂施加高的压力，而对低黏度的胶黏剂施加较低的压力。

（6）胶层厚度

厚胶层易产生气泡、缺陷和早期断裂，因此应使胶层尽可能薄一些，以获得较高的黏接强度。另外，厚胶层在受热后的热膨胀在界面区所造成的热应力也较大，更容易引起接头破坏。但胶层厚度对黏结的影响还取决于黏结材料和胶黏剂的性能以及黏结方式，如在一定范围内，压敏胶胶层较厚则剥离力相应增加。

（7）负荷应力

在实际的接头上作用的应力是复杂的，包括剪切应力、剥离应力和交变应力。

①剪切应力：由于偏心的张力作用，在黏接端头出现应力集中，除剪切力外，还存在着与界面方向一致的拉伸力和与界面方向垂直的撕裂力。此时，接头在剪切应力作用下，被黏物的厚度越大，接头的强度则越大。

②剥离应力：被黏物为软质材料时，将发生剥离应力的作用。这时，在界面上有拉伸应力和剪切应力作用，力集中在胶黏剂与被黏物的黏接界面上，因此接头很容易破坏。由于剥离应力的破坏性很大，在设计时尽量避免采用会产生剥离应力的接头方式。

③交变应力：在接头上胶黏剂因交变应力而逐渐疲劳，在远低于静应力值的条件下破坏。强韧的、弹性的胶黏剂（如某些橡胶态胶黏剂）耐疲劳性能良好。

（8）内应力

收缩应力：当胶黏剂固化时，因挥发、冷却和化学反应而使体积发生收缩，引起收缩应力。当收缩力超过黏附力时，表观黏接强度就要显著下降。此外，黏接端部或胶黏剂的空隙周围应力分布不均匀，也产生应力集中，增加了裂口出现的可能。有结晶性的胶黏剂在固化时，因结晶而使体积收缩较大，也造成接头的内应力。如在其中加入一定量能结晶或改变结晶大小的橡胶态物质，那么就可以减少内应力。在热固性树脂胶中加增韧剂是一个最好的说明。例如，酚醛—缩醛胶，当缩醛含量低于40%时，接头发生单纯界面破坏；而在40%以上时则为内聚破坏，黏接强度明显增强。也可在胶黏剂中加入膨胀型单体，降低内应力。比如螺环原碳酸酯聚合时体积膨胀，最大可达5%～20%，可以对环氧胶黏剂进行改性。

热应力：在高温下，熔融的树脂冷却固化时，会产生体积收缩，在界面上由于黏接的约束而产生内应力。在分子链间有滑移的可能性时，则产生的内应力消失。

影响热应力的主要因素有热膨胀系数、室温和Tg间的温差以及弹性差量。

为了缓和因热膨胀系数差而引起的热应力，应使胶黏剂的热膨胀系数接近于被黏物的热膨胀系数，加填料是一种好办法，可添加该种材料的粉末或其他材料的纤维或粉末。

2.化学因素

影响黏接强度的化学因素主要指分子的极性、分子量、分子形状（侧基的结构、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）以及胶黏剂和被黏体中其他组分性质如pH值等。

（1）极性

胶黏剂极性越强黏结强度越大，这种情况仅仅适合于极性大的被黏结物的黏结。对于极性低的被黏物，极性大的胶黏剂极性基团过多，约束了其链段的扩散活动能力，导致黏结体系润湿性变差而降低黏合力。从极性的角度出发，为了提高黏接强度，与其改变胶黏剂和被黏物全部分子的极性，还不如改变界面区表面的极性。例如，聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯经等离子表面处理后，表面上产生了许多极性基团，如羟基、羰基或羧基等，从而显著地提高了可黏接性。(www.xing528.com)

（2）分子量及分子量分布

一般聚合物分子量低，分子量分布宽，黏度小，流动性好，作为胶黏剂有利于润湿，即黏结性好。但分子量低，内聚力低，最终的黏结强度不高；分子量大，分子量分布窄，胶层内聚力高，但黏度增大，不利于润湿。因此，对于每类聚合物，只有分子量在一定的范围内才能既有良好的黏结性，又有较大的内聚力，以保证足够的黏结强度。

（3）主链结构

胶黏剂聚合物分子的主链结构决定胶黏剂的柔顺性。聚合物的柔韧性大，有利于分子或者链段的运动或者摆动，使黏结体系中的两个分子容易相互靠近并产生吸附力，而刚性聚合物在这方面性能较差，但耐热性能好。聚合物分子主链全部由单键组成，由于每个键都能发生内旋转，聚合物的柔性大；此外，单键的键长和键角增大，分子链内旋转作用变强，聚硅氧烷具有很大的柔性就是这个原因造成的；主链中如含有芳杂环结构，由于芳杂环不易内旋转，故此类聚合物如聚砜、聚苯醚、聚酰亚胺等的刚性较大；含有孤立双键的大分子，虽然双键本身不能内旋转，但它使邻近的单键的内旋转易于发生，如聚丁二烯的柔性大于聚乙烯；含有共轭双键的聚合物，其分子没有内旋转作用，刚性大、耐热性好，但黏结性能较差。聚苯、聚乙炔等属于此类聚合物。

（4）侧链

胶黏剂中聚合物分子链上的侧链种类、体积、位置和数量对胶黏剂的黏结强度也有较大影响。聚合物侧链极性大小对聚合物内和分子间的吸引力起着重要的作用。基团的极性小，吸引力低，分子的柔性好。如果侧链基团极性高，聚合物内和分子间的吸引力高，聚合物的内聚强度增加，柔韧性降低；侧链基团在主链上的间隔越远，它们之间的作用力及空间位阻越小，分子间内旋转的阻力越小，柔韧性越大。比如，聚氯丁二烯每四个碳原子有一个氯原子侧基，而聚氯乙烯每两个原子有一个氯原子侧基，故前者的柔韧性大于后者；侧链基团体积大小也决定位阻作用的大小。聚苯乙烯分子中苯基的极性小，因为体积大，位阻大，使聚苯乙烯具有较大的刚性；侧链长短对聚合物的性能也有明显的影响。直链状的侧链在一定范围内随链长增加位阻作用下降，聚合物的柔韧性增加。但侧链太长会导致分子间缠绕，不利于内旋转，使聚合物的柔韧性及黏结性能降低；侧链基团的位置也影响聚合物黏结性能。聚合物分子中同一个碳原子连接两个不同取代基会降低分子链的柔韧性，如聚甲基丙烯酸甲酯的柔韧性低于聚丙烯酸甲酯。

（5）pH值

某些胶黏剂pH值与胶黏剂的适用期有密切关系，影响黏接强度和黏接寿命。一般强酸、强碱，特别是当酸碱对黏接材料有很大影响时，对黏接常是有害的，尤其是多孔的木材、纸张等纤维类材料更受影响。

由于热固性的酚醛树脂和脲醛树脂的固化过程受pH值的影响大，通常要求在酸性环境下。例如，固化时在酚醛树脂中加入对甲苯磺酸或磷酸，在脲醛树脂中加入氯化铵或盐酸。在不希望酸度大又要黏接的场合，需要选用中性的间苯酚甲醛树脂。

将木材表面预先用碱处理，一般可得到牢固的接头。但还必须注意胶层的pH值，它对胶层比对被胶接表面影响更大。

（6）交联

线型聚合物的内聚力主要决定于分子间的作用力，因此，以线型聚合物为主要成分的胶黏剂，分子易于滑动，一般黏结强度不高，耐热、耐溶剂性能也较差；如果将线性结构的聚合物交联成体型的结构，则可以显著地提高内聚力。通常情况聚合物的内聚强度随交联密度的增加而增大，而当交联密度过大时聚合物则变硬变脆，因而使聚合物耐冲击强度降低，黏结强度也会降低。

（7）溶剂和增塑剂

一般来讲溶剂对黏结强度的影响是不明显的，或者是不明确的。一方面溶剂有利于降低胶黏剂的黏度，提高胶黏剂对黏结材料的润湿程度，甚至对黏结材料有一定的溶胀作用，所以对黏结强度起到了有益的作用；另一方面溶剂的挥发会使胶黏剂层发生一定的收缩，一定程度地导致胶黏层内应力的产生，从而降低了黏结强度。若溶剂被封闭到胶黏层中也会降低黏结强度。

增塑剂能够改善胶黏剂的机械性能，和溶剂的作用类似，对黏结力的影响有不确定性。某些情况下能够改善黏结力，尤其是对比较硬和脆的胶黏剂，适当加入增塑剂能增加胶黏剂的柔韧性，从而增加了胶黏剂对黏结物的浸润性，提高了黏结力。但增塑剂随着时间的推移，可能发生下列迁移。

①向表面渗出，导致黏接强度下降。

②被黏物内的增塑剂渗透到胶层，使胶黏剂软化而失去内聚黏接强度。

③增塑剂聚集在界面上，使黏接界面分离。因此从另一个方面来看，胶黏剂中加入低分子量物质或助剂，如增塑剂等在胶黏剂和被黏物的界面形成弱界面层，减少极性，降低黏着力。

（8）填料

在胶黏剂中，填料有如下作用。①增加胶黏剂的内聚强度；②调节黏度或工艺性（如触变性）；③提高耐热性；④调整热膨胀系数或收缩性；⑤增大间隙的可填充性；⑥给予导电性；⑦降低价格；⑧改善其他性质。

（9）结晶性

结晶性对于聚合物的黏接性能尤其是对玻璃化温度到熔点之间的温度区间内有很大影响。结晶性对黏接性能的影响决定于其结晶度、晶粒大小及晶体结构。一般来讲，聚合物结晶度增大，其屈服应力、强度和模量均有提高，而拉伸伸长率及冲击性能降低。由于结晶度不同，同一种聚合物的性能指标可相差几倍。结晶使分子之间的相互作用力增大，分子链难于运动并导致聚合物硬化和脆化，黏接性能下降。但结晶化提高了聚合物的软化温度，聚合物的力学性能对温度变化的敏感性减小。通过共聚或共混的方法可以降低结晶度增大黏接力。例如，用高结晶性的聚对苯二甲酸乙二醇酯黏接不锈钢时黏接强度接近于零，用部分间苯二甲酸代替对苯二甲酸后，黏接力随之增大。

聚合物晶粒大小对力学性能的影响比结晶度更明显，大晶粒使聚合物内部有可能产生较多的空隙和缺陷，并降低其力学性能。

伸直链组成的纤维状的聚合物结晶能使聚合物有较高的力学性能。加热某些结晶性聚合物，可使结晶体中按一定规则排列的分子发生混乱而有利于浸润，如聚乙烯、结晶性尼龙等均可作为热熔胶作用。

在某些情况下，结晶作用也可以用于提高黏接强度，如氯丁橡胶是一种无定形的柔性聚合物，在浸润及扩散过程后，使之适当结晶化可提高黏接强度。在黏接施工过程中，热塑性的胶黏剂黏料可通过急冷形成微晶而使黏接性能提高。例如，用聚乙烯熔融黏接铝合金时，如果以水、冰及液氮使其迅速冷却，其剥离强度比在室温中缓慢冷却要高得多。由于急冷过程还使胶层及被黏物体积急剧收缩并导致内应力剧增，故此种工艺并不具有普遍性。

（10）分解

胶黏剂分解是使黏接强度降低的重要因素。水、热、辐照、酸、碱及其他化学物质，都可能导致胶黏剂变化。

有些聚合物遇水会发生水解，聚合物抗水解能力因其分子中化学键的不同而异。多数水溶性聚合物易于水解。不溶于水的聚合物水解非常慢，而聚合物吸附水的能力对水解起着重要作用，聚合物水解也受结晶性和链的构象影响。由于微量的酸或碱可加速某些聚合物水解，聚酯类缩合树脂与酸或碱接触时，很容易水解。环氧树脂的耐湿性根据固化剂的种类和使用环境不同而有明显的不同，以聚酰胺固化的环氧树脂因酰胺键水解而破坏；以多元酸酐固化的环氧树脂因酯键的断裂而解体；聚氨酯也常因酯键水解面破坏，而具有醚键、碳—碳键结构的聚合物，如酚醛树脂、丁苯、丁腈橡胶，就不易水解，耐水性良好。

聚合物在高温下会发生降解和交联的作用，降解使聚合物分子链断裂，分子量下降，使聚合物强度降低。交联使分子间形成新的化学键，分子量增加，聚合物强度上升。黏接接头上聚合物不断交联将使聚合物发脆，接头强度降低。