为了更好地理解胶粘剂为何会粘附在物体表面上,了解粘附机制会有所帮助。胶粘剂和胶带粘附在基材表面上的方法有四种。
化学粘合通过基材表面的分子接触发生。这是最强的粘合机制,粘合剂中的功能基团与基材表面的原子/分子之间形成键。这种机制有助于提高许多粘合剂(例如粘合铝的环氧树脂)的结构强度。
当胶粘剂流入基材表面的孔隙时,就会发生机械联锁。联锁为界面处的裂纹扩展提供了物理障碍。它还有助于增加表面积,增加胶粘剂和基材之间的总接触面积。液体胶粘剂在干燥或固化之前涂抹到基材上后很容易流动。粘合胶带会随着时间的推移继续缓慢流动,从而增强强度。
当粘合剂聚合物能够渗透并与聚合物基材缠绕时,就会发生扩散。缠绕的聚合物链将粘合剂和基材粘合在一起,形成界面。这种机制在难以粘合的低表面能材料(如聚丙烯)的组装中很常见。
静电粘附发生在胶粘剂带电表面被吸引向带相反电荷的基材时,这在胶带应用中最为常见。这是在试图用胶带封住盒子或包装礼物时经常观察到的现象。
与焊接和机械紧固件相比,粘合剂和胶带具有独特的优势,且不会牺牲强度。了解如何测试和测量粘合剂的粘合强度,以及为应用选择粘合剂时需要考虑的诸多因素。
由于每种粘合机制都会对性能产生影响,因此科学家会研究粘合剂的强度来确定其在应用中的性能。测量给定粘合的“粘合功”有助于确定粘合组件的强度。测量粘合功的最常见方法是将粘合区拉开。拉开粘合所需的力可让工程师了解粘合剂在应用中的表现。粘附力和内聚力共同作用,形成牢固的结合。
粘合强度是粘合剂和基材之间的界面强度,通常是设计强力粘合组件时最重要的考虑因素。然而,粘合强度并不是形成有效粘合的唯一关键因素。即使使用世界上最坚韧的粘合剂,如果粘合剂无法粘合到基材表面,粘合也会失效。
粘结强度是粘合剂的内部强度,即粘合剂在压力下保持自身粘连的能力。粘结强度越高,粘合剂越强。粘结强度由粘合剂的化学成分决定。粘合剂的强度范围很广,从压敏粘合剂到结构环氧粘合剂和丙烯酸粘合剂。
考虑作用于粘合接头的特定类型的应力非常重要。常见应力包括剪切、裂解、剥离和拉伸。了解您的应用将承受的应力的大小和频率有助于选择具有最佳粘结强度的粘合剂来完成当前任务。
表面能是材料表面的物理特性,决定了粘合剂是否能紧密接触。在表面能高的材料上,液体会润湿或铺展在表面上;在表面能低的材料上,液体会抗拒流动并形成水珠。粘合剂必须润湿基材才能粘合。
要选择合适的粘合剂,重要的是要了解组件中所有基材的表面能,以及粘合剂对每个基材的润湿程度。还必须考虑表面清洁度,因为某些粘合剂需要高度的基材清洁度。
粘合剂附着在两种基材的表面上,不同于将基材熔合为一个整体的过程,例如焊接金属或塑料溶剂活化。在选择 3M 粘合剂或胶带时,必须考虑表面状况:粗糙度、光滑度、孔隙率、涂层、未涂层、清洁度、柔韧性、部件尺寸和部件表面能。
例如,胶粘剂很容易流入粗糙表面,从而提高粘合效果。柔性材料(如纸或薄规格金属可以用薄的转移胶带粘合。表面光滑洁净的大型刚性部件可以用各种3M 产品包括双面泡沫胶带和双组分结构胶粘剂。有些塑料含有会迁移到表面会随着时间的推移而降低粘合力,因此必须使用耐增塑剂的粘合剂或胶带。如果基材已涂有粉末涂层,则涂层是粘合表面,而不是基材。
表面能有高有低。为了说明表面能的概念,想象一下未打蜡的汽车引擎盖上的水。未打蜡的引擎盖具有高表面能,引擎盖上的水会流成水坑。相比之下,打蜡的引擎盖具有较低的表面能
水会凝结成珠,而不是流出。与水类似,高表面能表面上的粘合剂会流动并“润湿”表面。“润湿”是形成牢固粘合所必需的。
根据经验法则,表面能越高,粘附强度越大。
低表面能表面可使用特殊配方的粘合剂。以下插图和表面等级为您提供
相对表面能的概念。无论表面能如何,基材必须统一、干燥且清洁,以最大限度地提高粘合剂接触。