粘接理论之我见

2014-05-05 卜工 中国热熔胶之家

粘接理论之我见

肯定有人会对我《热熔胶为什么会粘》这篇文章提出质疑。自从自己从事这个行业以来，就一直在思考粘合的本质到底是什么？也看了很多这方面的书，总结一下不外乎有以下几种：

1、 化学反应

2、 范德华力

3、 氢键

4、 机械锚固

5、 吸附理论

6、 静电引力

7、 扩散渗透

现在我们来逐一分析这几种作用力：

1、 化学反应：一些粘合剂（环氧树脂、502胶水等）具有活性反应基团，可与被粘物表面活性物质或自身的活性基团进行化学反应形成牢固的化学键，从而把它们强有力地结合在一起。普通热熔胶没有化学反应。

2、 范德华力：粘合剂与被粘物分子间产生强大的力称为范德华力。根据分子的电荷状态的不同范德华力可分为色散力、取向力和诱导力三种。范德华力本身不是非常大，但数量足够多的结合点就会形成非强大的力。绝大多数的人工合成高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯、EVA、SBC等都是因为有了范德华力的作用才形成有强度的材料。这也是普通热熔胶粘合力的唯一来源。

3、 氢键：本质上也是分子间力的一种。一般而言水分子的氧原子侧为“负”，氢原子侧为“正”，相互之间可以形成引力。氧原子以外的卤素类带强负电荷的原子或分子团引入氢原子后形成稳定体系，这类体系内也可看作是氢键结合。氢键结合力要稍大于范德华力，但是普通热熔胶一般都不含氢键。

4、 机械锚固：这是一种最早的粘接理论，该理论认为任何固体材料的表面，都不可能是绝对平滑无缺陷的。当采用粘合时，由于粘合剂在固化前具有流动性，它能渗入被粘物体表面的微小凹穴和孔隙中。当粘合剂固化后，它就“镶嵌”在孔隙之中，犹如无数微小的“销钉”。对于多孔性的材料，如家具封边、书本装订、普通纸箱封箱等粘合锚固力是主要的。锚固一旦形成后，最终的力将取决于胶的硬度和内聚力。这也就是家具封边胶可以加很多填料，并且生产这些类型的胶使用的EVA融指往往都比较小。因为融指小，分子量就大，内聚力也大。高分子化合物的内聚力本质还是范德华力。

5、 吸附理论：这是当下较为普遍的理论。认为粘合作用是粘合剂分子与粘合体分子在界面区上相互吸附而产生，包括物理吸附和化学吸附，即粘合力是由分子间的相互作用力的结果。既然是分子间的作用力，那主要还是范德华力，吸附使之达到范德华力的作用范围而已，可以说，没有吸附就没有粘合。

6、 静电引力：一般两种不同的物质相互接触时，其界面会产生正负电层，这种静电引力作用可产生力。从本质上来说，分子间的力都可以归结为静电引力。如离子键、范德华力、氢键等都是正负电荷引起的力。范德华力的本质也是静电引力。有时候在难粘材料如PP、涂覆纸、UV上光等使用的热熔胶中加少量极性材料，对粘合会有很有帮助。

7、 扩散渗透：当粘合剂与被粘物相容，溶解度参数相近，由于分子的布朗运动，高分子链链节的揉曲性（或屈挠性），粘合剂分子与被粘物表面分子间的链段运动，引起分子间的扩散作用，从而在二者之间，形成相互“交织”结合。例如PVC塑料表面涂氯仿而产生表面溶胀，PVC塑料相互扩散，使相互介面消失，扩散而形成互交的高分子网络结构而粘合在一起。我认为这时候的氯仿只是起到促使塑料分子运动，使之达到范德华力的作用范围，最后溶剂挥发形成了粘合，最终的粘接强度仍然来源于塑料本身的范德华力。且热熔胶粘合时并不发生相互渗透。

至此，我认为热熔胶的粘合力唯一来源就是范德华力。之所以形成这个观点，是我之前看到过美国路易斯-克拉克学院的Autumn测量了单根壁虎脚掌刚毛的粘着力，证明了刚毛与物体表面接触的粘着力是通过分子间的范德华作用力实现的。排除了其他诸如毛细管湿性粘力理论(wetadhesion)、微连锁理论(Micro-1nterlocking)、静电吸引(Electrostatics)等理论。由于范德华力没有方向性和饱和性，尽管它的绝对值很小，只要数量足够多就能产生足以支持壁虎全身重量的力。论文阐述了壁虎脚几百万小刚毛形成的范德华力使壁虎可以牢牢抓住任何物体的表面。而且壁虎可以很巧妙的控制刚毛角度使之改变脚上范德华力的大小。曹通远博士的文章认为热熔压敏胶的粘合力只有物理吸附和机械锚固这两种作用。物理吸附所产生的力最终还是来源于分子间的作用力，而机械锚固最终的力也来源于胶本身的内聚强度，都属于范德华力范畴。