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影響粘接效果的界面因素

粘接是一種通過膠粘劑在界面處的微觀作用力將兩種或兩種以上被粘物連接起來的技術(shù)。與鉚接、螺紋和焊接等連接方式相比，粘接具有占用空間小、整體質(zhì)量輕和應(yīng)力分布均勻等特點。相比于材料本體，粘接結(jié)構(gòu)更容易在膠粘劑與被粘物的接觸界面發(fā)生失效，失效的原因往往是加工或服役過程中界面處的粘接力發(fā)生了弱化（本文稱之為界面弱化）。

本文將從界面化學(xué)組成、潤濕程度、界面污染、界面形貌、溫度和中間相厚度這6種關(guān)鍵因素出發(fā)，結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗，總結(jié)界面弱化的微觀原因，進(jìn)而對膠粘劑的界面弱化機理進(jìn)行梳理。

界面化學(xué)組成
膠粘劑或被粘物的主體材質(zhì)發(fā)生了改變（比如供應(yīng)商更改了配方或者原材料的批次穩(wěn)定性不達(dá)標(biāo)）、被粘物表面處理工藝不達(dá)標(biāo)以及膠粘劑或被粘物發(fā)生氧化、銹蝕、老化降解等化學(xué)反應(yīng)等，都會導(dǎo)致界面化學(xué)組成發(fā)生改變。而膠粘劑和被粘物的界面化學(xué)組成會影響吸附作用力大小、界面處材料本體強度和分子運動能力，當(dāng)界面化學(xué)組成發(fā)生改變時，可能導(dǎo)致吸附作用力、互鎖作用力和擴散作用力下降。

潤濕程度
被粘物與液態(tài)膠粘劑的表面能不匹配、被粘物表面過于粗糙、膠粘劑的流動性能太差以及潤濕過程中溫度、壓強和時間設(shè)置不合理等，都有可能導(dǎo)致未固化的膠粘劑不能充分浸潤被粘物表面。而浸潤程度不足會在界面處殘留空氣等小分子，導(dǎo)致吸附作用力下降，此外還會使膠粘劑與被粘物無法形成有效的互鎖結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致互鎖作用力下降。

界面污染
被粘物表面清洗工藝不達(dá)標(biāo)、被粘物表面在粘接過程中被外界環(huán)境污染、膠粘劑固化不完全（未固化的小分子成為界面污染物）等，都會導(dǎo)致界面污染。此外，膠粘劑、被粘物中的某些成分或者服役環(huán)境中的污染物擴散轉(zhuǎn)移至粘接界面，也會導(dǎo)致界面污染。而界面污染會使膠粘劑和被粘物分子間距增大，導(dǎo)致吸附作用力下降。界面污染還會導(dǎo)致被粘物表面能下降，可能導(dǎo)致浸潤不充分，進(jìn)而導(dǎo)致吸附作用力和互鎖作用力下降。

界面形貌
界面形貌通常由被粘物的表面形貌決定，與被粘物的表面處理工藝相關(guān)。被粘物表面過于粗糙，會使未固化的膠粘劑不能充分浸潤被粘物表面，進(jìn)而導(dǎo)致吸附作用力和互鎖作用力下降；但是被粘物表面過于光滑，會導(dǎo)致無法形成有效的互鎖結(jié)構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致互鎖作用力下降。

溫度和中間相厚度
在粘接設(shè)計時，需要充分考慮溫度對粘接強度的影響，溫度過高不僅會使分子間距離增加，導(dǎo)致吸附作用力下降，還會使界面處材料的強度下降，進(jìn)而導(dǎo)致互鎖作用力和擴散作用力下降。中間相的厚度與擴散過程相關(guān)，雖然工程實踐中極少遇到具體案例，但是理論上解擴散過程需要的能量與中間相的厚度有關(guān)，厚度不足會導(dǎo)致擴散作用力下降。

吸附理論描述的吸附作用力、互鎖理論描述的互鎖作用力和擴散理論描述的擴散作用力對膠粘劑的粘接具有重要貢獻(xiàn)，而界面化學(xué)組成、浸潤程度、界面污染、界面形貌、溫度以及中間相厚度是影響上述3種微觀作用力的關(guān)鍵因素。每個關(guān)鍵因素的改變都有可能導(dǎo)致界面處微觀作用力下降，進(jìn)而導(dǎo)致膠粘劑的粘接界面發(fā)生弱化。