仔细看下面这张图,它是将胶水的固化机理汇总在了一起,主要内容包括胶水粘接的两个步骤,胶水粘接的两种作用力、两种常见的破坏形式以及相关的影响因素。该图从左向右为胶水的粘接机理,从右往左为胶水失效的分析思路。下面我们来一一解析。
①两个步骤——即胶水粘接分为浸润和固化两步。
第一步:浸润就是胶水与被粘物表面充分的接触与渗透,保证胶水能够完全覆盖被粘物表面。影响浸润的因素有:
l 被粘物表面能:这是影响粘接的关键因素,表面能越高,被粘物越容易粘接,如果被粘物表面能过低(一般小于32达因),胶水会在被粘物表面聚集成团,无法完全铺展开裂,胶水就不能将被粘物完全润湿。为了提高低表面能物质的粘接强度,一般会采用等离子处理或者使用底涂剂。
l 被粘物的表面清洁度:如果表面清洁度较低,表面存在大量的油污、异物杂质,会将胶水与被粘物阻隔起来无法接触。
l 保压压力:点完胶水后一般都会施加保压,在保压压力的作用下,胶水会被挤到被粘物表面的凹坑或缝隙中,实现充分接触。
l 环境温度:环境温度越高,胶水粘度就会越低,更容易流动,这样就能更好的渗透到表面的凹坑或缝隙中。
l 表面粗糙度:被粘物表面略微粗糙,这样胶水的粘接面积就会增大,而且更容易形成机械啮合的机会,但是并不是粗糙度越高粘接强度越大,而且粗糙度在一定范围内,粘接强度最优。
第二步:胶水在与被粘物表面浸润之后,胶水就开始固化,不同的固化形式有不同的影响因素:
l 吸湿固化:比如硅胶、瞬干胶、聚氨酯热熔胶等,空气湿度、环境温度以及固化时间会影响胶水的固化程度。
l 加热固化:如单组份环氧胶,加热温度和加热时间是影响固化程度的主要指标。
l UV固化:UV光波长、UV光能量、环境温度、光照时间都会影响UV胶的固化反应。
l 加固化剂:常见的双组分结构胶,固化剂的添加比例、环境温度和固化时间是重要的工艺参数。
② 两种作用力——胶水固化后,胶水内部形成内聚力,而胶水与被粘物表面形成界面力。
内聚力是胶水本体强度和固化程度所决定的,胶水本体强度越高、固化程度越高,所形成的内聚力越大,例如环氧树脂的内聚力就高于硅胶,100%固化后胶水的内聚力也要高于未完全固化的胶水。
胶水与被粘物表面形成的界面力有以下几种:
l 胶水渗透到表面凹坑或缝隙形成机械啮合力,其大小受表面粗糙度、保压压力和环境温度的影响
l 带异种电荷所形成的静电吸引力
l 胶水与被粘物发生化学反应形成的化学键或共价键,金属、陶瓷、玻璃的粘接大都靠这一机理
l 相互扩散形成的分子间作用力即范德华力,塑胶的粘接基本靠这中作用力
以上几种界面力的大小都会受被粘物表面能和表面清洁度的影响。
③ 两种破坏形式——内聚破坏和界面破坏(除此之外还有基材破坏和混合破坏)
l 内聚破坏是从胶水本体破坏,也就是胶水的内聚力小于外力,外观表现看就是被粘物表面会有残胶,如图所示。这种失效模式的分析方向主要是胶水本体强度和固化程度。
l 界面破坏是从胶水与被粘物之间破坏,即为界面力小于外力,外观表面为胶水完全残留在被粘物的一侧,而另一侧没有残胶,如图所示。这种失效模式的分析方向主要是浸润不足。