基材表面處理對(duì)粘接強(qiáng)度的影響

1、基材表面處理對(duì)粘接強(qiáng)度的影響摘要： 通過(guò)粘接原理分析及基材粘接實(shí)驗(yàn)，討論在施工應(yīng)用時(shí)，使用不同的基材表面處理方法、不同的表面處理劑組合對(duì)于增強(qiáng)聚氨酯膠與基材的粘接能力的不同效果。關(guān)鍵詞：濕潤(rùn)理論 聚氨酯表面處理劑 施工應(yīng)用 粘接效果 前言： 隨著汽車(chē)生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，以及汽車(chē)舒適化、美觀化、輕量化的需要，彈性連接這一先進(jìn)理念在汽車(chē)生產(chǎn)中越來(lái)越受到重視，彈性連接首要問(wèn)題是保證粘接強(qiáng)度，粘接的可靠性，對(duì)于大型玻璃的粘接通常對(duì)其表面進(jìn)行處理?；牡谋砻嫣幚硪话阌形锢硖幚?、化學(xué)處理。聚氨酯表面處理劑作為一種基材表面化學(xué)處理的處理劑，被廣泛用于汽車(chē)玻璃、汽車(chē)鈑金及其他結(jié)構(gòu)性粘接基材表面的清理、活化。同樣聚

2、氨酯表面處理劑作為聚氨酯粘接/密封膠的重要配套產(chǎn)品，對(duì)于提高聚氨酯粘接/密封膠的粘接性能，提高聚氨酯粘接/密封膠的耐UV老化性能及擴(kuò)大提高聚氨酯粘接/密封膠的使用范圍等方面有重要作用。施工過(guò)程中由于被粘接的基材不同，使用的聚氨酯表面處理劑不同及處理方法的不同，造成實(shí)際施工中出現(xiàn)了一些粘接不牢的問(wèn)題。 下面主要討論在施工應(yīng)用時(shí)，使用不同的基材表面處理方法、不同的表面處理劑組合對(duì)增強(qiáng)聚氨酯膠與基材的粘接能力的不同效果。一、 基材表面 聚氨酯粘接/密封膠對(duì)基材表面進(jìn)行濕潤(rùn)、粘接的過(guò)程不僅涉及表面和界面的化學(xué)和物理，而且還涉及基材表面的不同狀態(tài)所呈現(xiàn)的不同濕潤(rùn)過(guò)程和作用機(jī)理、粘接接頭的變形形式和斷裂力

3、學(xué)。（1） 不相溶且基材表面平整光滑 當(dāng)聚氨酯粘接/密封膠與不相溶且具有分子級(jí)光滑度的基材表面通過(guò)濕潤(rùn)過(guò)程緊密接觸時(shí)，與基材表面分子之間通過(guò)分子引力形成黏附力。這些分子引力主要包括強(qiáng)的主價(jià)鍵力（共價(jià)鍵、離子鍵、金屬鍵）和次價(jià)鍵力（范德華力、氫鍵）。如果當(dāng)聚氨酯粘接/密封膠分子與基材表面的基團(tuán)形成共價(jià)鍵、離子鍵時(shí)無(wú)疑對(duì)提高粘接強(qiáng)度和耐久性極其有利。如纖維素分子鏈上的羥基與聚氨酯粘接/密封膠分子中的異氰酸基反應(yīng)形成共價(jià)鍵。ROH +纖維素O=C=N纖維素 O C NH RO聚氨酯粘接/密封膠與金屬表面的氫氧化物反應(yīng)形成離子鍵。 O O + -R C OH + HO Me MeO C R + H2O

4、（2）不相溶、基材表面復(fù)雜粗糙 互不相溶意味著聚氨酯粘接/密封膠與基材的作用僅限于表面，基材表面粗糙度增加相當(dāng)于增加其表面積。聚氨酯粘接/密封膠在粗糙表面接觸角的情況與在分子級(jí)光滑表面的情況是不相同的。設(shè)定R為粗糙系數(shù)，為聚氨酯粘接/密封膠在光滑表面的接觸角，為聚氨酯粘接/密封膠在粗糙表面的接觸角。 根據(jù)Young 公式得出聚氨酯粘接/密封膠與光滑表面接觸、與粗糙表面接觸時(shí)表面張力、界面張力、接觸角之間的關(guān)系分別如下：sv=sl+lvcos （1） R（sv -sl ）=lvcos （2）將（1）（2）相比得到 R= cos/ cos可以看出：90°，即濕潤(rùn)性好的情況下， ，聚氨酯粘

5、接/密封膠在粗糙表面的濕潤(rùn)性比在光滑表面的濕潤(rùn)性好。=90°，= ，聚氨酯粘接/密封膠在粗糙表面的濕潤(rùn)性與在光滑表面的濕潤(rùn)性相當(dāng)。90°，即濕潤(rùn)性不好的情況下， ，聚氨酯粘接/密封膠在粗糙表面的濕潤(rùn)性比在光滑表面的濕潤(rùn)性差。 因此，對(duì)基材表面的粗糙化處理，要根據(jù)聚氨酯粘接/密封膠對(duì)基材表面的濕潤(rùn)情況而定。若濕潤(rùn)情況好，對(duì)其基材表面粗糙化處理，有利提高粘接強(qiáng)度，提高粘接可靠性，否則會(huì)得到相反結(jié)果。（3） 部分相溶或完全相溶基材 當(dāng)兩種具有強(qiáng)親合性且具有部分相溶或完全相溶的高分子材料接觸時(shí)，由于分子或鏈段的熱運(yùn)動(dòng)，這兩種高分子材料的分子或鏈段將會(huì)越過(guò)粘接界面相互擴(kuò)散，使黏附界面

6、消失，形成過(guò)渡界面相區(qū)。此時(shí)的粘接強(qiáng)度取決于形成的過(guò)渡界面相本身的強(qiáng)度指標(biāo)。二 粘接實(shí)驗(yàn) （1） 粘接原理 粘接基本原理表明，為了獲得良好的粘接效果，聚氨酯粘接/密封膠對(duì)基材表面的濕潤(rùn)十分重要，是創(chuàng)造良好粘接的必要條件。粘接原理一般認(rèn)為有：機(jī)械理論、吸附理論、擴(kuò)散理論、靜電理論、弱界面理論實(shí)驗(yàn)中基材的表面處理主要根據(jù)機(jī)械理論原理與弱界面理論原理。1） 機(jī)械理論認(rèn)為，膠粘劑必須滲入被粘物表面的空隙內(nèi)，并排除其界面上吸附的空氣，才能產(chǎn)生粘接作用。在粘接如泡 沫塑料的多孔被粘物時(shí)，機(jī)械嵌定是重要因素。聚氨酯粘接/密封膠粘接表面打磨的致密材料效果要比表面光滑的致密材料好，這是因?yàn)椋阂仔纬蓹C(jī)械鑲嵌；形成

7、清潔表面；生成反應(yīng)性表面；表面積增加。2） 弱邊界層理論認(rèn)為，當(dāng)粘接破壞被認(rèn)為是界面破壞時(shí)，實(shí)際上往往是內(nèi)聚破壞或弱邊界層破壞。弱邊界層來(lái)自膠粘劑、被粘物、環(huán)境，或三者之間任意組合。如果雜質(zhì)集中在粘接界面附近，并與被粘物結(jié)合不牢，在膠粘劑和被粘物內(nèi)部都可出現(xiàn)弱邊界層。當(dāng)發(fā)生破壞時(shí)，盡管多數(shù)發(fā)生在膠粘劑和被粘物界面，但實(shí)際上是弱邊界層的破壞?；谋砻嫱ǔ：袕?qiáng)度低的含氧雜質(zhì)或低分子物，使其界面存在弱邊界層，所承受的破壞應(yīng)力很少。如果采用物理、化學(xué)表面處理方法除去低分子物或含氧雜質(zhì)，則粘接強(qiáng)度獲得很大的提高，大量事實(shí)已證明，界面上確存在弱邊界層，致使粘接強(qiáng)度降低。（2）表面處理劑的應(yīng)用1）聚氨酯表

8、面處理劑的性能現(xiàn)在所使用的聚氨酯表面處理劑主要有以下兩種：清洗劑（activator）：PU清洗劑、無(wú)色透明液體，用于被粘接基材表面的清潔并對(duì)基材表面有活化性能，增強(qiáng)密封膠與基材的粘接強(qiáng)度。底涂劑（ primer ）：PU玻璃底涂、黑色液體，用于提高PU密封膠與玻璃或陶瓷玻璃表面的粘接強(qiáng)度和抗老化性能。聚氨酯底涂劑施工時(shí)涂敷在基材表面，固化后在聚氨酯膠與基材之間形成一種有一定強(qiáng)度的漆膜，作為聚氨酯膠與基材之間的過(guò)度層。聚氨酯底涂劑的分子結(jié)構(gòu)決定它一端與基材表面原子、分子形成化學(xué)鍵，另一端與聚氨酯膠形成化學(xué)鍵，有效增強(qiáng)聚氨酯玻璃膠與基材之間的粘接力。3） 基材的表面處理 由于被粘接基材表面存在油

9、脂、灰塵等弱界面層不利于粘接強(qiáng)度的提高；同時(shí)對(duì)于聚氨酯粘接/密封膠來(lái)說(shuō)，金屬、玻璃表面的油脂、灰塵對(duì)底涂劑（primer）的相溶性較差，因此粘接前要對(duì)被粘接基材表面一般用清洗劑（activator）進(jìn)行處理，以便形成具有良好濕潤(rùn)性的基材表面。聚氨酯表面處理劑的施工方法：用前充分搖勻，用干凈的毛刷或紗布蘸取少量該產(chǎn)品，均勻擦拭清潔過(guò)的施工表面，晾干后進(jìn)行下一步施工操作。施工注意事項(xiàng)：搖勻 、有序、均勻、薄層、干燥（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)采用不同的基材、不同的表面處理方式進(jìn)行粘接性定性實(shí)驗(yàn)，聚氨酯粘接/密封膠固化后養(yǎng)護(hù)一周實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：QX-1000DT-ADT-SDT-NQX-1000DT-AQX-1

10、000DT-SQX-1000DT-N粗糙化處理玻璃×瓷釉玻璃鋁板×××××鍍鋅板×××鋼板鐵板× 注： 表示粘接性能良好（推薦使用） × 表示粘接性能較差（存在較大粘接風(fēng)險(xiǎn)） 表示有粘接能力 （一般不推薦使用）從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，采用物理、化學(xué)方法增加基材表面的活性來(lái)獲得粘接強(qiáng)度的提高，必須考慮以下問(wèn)題：1） 粘接強(qiáng)度的提高不是單一方面的因素，是基材、聚氨酯表面處理劑、聚氨酯粘接/密封膠三者之間的匹配問(wèn)題。2） 不同類(lèi)型的聚氨酯表面處理劑在增強(qiáng)粘接力方面并不存在絕對(duì)意義上的優(yōu)劣，主要是怎樣去調(diào)配最佳組合。3） 不同類(lèi)型的聚氨酯表面處理劑存在一定的差異性，主要是無(wú)色透明的清洗劑（activator）與黑色的底涂劑（primer）對(duì)防止UV老化方面的差異。在要求必須具有防止UV老化時(shí)，一般要選用一種黑色的底涂劑（primer）。4） 為了避免粘接強(qiáng)度方面潛在的風(fēng)險(xiǎn)，在首次使用聚氨酯粘