高分子胶粘剂与金属粘接的界相理论及其研究进展

    关键词:粘接，界相，理论，进展，粘接接头

    概述：在胶粘剂基体和被粘材料之间存在着一个三维转变相区，这一相区被称为界相。在粘接接头中应力通过界相从一侧被粘接体传递到另一例被粘接体，而且界相最易受环境影响而导致粘接失效，因此界相对粘接接头的性能，如强度、刚度、耐候性等起着非常重要的作用。对界相性能、尺寸大小及形成过程机理的认识有助于控制粘接接头的整体性能。本文介绍了高分子胶粘剂与金属粘接界相形成的相关机理及研究进展。

    内容:粘接是将不同材料结合在一起形成组件的一种方法，而良好粘接结构的形成取决于胶粘剂与被粘接材料之间是否能形成有效的粘接和粘接接头的耐久性。近几十年来，随着对粘接基本机理的深入研究而形成了多种被粘接材料的表面处理技术，这些表面处理技术促进了粘接科学技术的发展。

    粘接的扩散理论指出，在胶粘剂基体和被粘材料之间存在着一个三维转变相区，这一相区被称为界相(inter-phase)[1，2]，1972年Sharpe[1]在描述粘接接头中胶粘剂和被粘接体之间以及复合材料中增强纤维与树脂基体之间呈现出的材料性能有别于相邻基体材料的特殊区域时，提出了界相这一概念。在美国华盛顿召开的美国国家研究论坛上，对界相作了更确切的描述，界相被描述为“从被粘接材料中材料性质发生变化的一点起，通过界面(interface)，到胶粘剂中材料性质达到稳定的一点所经过的区域”[3]。其他的研究工作也指出界相的机械性质与相邻的基体材料存在着明显的不同[4～10]。

    界相的性质明显不同于相应的基体材料，从热力学观点上讲界相并不是一个真实的相。热力学认为一个相指的是具有特定化学组成和微观结构、物理上可区分并可用机械方法分离的实体，但是在界相与相邻的基体相之间并没有一个明显的界限。界相实际上是材料中的一个非均匀区域，在这个区域存在着性能的梯度变化。

    2高分子胶粘剂与金属接头的界相理论

    2．1胶粘剂组分的选择性吸附

    粘接吸附理论提出物理吸附存在于所有胶接接头中，但是对于粘接体系中不同的组分，金属对其吸附的速率可能是不同的，这一差异导致了界相中组成的变化。

    Fondeur和Koenig[11]使用显微傅立叶变换红外光谱仪，对双氰胺固化的环氧树脂粘接金属铝的粘接接头进行了研究。对比了铝表面经机械处理和阳极化处理2种情况下胶粘剂层中树脂和固化剂的组分变化，发现在靠近界面处，未经化学处理的铝表面富集大量的固化剂及其盐，在阳极化处理的铝表面固化剂要少于其基体含量，而含有大量未交联的环氧树脂分子。该研究结果表明，金属表面性质和结构的不同会导致对胶粘剂体系中不同组分的选择性吸附，而由之产生的靠近界面处组分的不均匀性改变了胶粘剂的当量配比，从而在胶粘剂与被粘金属间形成了界相区。

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