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粘合静电理论说和扩散理论说

发布日期:2019-01-11 09:53:22     浏览次数:2073

        静电理论说

        静电理论将粘合两相系统看作是一个电容器,当粘合两相表面紧密接触时,就产生双电层,即两粘合表面相当于电容器的两个极片一样。当从被粘物表面剥离粘合剂时,就如同使电容器的两极板拉开,会形成两极板之间的电位差,其大小随极板间隙增大而增加,达到一定极值后便开始放电。此时粘附功可看作和电容器的能量相等,并按下式计算:

        

        当剥离速度较慢时,在很大程度上电荷能够从极板漏失,因此当两表面间距离很小时,原有电荷就能完全消失,剥离时只消耗少量功。
        在快速剥离时,由于电荷缺乏足够的放电时间,以致在气体中发生放电前能保持较高的初始电荷密度,要在较大的距离内克服异电荷之间的引カ,就得消耗较大的能量,因而粘附功较大。所以剥离强度随剥离速度增加而增大。
        静电理论的不足在于不能解释以下现象:
        ①静电现象仅在试样特别干燥,剥离速度不低于每数十厘米时才能表现出来。但不少聚合物之间彼此粘合时,甚至在粘附力较大的情况下,剥离时也并未看到任何放电现象。

        ②当粘合两相都是电介质即电绝缘材料时,很难设想二者之间会有大量电子转移,从而不可能形成在两精接面间建立起足够大的电动势。

        ③两种聚合材料性能愈相近,三者间粘合强度意高。但它们互相接触的电势差却越小。
        ④聚合物交联以后,粘接能力下降。但聚合物交联并不影响接触电势。
        扩散理论说
        有人认为,两相粘合表面之间仅仅是分子之间的互相充分接触是不够的,两种分子还必须在界画上相互向对方扩散才能形成牢固的粘接。这就是粘合中的扩散理论。
        互相扩散实质上就是在两相粘合界面中发生互溶。这样在两相粘合面之间的界面就会消失而变成一个过渡区城,这对于粘合结构的机械性能无疑是有利的。
        许多作者在研究粘合界面化学最佳条件时证明,粘接的最佳条件是粘合表面之间的界面张力极小,这种情况和热力学相溶性的要求是一致的。
        高聚物之间互溶或互扩散必须具备一定的条件,首先是热力学的可能性问题。从物理化学知道,任何一个过程的自动进行只有在体系的自由能降低的情况下オ有可能。在个过程中体系的自由能的变化可以用下面公式表示:
       
        式中△S为体系自由能的变化,△H是体系的热焓(混合热)的変化,△S是过程中体系的熵变,T是绝对温度。若△F≤0,则过程便可自动进行。
        对于两相物质分子互溶过程来说,体系的熵变和热焓的变化可以近似用以下公式来计算:

        
中x1、x2、Φ1、Φ2分别为两相聚合物的克分子分数和体积分数,分别为两相聚合物的内聚能密度,称为溶解度参数,V1、V2分别为两种聚合物的克分子体积,Φ为两相分子相互作用的常数。
        在两相分子互相溶解过程中体系的熵值是增大的,即△S>0,若△H<0或者△H≤T△S均可满足△F≤0,由于聚合物的克分子体积很大,所以只有在基本相等的情况下オ有可能满足整个分子互相扩散的热力学条件。在绝大多数情况下不同种类的聚合物分子是不能互溶的。
        但是由于聚合物分子的链段可以自由运动,所以在界面中链段互相扩散的热力学条件与低分子物质有些类似,比较容易满足,从而使有些不能互溶的聚合物之间仍可在界面上相互扩散。
        此外,聚合物分子之间链段的相互扩散只有在玻璃化温度以上的温度条件下才具有显著的速度,整个大分子的运动和扩散又必须在更高的温度下才能进行。
        扩散理论能够解释粘合剂、被粘体及界面组成对粘接强度的影响,也能解释粘接温度和时间对粘合强度的影响等。但不能解释为什么用三度空间结构聚合物来粘合金属及其同类物质对,仍可获得很高的粘接强度这一事实。因而扩散理论也有它的局限性。

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