膠接材料的表面處理是整個膠接過程中最重要的工序之一,也是膠接成功與失敗的關(guān)鍵之一。由于膠接主要借助于膠粘劑對膠接材料表面的粘附作用,因此膠接材料的表面處理就可能成為決定膠接接頭的強(qiáng)度和耐久性的主要因素。但由于膠接材料在一系列加工、運(yùn)輸、貯存過程中,表面會存在不同程度的氧化物、銹跡、油污、吸附物及其它雜質(zhì)等,這就直接影響膠接強(qiáng)度。
膠接材料及其表面是多種多樣的。有金屬材料也有非金屬材料;有干凈的也有被污染的表面;
有光滑的也有粗糙的或多孔性的疏松表面;按照熱力學(xué)的觀點(diǎn),有高能表面與低能表面之分;從化學(xué)結(jié)構(gòu)上考慮,又有活性表面與惰性表面之分。
為了獲得膠接強(qiáng)度高、耐久性好的膠接接頭,要求制備的表面層與基體材料及膠粘劑必須結(jié)合牢固,并且這種結(jié)合不受或少受環(huán)境條件的影響。
表面處理的作用主要有以下三個方面:
(1)除去妨礙膠接的表面污物及疏松層;
(2)提高表面能;
(3)增加表面積。
表面處理的好壞將直接影響膠接材料的膠接強(qiáng)度。其主要影響因素是清潔度、粗糙度和表面化學(xué)結(jié)構(gòu)這三個方面,下面分別加以介紹。
一、清潔度
要獲得良好的膠接強(qiáng)度,必要的條件是膠粘劑完全浸潤膠接材料的表面。通常,純的金屬表面都具有高的表面自由能。而有機(jī)膠粘劑大都是具有低表面自由能的高分子化合物。根據(jù)熱力學(xué)原理,它們之間能夠很好地浸潤。但實(shí)際上得到的金屬都不是純的金屬表面,在它們的表面上經(jīng)常有一層銹垢或氧化物,以及在金屬的制造、切削、成型加工、熱處理等過程中吸附的有機(jī)或無機(jī)污染物。這些污染物所組成的污染層內(nèi)聚強(qiáng)度很低,它們的存在一般都要降低膠接強(qiáng)度。
要得到良好的膠接強(qiáng)度,膠接材料表面的接觸角應(yīng)當(dāng)很小甚至為零。例如對鋁而言,當(dāng)表面上的污物除去后,接觸角大大降低以至到零,可以認(rèn)為,此時鋁表面上所覆蓋的憎水性污染物已被具有較高表面自由能的吸附層取代了。因此,接觸角最小,膠接強(qiáng)度也最高。由此可知,用測定接觸角的方法來表示清潔度與膠接強(qiáng)度的關(guān)系,作為選擇表面處理的最佳條件是有重要參考價值的(見表1)。
表1 表面處理前后的接觸角和膠接強(qiáng)度
膠接材料 | 處理方法 | 接觸角(°) | 抗剪強(qiáng)度(MPa ) |
鋁 | 未 處 理 | 67 | 17.2 |
脫 脂 | 67 | 19.3 | |
化學(xué)處理 | 0 | 26.6 | |
不銹鋼 | 未 處 理 | 50-75 | 36.6 |
脫 脂 | 67 | 44.3 | |
化學(xué)處理 | 10 | 49.7 | |
鈦 | 未 處 理 | 50-75 | 9.5 |
脫 脂 | 61-71 | 22.4 | |
化學(xué)處理 | 10 | 43.2 |