基材表面处理对粘接强度的影响

1、基材表面处理对粘接强度的影响摘要： 通过粘接原理分析及基材粘接实验，讨论在施工应用时，使用不同的基材表面处理方法、不同的表面处理剂组合对于增强聚氨酯胶与基材的粘接能力的不同效果。关键词：湿润理论 聚氨酯表面处理剂 施工应用 粘接效果 前言： 随着汽车生产工艺的进步，以及汽车舒适化、美观化、轻量化的需要，弹性连接这一先进理念在汽车生产中越来越受到重视，弹性连接首要问题是保证粘接强度，粘接的可靠性，对于大型玻璃的粘接通常对其表面进行处理。基材的表面处理一般有物理处理、化学处理。聚氨酯表面处理剂作为一种基材表面化学处理的处理剂，被广泛用于汽车玻璃、汽车钣金及其他结构性粘接基材表面的清理、活化。同样聚

2、氨酯表面处理剂作为聚氨酯粘接/密封胶的重要配套产品，对于提高聚氨酯粘接/密封胶的粘接性能，提高聚氨酯粘接/密封胶的耐UV老化性能及扩大提高聚氨酯粘接/密封胶的使用范围等方面有重要作用。施工过程中由于被粘接的基材不同，使用的聚氨酯表面处理剂不同及处理方法的不同，造成实际施工中出现了一些粘接不牢的问题。 下面主要讨论在施工应用时，使用不同的基材表面处理方法、不同的表面处理剂组合对增强聚氨酯胶与基材的粘接能力的不同效果。一、 基材表面 聚氨酯粘接/密封胶对基材表面进行湿润、粘接的过程不仅涉及表面和界面的化学和物理，而且还涉及基材表面的不同状态所呈现的不同湿润过程和作用机理、粘接接头的变形形式和断裂力

3、学。（1） 不相溶且基材表面平整光滑 当聚氨酯粘接/密封胶与不相溶且具有分子级光滑度的基材表面通过湿润过程紧密接触时，与基材表面分子之间通过分子引力形成黏附力。这些分子引力主要包括强的主价键力（共价键、离子键、金属键）和次价键力（范德华力、氢键）。如果当聚氨酯粘接/密封胶分子与基材表面的基团形成共价键、离子键时无疑对提高粘接强度和耐久性极其有利。如纤维素分子链上的羟基与聚氨酯粘接/密封胶分子中的异氰酸基反应形成共价键。ROH +纤维素O=C=N纤维素 O C NH RO聚氨酯粘接/密封胶与金属表面的氢氧化物反应形成离子键。 O O + -R C OH + HO Me MeO C R + H2O

4、（2）不相溶、基材表面复杂粗糙 互不相溶意味着聚氨酯粘接/密封胶与基材的作用仅限于表面，基材表面粗糙度增加相当于增加其表面积。聚氨酯粘接/密封胶在粗糙表面接触角的情况与在分子级光滑表面的情况是不相同的。设定R为粗糙系数，为聚氨酯粘接/密封胶在光滑表面的接触角，为聚氨酯粘接/密封胶在粗糙表面的接触角。 根据Young 公式得出聚氨酯粘接/密封胶与光滑表面接触、与粗糙表面接触时表面张力、界面张力、接触角之间的关系分别如下：sv=sl+lvcos （1） R（sv -sl ）=lvcos （2）将（1）（2）相比得到 R= cos/ cos可以看出：90°，即湿润性好的情况下， ，聚氨酯粘

5、接/密封胶在粗糙表面的湿润性比在光滑表面的湿润性好。=90°，= ，聚氨酯粘接/密封胶在粗糙表面的湿润性与在光滑表面的湿润性相当。90°，即湿润性不好的情况下， ，聚氨酯粘接/密封胶在粗糙表面的湿润性比在光滑表面的湿润性差。 因此，对基材表面的粗糙化处理，要根据聚氨酯粘接/密封胶对基材表面的湿润情况而定。若湿润情况好，对其基材表面粗糙化处理，有利提高粘接强度，提高粘接可靠性，否则会得到相反结果。（3） 部分相溶或完全相溶基材 当两种具有强亲合性且具有部分相溶或完全相溶的高分子材料接触时，由于分子或链段的热运动，这两种高分子材料的分子或链段将会越过粘接界面相互扩散，使黏附界面

6、消失，形成过渡界面相区。此时的粘接强度取决于形成的过渡界面相本身的强度指标。二 粘接实验 （1） 粘接原理 粘接基本原理表明，为了获得良好的粘接效果，聚氨酯粘接/密封胶对基材表面的湿润十分重要，是创造良好粘接的必要条件。粘接原理一般认为有：机械理论、吸附理论、扩散理论、静电理论、弱界面理论实验中基材的表面处理主要根据机械理论原理与弱界面理论原理。1） 机械理论认为，胶粘剂必须渗入被粘物表面的空隙内，并排除其界面上吸附的空气，才能产生粘接作用。在粘接如泡 沫塑料的多孔被粘物时，机械嵌定是重要因素。聚氨酯粘接/密封胶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，这是因为：易形成机械镶嵌；形成

7、清洁表面；生成反应性表面；表面积增加。2） 弱边界层理论认为，当粘接破坏被认为是界面破坏时，实际上往往是内聚破坏或弱边界层破坏。弱边界层来自胶粘剂、被粘物、环境，或三者之间任意组合。如果杂质集中在粘接界面附近，并与被粘物结合不牢，在胶粘剂和被粘物内部都可出现弱边界层。当发生破坏时，尽管多数发生在胶粘剂和被粘物界面，但实际上是弱边界层的破坏。基材表面通常含有强度低的含氧杂质或低分子物，使其界面存在弱边界层，所承受的破坏应力很少。如果采用物理、化学表面处理方法除去低分子物或含氧杂质，则粘接强度获得很大的提高，大量事实已证明，界面上确存在弱边界层，致使粘接强度降低。（2）表面处理剂的应用1）聚氨酯表

8、面处理剂的性能现在所使用的聚氨酯表面处理剂主要有以下两种：清洗剂（activator）：PU清洗剂、无色透明液体，用于被粘接基材表面的清洁并对基材表面有活化性能，增强密封胶与基材的粘接强度。底涂剂（ primer ）：PU玻璃底涂、黑色液体，用于提高PU密封胶与玻璃或陶瓷玻璃表面的粘接强度和抗老化性能。聚氨酯底涂剂施工时涂敷在基材表面，固化后在聚氨酯胶与基材之间形成一种有一定强度的漆膜，作为聚氨酯胶与基材之间的过度层。聚氨酯底涂剂的分子结构决定它一端与基材表面原子、分子形成化学键，另一端与聚氨酯胶形成化学键，有效增强聚氨酯玻璃胶与基材之间的粘接力。3） 基材的表面处理 由于被粘接基材表面存在油

9、脂、灰尘等弱界面层不利于粘接强度的提高；同时对于聚氨酯粘接/密封胶来说，金属、玻璃表面的油脂、灰尘对底涂剂（primer）的相溶性较差，因此粘接前要对被粘接基材表面一般用清洗剂（activator）进行处理，以便形成具有良好湿润性的基材表面。聚氨酯表面处理剂的施工方法：用前充分摇匀，用干净的毛刷或纱布蘸取少量该产品，均匀擦拭清洁过的施工表面，晾干后进行下一步施工操作。施工注意事项：摇匀 、有序、均匀、薄层、干燥（3）实验结论实验采用不同的基材、不同的表面处理方式进行粘接性定性实验，聚氨酯粘接/密封胶固化后养护一周实验结果如下：QX-1000DT-ADT-SDT-NQX-1000DT-AQX-1

10、000DT-SQX-1000DT-N粗糙化处理玻璃×瓷釉玻璃铝板×××××镀锌板×××钢板铁板× 注： 表示粘接性能良好（推荐使用） × 表示粘接性能较差（存在较大粘接风险） 表示有粘接能力 （一般不推荐使用）从以上实验结果分析，采用物理、化学方法增加基材表面的活性来获得粘接强度的提高，必须考虑以下问题：1） 粘接强度的提高不是单一方面的因素，是基材、聚氨酯表面处理剂、聚氨酯粘接/密封胶三者之间的匹配问题。2） 不同类型的聚氨酯表面处理剂在增强粘接力方面并不存在绝对意义上的优劣，主要是怎样去调配最佳组合。3） 不同类型的聚氨酯表面处理剂存在一定的差异性，主要是无色透明的清洗剂（activator）与黑色的底涂剂（primer）对防止UV老化方面的差异。在要求必须具有防止UV老化时，一般要选用一种黑色的底涂剂（primer）。4） 为了避免粘接强度方面潜在的风险，在首次使用聚氨酯粘