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影响粘接效果的界面因素

粘接是一种通过胶粘剂在界面处的微观作用力将两种或两种以上被粘物连接起来的技术。与铆接、螺纹和焊接等连接方式相比，粘接具有占用空间小、整体质量轻和应力分布均匀等特点。相比于材料本体，粘接结构更容易在胶粘剂与被粘物的接触界面发生失效，失效的原因往往是加工或服役过程中界面处的粘接力发生了弱化（本文称之为界面弱化）。

本文将从界面化学组成、润湿程度、界面污染、界面形貌、温度和中间相厚度这6种关键因素出发，结合相关工程经验，总结界面弱化的微观原因，进而对胶粘剂的界面弱化机理进行梳理。

界面化学组成
胶粘剂或被粘物的主体材质发生了改变（比如供应商更改了配方或者原材料的批次稳定性不达标）、被粘物表面处理工艺不达标以及胶粘剂或被粘物发生氧化、锈蚀、老化降解等化学反应等，都会导致界面化学组成发生改变。而胶粘剂和被粘物的界面化学组成会影响吸附作用力大小、界面处材料本体强度和分子运动能力，当界面化学组成发生改变时，可能导致吸附作用力、互锁作用力和扩散作用力下降。

润湿程度
被粘物与液态胶粘剂的表面能不匹配、被粘物表面过于粗糙、胶粘剂的流动性能太差以及润湿过程中温度、压强和时间设置不合理等，都有可能导致未固化的胶粘剂不能充分浸润被粘物表面。而浸润程度不足会在界面处残留空气等小分子，导致吸附作用力下降，此外还会使胶粘剂与被粘物无法形成有效的互锁结构，导致互锁作用力下降。

界面污染
被粘物表面清洗工艺不达标、被粘物表面在粘接过程中被外界环境污染、胶粘剂固化不完全（未固化的小分子成为界面污染物）等，都会导致界面污染。此外，胶粘剂、被粘物中的某些成分或者服役环境中的污染物扩散转移至粘接界面，也会导致界面污染。而界面污染会使胶粘剂和被粘物分子间距增大，导致吸附作用力下降。界面污染还会导致被粘物表面能下降，可能导致浸润不充分，进而导致吸附作用力和互锁作用力下降。

界面形貌
界面形貌通常由被粘物的表面形貌决定，与被粘物的表面处理工艺相关。被粘物表面过于粗糙，会使未固化的胶粘剂不能充分浸润被粘物表面，进而导致吸附作用力和互锁作用力下降；但是被粘物表面过于光滑，会导致无法形成有效的互锁结构，进而导致互锁作用力下降。

温度和中间相厚度
在粘接设计时，需要充分考虑温度对粘接强度的影响，温度过高不仅会使分子间距离增加，导致吸附作用力下降，还会使界面处材料的强度下降，进而导致互锁作用力和扩散作用力下降。中间相的厚度与扩散过程相关，虽然工程实践中极少遇到具体案例，但是理论上解扩散过程需要的能量与中间相的厚度有关，厚度不足会导致扩散作用力下降。

吸附理论描述的吸附作用力、互锁理论描述的互锁作用力和扩散理论描述的扩散作用力对胶粘剂的粘接具有重要贡献，而界面化学组成、浸润程度、界面污染、界面形貌、温度以及中间相厚度是影响上述3种微观作用力的关键因素。每个关键因素的改变都有可能导致界面处微观作用力下降，进而导致胶粘剂的粘接界面发生弱化。