粘接材料-new..docVIP

第七章．粘接材料的应用方法 第一节．粘接基础 一．断裂与修复 1．断裂：许多材料都会因为各种原因而断裂，特别是脆性的物体。破碎的文物由于各种原因，完整的比例不大。 打碎的物体，每片内部仍有内聚力，所以它们仍保持完整，但是把碎片对在一起，仍然不能使它恢复完整，因为内聚力的作用范围小于缝隙的宽度(*图-各种力作用范围)。 另外，在显微镜下观察，可以发现断面很不规则，即使是玻璃的断面，仍很不规则（*图）。因此这种断面很难再重新接合到原来的位置。接触面之间会有空气的存在，对粘接也有不利影响。 一旦断裂发生，新的断裂表面会被环境因素污染，那些断面处的原子的内聚力被污染物饱和，因此阻止重新恢复原来的分子间作用。 2．断裂的修复：因为断裂的表面不能自行接合，因此，需要采用其它的方法使断面接合起来，对文物进行的断裂的接合，目的是使能够研究和展览。 通常情况下对断裂的修复方法有各种方法，如机械的方法，焊接的方法和粘接的方法。 机械的方法：缝合、螺丝、铆钉、暗钉等，机械方法改变物体外形。 焊接的方法：焊接包括锡焊、铜焊等，焊接包括对金属的焊接，另外还有对塑料的焊接，这种方法改变被焊物体接合面的性质。 粘接的方法：通过胶粘剂的粘接力使固体表面连接的方法叫粘接或胶接。 凡是把同种的或不同种的固体材料表面连接在一起的媒介物质统称胶粘剂。 粘接是各种接合技术中最复杂的一种。 粘接的应用范围较广，应用条件选择范围宽。 粘接通过条件选择可不改变文物的现状与性质，因此更适宜于文物的修复。 二．粘接力的产生 1．化学键力 （1）共价键 （2）离子键 （3）金属键 2．分子间作用力 分子间作用力又称次键力，它包括范德华力和氢键力。范德华力又包括色散力、诱导力和取向力。 （1）取向力：极性分子和极性分子靠近时，二者的固有偶极因为取向而产生分子间的作用力，称为取向力。 （2）诱导力：极性分子和非极性分子靠近时，非极性分子被极性分子固有偶极所极化，产生诱导偶极，这种极性分子和非极性分子间的作用力称为诱导力。 （3）色散力：非极性分子之间瞬间偶极处在异极相邻时产生的作用力。 （4）氢键力：带有负电荷的原子Y与电偶极很大的极性键X-H间的静电吸引作用。它的作用能量比化学键小得多，比范德华力大，但属于同一个数量级。 3．界面静电吸引力 当具有电子供给体和电子接受体的两种物质接触时，都可以产生界面静电引力。 在金属胶粘体系中，由于金属对电子的亲合力低，容易失去电子，而聚合物对电子亲和力高，容易得到电子，因此电子可从金属转向非金属，在界面产生接触电势，并形成双电层产生静电引力。 4．机械作用力 当充满被粘表面的缝隙及凹凸处的液态胶粘剂固化后，界面便产生啮合力，从而提高了胶粘强度。 三．粘接理论 目前还没有建立一个完整的粘接理论，现有的对粘接机理解释的理论有几种。 1．吸附理论 2．化学键理论 3．扩散理论 4．静电理论 5．机械理论 四．粘接现象的理论解释 为什么两个界面接触后能发生胶粘？哪些界面能在接触后产生胶粘？这与物质界面的本性有关，应该从被粘接两界面间结构的相互作用来认识。 以高聚物为基材（*）的胶粘剂，其胶粘能力则由高聚物表面结构和被粘体表面结构的相互作用决定，从高聚物结构出发，可以分为大分子聚集体作用和化学反应两个方面。 大分子聚集体的作用 网状结构由线形聚合物经过交联而形成。线形聚合物是由链节（*）经过化学键联结成的大分子聚集体。链节含有各种各样的官能基团，不同的链节其内聚能不同，其中-CH2-集团的内聚能最小，为0.68千卡/克分子（*），由链节重复组成的大分子其内聚能将是多个链节内聚能的总和，而相互作用将比单个链节的作用强很多倍（*）。 当链节含有较大内聚能的基团如和等时，由于能形成氢键，大分子之间的相互作用更大。 聚合物的分子量越大，链节重复的平均数越多，大分子之间的相互作用越大。 当聚合物与被粘界面接触后，两界面基团间表面能（*）之差越大，两个界面间产生的相互作用越小，胶粘强度越低。但是，如果两个界面基团之间相互作用，生成离子键、络合键，有时能达到很大的键合能。 基团间的距离，对它们的相互作用有很大影响，一般与相互间距离的3次方成反比。 化学反应 胶粘剂与被粘界面之间若能生成化学键，则能较大地增加两界面的相互作用。 纤维素含有羟基，可以与环氧树脂或异氰酸酯等相互作用，进行如下反应： 虽然碳氢化合物有可能与金属直接进行化学反应（*），如在无氧时羧基聚合物因自由电子作用可与金属反应，但是大多数条件下，聚合物胶粘剂都是与金属表面的氧化膜相互作用，在金属-聚合物界面形成离子键，如金属与含羧基或羟基基团的聚合物接触时，常常生成这类键： （离子-偶极键） 金属表面的氢氧化膜与环氧树脂进行如下反应： 聚酰胺—金属体系中还可以形成配价键：