胶合剂难以粘附的基材：理论、失败和解决方案

成功将涂层或粘合剂粘合到诸如乙烯基、铝、黄铜、不锈钢和热塑性烯烃等难处理的基材上可能充满挑战。与经验丰富的涂层和粘合剂制造商合作非常重要，他们了解成功粘合的关键要素以及如何排除粘合故障并提供解决方案。

附着力和内聚力

油漆、涂料和粘合剂行业中最重要的特性之一是附着力，即涂层和基材之间牢固可靠的粘合。适当的附着力可确保涂层、油漆或粘合剂即使在粘合到难以处理的基材或暴露于腐蚀性条件下时仍能粘附在表面上。附着力的性质与涂层和粘合剂的质量和耐久性直接相关。

油漆、涂料和粘合剂必须在固化完成后很长一段时间内牢固地粘附在基材上，并保持可靠的粘合力。涂层和基材之间的粘合强度取决于材料的两个特定属性，包括粘附力和内聚力。

• 附着力是指胶粘剂与基材之间的结合强度。
• 内聚力是指粘合剂颗粒之间的结合强度。

影响涂层与基材附着力的关键因素

固化在粘合中起着关键作用，压力和收缩等因素会影响成膜。影响涂层和粘合剂与基材粘合的其他关键因素包括：

• 涂料和粘合剂的成分
• 基材与涂层之间的界面
• 成膜时界面必须尽可能坚固

粘附理论

有几种理论可以解释粘附发生的机制：

• 吸附理论——这是表面和界面分子之间的吸引力
• 化学吸附理论——进一步扩展了吸附理论，其中粘附是由于界面上形成的化学键而发生的
• 扩散理论——指聚合物材料在界面处相互渗透的链之间的粘附
• 静电理论——指电子从一个表面转移到另一个表面，通过建立不同的电荷产生吸引力
• 机械联锁——当分子在基材表面的不规则处联锁时发生

没有一种理论能够全面或普遍地解释粘附力。有些理论适用于特定应用或基材，而其他理论则可能因情况而异。

涂层附着力失效

当涂层附着力强时，涂层可以保护表面，例如用于保护表面免受腐蚀。然而，长时间暴露在恶劣的外部环境中，如紫外线照射、湿度、水或盐水，会对涂层的附着力产生不利影响，并可能导致其他故障原因，包括：

• 外部暴露
• 选择错误的表面涂层
• 涂层与表面不相容
• 表面处理不充分

这些都是涂层粘附失效的潜在原因。

涂层和基材之间的粘合失效的两种主要类型是粘合失效和内聚失效。

• 粘合剂失效——粘合剂和基材界面处失效
• 内聚力失效– 粘合剂本身失效

胶粘剂失效的原因

• 粘合失效——界面粘合失效
• 界面——由于水解等特定原因导致界面失效
• 近界面失效——发生在粘合剂和被粘物局部相互影响时

内聚破坏的原因

• 内聚力失效——粘合剂本身失效
• 基板故障——基板内部发生故障
• 耗散性失效——胶粘剂系统内能量吸收过多后发生的失效

弱边界层理论

弱边界层理论指的是内聚失效，即弱边界层的破裂，这是界面处粘合失效的主要原因。涂层缺陷通常是由于弱边界层的内聚失效造成的。弱边界可能源自涂层、粘附体、环境或这三种原因的任意组合。如果任何类型的杂质集中在粘合表面上，则与基材的弱附着力会顺应并导致涂层上的弱边界层。

外部污染是边界层薄弱的原因之一；其他原因包括金属表面的氧化层或腐蚀以及聚合物表面或其他低分子量成分上的脱模剂（如增塑剂）。

重要的是通过化学或物理方法去除任何薄弱的边界层，以防止薄膜形成过程中的任何类型的薄弱环节导致涂层过早粘附失效。

影响粘附性的因素

影响附着力并导致涂层与基材之间附着失效的因素有很多，例如：

• 基材表面轮廓——未经表面处理，光滑的表面可能不能很好地粘附涂层。
• 表面处理不良——必须进行适当的清洁，彻底清除所有污垢，才能成功粘合到表面。其他表面可能需要额外的预处理，例如热处理或电解。
• 润湿不当——如果涂层在表面润湿不当，则会影响表面结合和适当的附着力。
• 固化或交联不足——过度固化会导致粘合性差
• 暴露于环境因素– 紫外线照射、湿度和水也会影响粘附力。

上述任何因素都可能影响附着力并导致常见的表面缺陷，其中可能包括：

• 剥落——涂层与基材分离。
• 剥落——涂层不兼容或污染导致粘合强度降低
• 底切——由于涂层下腐蚀堆积而导致
• 起泡——当涂层内或涂层下存在水溶性物质时，就会出现圆顶状缺陷，这可能是由于不正确的固化或化学暴露造成的。

提高附着力的方法

有几个主要因素对粘合质量有重要影响；这些包括：

• 基材表面处理
• 表面润湿
• 被粘合材料的结构

遵循这些因素的良好做法有助于提高附着力。此外，各种添加剂会影响机械和物理性能，从而可能恶化或改善涂层附着力。这些添加剂包括：

• 增塑剂——可用于软化涂料中的粘合剂，从而增加柔韧性。这可增强抗冲击力，并有助于最大限度地减少粘合失效。
• 颜料和填充剂——用于提供防水性和硬度等物理特性。
• 溶剂——降低粘合剂粘度并增加涂层干燥时间，有助于最大限度地减少起泡并防止粘合失败。
• 粘合促进剂——有助于提高粘合力并形成牢固而持久的粘合。
• 润湿剂——特殊润湿剂有助于克服表面张力的差异并提高粘附性。

附着力评估测试方法

有多种方法可用于评估涂层与基材的良好粘附性。在实施任何粘附性测试评估方法时，重要的是要考虑任何粘合失败是由于粘合剂失效还是内聚力失效造成的。

测试涂层附着力的主要方法包括：

• 刮擦试验– ASTM D2197 – 刮擦附着力测试有机涂层附着力的标准测试方法。该测试确定有机涂层在平坦、光滑表面上的附着力。
• 十字切割试验– ASTM D3559 – 胶带测试附着力评定标准测试方法。本测试方法涉及使用压敏胶带评估涂层与金属基材附着力的程序。
• 拉脱试验– ASTM D4541 – 使用便携式附着力测试仪对涂层拉脱强度进行测试的标准方法。该附着力测试方法涉及评估涂层在木材、混凝土或金属等硬质基材上的附着力或拉脱强度的程序。

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