粘接是通过粘接剂把被粘物连接在一起的过程，粘接力的产生以及粘接强度的大小，不仅取决于粘接剂和被粘物表面的结构状态，而且与粘接过程的工艺条件密切相关。

　　粘接接头是由两个被粘物之间夹一层粘接剂所构成，如图1所示。

　　粘接的形成主要包括表面润湿、粘接剂分子向被粘物表面的移动、扩散和渗透，粘接剂与被粘材料形成物理化学和机械结合等过程。

图1 粘接接头

　　1.1 粘结剂的湿润

　　所谓润湿，即是液态物质在固态物质表面分子间作用下均匀分布的现象。不同的液态物质对不同固态物质的润湿程度也不同。粘接是用液态粘接剂把固态的被粘材料粘接在一起，只有与被粘材料有良好的润湿，才能真正接触，为产生良好的物理化学结合创造条件。

　　液体与固体接触表面处都会呈现接触角θ，θ值的大小表示润湿程度，见图2。

　　(1) θ=0°时，固体表面处于完全润湿状态【图2(a)】;

　　(2) 0°<θ<90°时，固体表面呈部分润湿状态【图2(b)】;

　　(3) 90°<θ<180°时，固体表面不润湿【图2(c)】;

　　(4) θ=180°时，固体表面完全不润湿【图2(d)】。

图2 不同的润湿状态

(a)完全润湿;(b)部分润湿;(c)不润湿;(d)完全不润湿

　　液体对固体的润湿程度主要取决于它们表面张力的大小，表面张力小的物质能够很好地润湿表面张力大的物质;表面张力大的物质不能润湿表面张力小的物质。

表1 常见物质的表面张力(温度20℃)

　　从表1可以看出，金属和无机盐的表面张力一般都大于粘接剂的表面张力，可以很容易地被粘接剂润湿。但也容易被表面张力小的油类污染，所以粘接之前应进行认真的表面处理。塑料的表面张力和粘接剂的表面张力相近，所以粘接剂对塑料的润湿程度较差，其中聚四氟乙烯的表面张力比粘接剂小，如果粘接前不进行特殊的处理，粘接剂在其表面呈不润湿状态，很难产生粘接力，所以氟塑料有难粘塑料之称。

　　1.2 粘结剂分子的移动和扩散

　　粘接剂浸润被粘物表面为产生粘接力创造了必要条件，要使粘接剂与被粘物之间产生物理化学和机械结合，必须使粘接剂分子与被粘物分子间距离小到一定程度，即能使之生成化学键力，这就得借助于粘接剂分子在被粘物中的移动和扩散。

　　粘接剂单独存放时，体系中的分子的热运动处于布朗运动状态，即无序运动。当粘接剂涂布在被粘物表面之后，被粘物对粘接剂分子产生吸附作用，尤其是粘接剂中带有极性基因的分子会向被粘物表面移动，并向被粘物表面的极性键靠拢，当它们之间的距离小于5×10-10m时，便会产生物理化学结合作用。

　　1.3 粘结剂的渗透

　　任何材料的表面都不是完美无缺的，即使再平滑的表面也有许多不易察觉的孔隙和缺陷。多孔材料，如木材、织物和泡沫塑料等更是如此。粘接剂通常是可以流动的液体，粘接时粘接剂向被粘物的孔隙渗透，通过这种渗透作用增大了粘接剂与被粘物的接触面积，使粘接剂与被粘物之间产生良好的机械结合力。粘接剂的渗透，是在外力作用下压入被粘物孔隙的过程，对于被粘物上的开孔性孔隙，由于孔隙中的空气可以自由跑掉，此时粘接剂渗入被粘物孔隙的深度与外部压力成正比，与孔隙大小成正比。对于封闭孔隙，由于孔隙中空气不易排出，粘接剂渗透时将对孔隙中空气进行压缩，此时粘接剂渗入被粘物孔隙的深度与孔径大小成反比。

　　1.4 粘结剂与被粘物的物理化学结合

　　在粘接过程中，粘接剂分子经过润湿、移动、扩散和渗透等作用，逐渐向被粘物表面靠近，当粘接剂分子与被粘物表面分子间距离小于5×10-10时，两个分子间产生物理化学结合力。结合形式主要有：化学键结合(包括离子键、共价键和配位键)，分子间结合(包括范德华力和氢键)。各种键的结合强度见表2。

表2 各种键的结合强度

　　从表2可以看出，化学键的键能很高，如果粘接剂能与被粘物之间产生化学键结合，其粘接力比较大，与粘接剂本身强度相当。

　　1.5 粘结剂与被粘物的机械结合

　　粘接剂渗入到被粘物的孔隙中，固化之后再孔隙中产生各种各样的塑料楔子，这些楔子随孔隙形状的不同而各异，有钉形的、勾形的、树根形的和榫形的，图4正是这样的楔子，使粘接剂与被粘物之间产生机械结合，增加了彼此间的摩擦力和粘接力。

图4 各种楔子结构示意图

(a)钉键;(b)勾键;(c)根键;(d)榫键

　　一般来说，粘接剂与被粘物之间的机械结合力对总粘接强度的贡献与被粘物表面状态有关，对于金属、玻璃等表面缺陷小的物体，机械结合力在总粘接力中所占的比例较小，而对于海绵、织物、纸张、木材等多孔材料，机械结合力在总粘接力中所占的比例很大。

　　1.6 粘接理论

　　多年以来，人们对粘接理论进行了广泛的研究和探索，提出了各种论点和假说，但是尚未得出一个完整的、全面的粘接理论。现简介几种理论。

　　(1)机械理论

　　机械理论是论述粘附机理最早的理论，它认为粘接剂嵌入被粘物多孔的表面内，固化后像钩子一样使粘接剂与被粘物结合在一起。即把粘接看成纯粹的机械镶嵌作用。

　　但是，许多粘附现象却不能用机械理论来解释。例如，按照机械理论所讲，粘接件的胶接强度只取决于粘接剂和被粘物的内聚强度，这样一种粘接剂应可以粘接各种材料，但实际上并非如此。机械理论也不能说明表面化学性能对粘接强度的影响。

　　总之，机械嵌合作用并不是产生粘附力的主要原因。有些表面上看来是靠被粘物表面粗糙而提高粘接强度的现象，并不是全靠机械嵌合作用来实现的。粘接强度增大的原因是被粘物表面清洁、活性高，表面积增大，有利于润湿及机械嵌合。

　　(2)吸附理论

　　吸附理论是现今较为流行的理论。吸附理论认为粘接是与吸附现象类似的表面过程。粘附作用时粘接剂与被粘物分子在界面层相互吸附而产生的。粘附过程分两个阶段，一是液态粘接剂分子向被粘物表面扩散，二是当粘接剂分子与被粘物表面分子间距离近至10×10-10m时，产生分子间作用力，并随距离进一步缩小使吸附作用逐渐增强，直至粘接剂完全固化。

　　对于不同的粘接剂和被粘物体系，粘附作用可能是色散力的单独作用，也可能是色散力、诱导力和氢键等共同作用的结果。

　　(3)扩散理论

　　扩散理论以高分子的链状结构、分子的曲挠性以及高分子的微布朗运动能力为基础。认为粘接剂与被粘物分子之间仅仅相互接触是不够的，必须相互扩散才能形成牢固的粘接接头。如果被粘物是高分子材料，用的粘接剂也是由链状结构的高分子材料组成，在粘接过程中，一定条件下由于链段的布朗运动，粘接剂分子和被粘物分子相互扩散，界面附近逐渐形成粘接剂和被粘物的混溶区，粘附强度随时间增加而增大。如果粘接剂和被粘物同属一种高分子材料，其界面的混溶区最终会消失。热塑性材料的焊接和溶剂粘接都可以看作是高分子相互扩散而产生的结果。

　　但是，扩散理论还很不完整，对不同的高分子材料之间的粘附作用的解释还不完善，还未涉及到高分子粘接剂与无机物之间粘附的解释，因此具有很大的局限性。

　　(4)静电理论

　　静电理论认为在粘接剂和被粘物之间存在着双电层，粘接力主要由双电层的静电所引起。双电层的形成是粘接剂极性基因在被粘物表面吸附和定向的结果，是粘接剂和被粘物表面自由电子转移的结果。

　　有些粘接剂胶膜从被粘物表面剥离时会产生放电现象，说明粘附作用中确有静电力存在。但是把静电作用看作是产生粘附的必要条件是不合适的。比如非极性物质的接触电势为零，所以不具备产生双电层的条件，按静电理论就解释不了他们之间的粘附力是如何产生的。静电理论能够解释一些粘接现象，但还不很完整、全面。

　　(5)化学键理论

　　化学键理论指出，粘接剂分子与被粘物表面通过化学反应而在界面上形成化学键结合，化学键力比分子间作用力高很多，所以在粘接界面有了这种化学键，就能大幅度提高粘接力。

　　偶联剂可以增加粘接力的现象可用化学键理论很好地解释。因为偶联剂分子带有即能与粘接剂分子反应的基团，又有能与被粘物表面的分子发生化学反应的基团，由于化学键的生成使两者紧密相连，提高了粘接强度，化学键的作用还在于改善粘接接头的抗环境侵蚀和耐老化能力。