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一次鍵的共價(jià)鍵和離子鍵等的力如表1所示那樣大，但是在被粘物表面涂布粘接劑的粘接中，使其共價(jià)鍵并不容易。粘接主要是二次結(jié)合力的氫鍵·分子間力作用于被粘物和粘接劑兩者之間而結(jié)合。表1顯示了結(jié)合及其能量以及結(jié)合因子對(duì)粘接的貢獻(xiàn)度。在塑料上照射短波長(zhǎng)紫外光的話，根據(jù)光能CH，CC結(jié)合被切斷，在那里短波長(zhǎng)UV從空氣生成的臭氧活性氧工作，生成COH，COOH和=C=O的富氧極性的官能團(tuán)，表面張力變高親水性增加。高分子材料界面的粘結(jié)結(jié)合主要是基于氫鍵和范德華的二次結(jié)合。在玻璃等無(wú)機(jī)材料表面，被稱(chēng)為軟粘接層的有機(jī)性污染層是主要的粘接阻礙因子。有機(jī)化合物通過(guò)UV照射被切斷結(jié)合，最終分解到CO2和H2O等，被氣化向大氣中飛散軟粘接層減少消失。玻璃的臨界表面張力如表2所示為72dyn/cm，比有機(jī)化合物高，所以如果沒(méi)有軟粘結(jié)層，僅此就能得到強(qiáng)大的粘結(jié)力。

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表1.結(jié)合種和結(jié)合能及粘接貢獻(xiàn)度

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粘接貢獻(xiàn)度結(jié)合的種類(lèi)結(jié)合能（kJ/mol）

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×一次鍵（化學(xué)鍵）離子鍵600～1200

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共享聯(lián)接60-800

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金屬結(jié)合100～350

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—酸-堿結(jié)合Bronsted酸-堿～400

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Lewis酸－堿～32

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◎二次鍵氫鍵（含：氟）40～60

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氫鍵（不含：氟）10～20

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（分子間力）（van del Waals力）分散力～40

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誘導(dǎo)力～2

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○粗糙面錨定效果

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增大粘結(jié)面積

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○清潔面軟粘接層的去除

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二次結(jié)合

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（分子間力）

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表2.塑料的臨界表面張力

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材料臨界表面張力（Dyn/cm）

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尼龍46

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PET43

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聚苯乙烯33-36

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氟樹(shù)脂6-21

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PP（同種）27-29

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PE31-32

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PC（bisphenol-A）40-42

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玻璃（25℃）72

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表3.金屬表面張力2）

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物質(zhì)表面張力（mN/m）溫度（℃）

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氯化鈉（空氣中）汞（氮中）銀（氫中）金（氫中）銅（Ar中）鐵（氦中）117.6482.189211201157.6172080325100010001,20011001570

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水〃71.9675.62250

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金屬表面如表3所示，表面張力極高，其特征是活性度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陶瓷和有機(jī)化合物。這里需要注意的是，由于金屬表面的反應(yīng)性太高，所以在大氣中，表面馬上就會(huì)形成氧化覆膜，所以在常溫下不能測(cè)量純粹的金屬表面張力。因此，表3的表面張力是在惰性氣體下測(cè)量在1000度以上的高溫下溶解的金屬的值。我們?cè)诖髿庵刑幚淼慕饘?，表面被空氣一般氧化產(chǎn)生的松散的氧化被膜覆蓋，在其上堆積了有機(jī)性污染層。

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使用圖1說(shuō)明UV臭氧處理引起的金屬表面的變化及其特征。樣品使用碳鋼S50C。UV臭氧處理使用了我公司的UV臭氧裝置：SSP16110。剛剝下膠帶的碳鋼的表面張力為30dyn/cm，也有粘著。試著對(duì)其實(shí)施UV臭氧處理時(shí)，如圖1的①所示，即使經(jīng)過(guò)3分鐘，潤(rùn)濕指數(shù)也完全沒(méi)有變化。這是因?yàn)槿庋劭床灰?jiàn)的試樣中殘留的粘著材料的殘?jiān)?，在UV臭氧處理中完全無(wú)法去除。然后用普通肥皂用冷水清洗殘留有粘合劑的碳鋼，就不會(huì)輕易粘著了，同時(shí)像②的曲線一樣，潤(rùn)濕張力上升到40dyn/cm。但是，洗滌劑清洗無(wú)論重復(fù)多少次，40dyn/cm以上的表面張力值都不會(huì)上升。對(duì)該樣品進(jìn)行UV臭氧清洗后，如圖表③所示，40dyn/cm的樣品在30秒的照射下值上升到73dyn/cm。這與通過(guò)UV臭氧處理能夠進(jìn)行高度清洗并行，一般情況下很難露出基底金屬層，由紫外線生成的活性氧的氧化在金屬表面被促進(jìn)，形成由新鮮的氧化層形成的高表面能量的面，而且牢固地吸附在金屬表面上的水分作為催化劑起作用推測(cè)形成氫鍵提高了潤(rùn)濕性。

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表3.表面張力與粘接性能相關(guān)關(guān)系的分類(lèi)表

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性能區(qū)分表面張力（dyn/cm）粘接性能

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不可粘接區(qū)域＜38由于潤(rùn)濕性不足，無(wú)法得到耐實(shí)用的粘接力的達(dá)因區(qū)域。

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雖然具有實(shí)用的粘接力，但能夠得到耐不可靠區(qū)域39-50實(shí)用的粘接力。但是，存在因不充分安全的水平、不適當(dāng)?shù)馁A藏條件的影響等而陷入表面潤(rùn)濕性劣化導(dǎo)致的粘接力不足的危險(xiǎn)。

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優(yōu)良粘接區(qū)域Excellent level54-72能夠得到充分的粘接力的達(dá)因水平。如果是該水平，則能夠耐受數(shù)周的貯藏，即使表面張力的測(cè)定不可靠，也能夠覆蓋該水平。

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72相當(dāng)于玻璃表面水溫25度的水滴接觸角＝0度

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有粘結(jié)力不確定區(qū)域過(guò)剩處理的危險(xiǎn)＞72有過(guò)剩處理的危險(xiǎn)的達(dá)因水平。該粘附材料的值通常超過(guò)粘合劑的表面張力。如果粘接劑和被粘接材料的表面張力值的差變大，則潤(rùn)濕性降低，粘接力降低。是還沒(méi)有充分闡明粘接特性的未開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。

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性能分類(lèi)

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表面張力（dyn/cm）

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雖然有實(shí)用粘接力，但不確定區(qū)域

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能得到充分粘接力的達(dá)因水平。如果是該水平，則能夠耐受數(shù)周的貯藏，即使表面張力的測(cè)定不可靠，也能夠覆蓋該水平。

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粘接力不確定區(qū)域

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有過(guò)度處理的危險(xiǎn)

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如圖1所示，具有高度改性力的等離子體和UV臭氧的表面處理技術(shù)，作為缺點(diǎn)不適合去除大污染層（圖1①）。相反，一般的濕式清洗法雖然沒(méi)有高度的清洗力，但是去除大的污染是有力的（圖1②）。但是，僅用洗滌劑清洗，表面張力就提高到了40dyn/cm，但是洗滌劑清洗并沒(méi)有提高表面能量的能力?？墒荱V臭氧處理由于自由基形成的化學(xué)反應(yīng)，有提高表面張力到那個(gè)以上的能力（圖1③）。由此可見(jiàn)，低技術(shù)清洗技術(shù)與高科技UV臭氧技術(shù)的結(jié)合是有效的?？雌饋?lái)漂亮的金屬表面也有由于自然氧化的金屬氧化膜，不過(guò)，膜厚數(shù)十nm水平的時(shí)候，受到比那個(gè)基底金屬高的活性度的影響，表面容易被有機(jī)化合物的油性膜污染，親水性早點(diǎn)降低。因此，為了在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)了解材料加工性的適合與否，建議對(duì)表面張力進(jìn)行評(píng)價(jià)。第一個(gè)理由是測(cè)量表面張力所需的時(shí)間短于分鐘以下，成本低。第二個(gè)原因是，如表3所示，從許多實(shí)際數(shù)據(jù)來(lái)看，表面張力與粘接性能之間存在極高的實(shí)用相關(guān)關(guān)系。表面張力在38mN/m（dyn/cm）以下時(shí)，無(wú)法獲得實(shí)用的粘接強(qiáng)度。金屬材料和零件的表面狀態(tài)會(huì)受到保管履歷的很大影響，所以在粘接的質(zhì)量管理中，在日常作業(yè)中從材料的接受開(kāi)始進(jìn)行是很重要的。但是每次都調(diào)查粘接強(qiáng)度實(shí)際上是不可能的，但是如果是使用濕張力試劑的表面張力的評(píng)價(jià)的話是可以的。采用表面張力作為質(zhì)量控制指標(biāo)，不接受表面張力在40以下的原材料。然后根據(jù)產(chǎn)品的狀態(tài)設(shè)定所需的表面張力指標(biāo)，確認(rèn)表面張力后進(jìn)入加工，產(chǎn)品的成品率會(huì)有很大的提高。對(duì)所有材料都有效的工序管理，特別是對(duì)金屬材料是必須的管理手法。當(dāng)然，產(chǎn)品真正的粘接性能必須通過(guò)直接測(cè)量粘接強(qiáng)度、耐久試驗(yàn)等進(jìn)行評(píng)價(jià)。但是，粘接強(qiáng)度的評(píng)價(jià)需要包括試樣的調(diào)整在內(nèi)的數(shù)天以上的長(zhǎng)時(shí)間。結(jié)合能可以通過(guò)高能XPS、SIMS、TOFSIMS、升溫脫離氣體分析等進(jìn)行分析。根據(jù)這些裝置，以前難的粘接界面的有機(jī)分子和金屬間工作的相互作用和有關(guān)那個(gè)量的界面化學(xué)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的積蓄前進(jìn)著。例如，硬盤(pán)上含有潤(rùn)滑劑分子OH基的Phosphazenegroups，在HD面上以一定的力吸附。但是都不是在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)就能簡(jiǎn)單地用于質(zhì)量管理的3）。

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引用文獻(xiàn)

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1.David E.King，Oxidation of gold by ultraviolet light and ozone at25℃”，J。Vac。Sci。Technol。A，13（3），May/June，1247-1253（1995）2.國(guó)立天文臺(tái)編理科年表，桌上版83冊(cè)丸善，（2010），p3783.中前勝?gòu)瑯?shù)脂-金屬間的粘接·接合機(jī)制的界面化學(xué)考察“