当两物(wù)體(tǐ)被放在一起达到紧密的界面分(fēn)子接触,以至生成新(xīn)的界面层,就生成了附着力。附着力是一种复杂的现象,涉及到“界面”的物(wù)理(lǐ)效应和化學(xué)反应。因為(wèi)通常每一可(kě)观察到的表面都与好几层物(wù)理(lǐ)或化學(xué)吸附的分(fēn)子有(yǒu)关,真实的界面数目并不确切知道,问题是在两表面的何处划界及附着真正发生在哪里。 当涂料施工于底材上,并在干燥和固化的过程中附着力就生成了。这些力的大小(xiǎo)取决于表面和粘结料(树脂、聚合物(wù)、基料)的性质。广义上这些力可(kě)分(fēn)為(wèi)二类:主价力和次价力。化學(xué)键即為(wèi)主价力,具有(yǒu)比次价力高得多(duō)的附着力,次价力基于以氢键為(wèi)代表的弱得多(duō)的物(wù)理(lǐ)作用(yòng)力。这些作用(yòng)力在具有(yǒu)极性基团(如羧基)的底材上更常见,而在非极性表面如聚乙烯上则较少。键的强度和键能(néng)强度/类型/能(néng)量(千卡/摩尔)/实例: 共价键 主价力 15~170 绝大多(duō)数有(yǒu)机物(wù) 氢键 次价力 <12 色散力 次价力 <10 绝大多(duō)数分(fēn)子 偶极力 次价力 <5 极性有(yǒu)机物(wù) 诱导力 次价力 <0.5 非极性有(yǒu)机物(wù) 涂料附着的确切机理(lǐ)人们尚未完全了解。不过,使两个物(wù)體(tǐ)连接到一起的力可(kě)能(néng)由于底材和涂料通过涂料扩散生成机械连接、静電(diàn)吸引或化學(xué)键合。根据底材表面和所用(yòng)涂料的物(wù)理(lǐ)化學(xué)性质的不同,附着可(kě)采取上述机理(lǐ)的一种或几种。一些提出的理(lǐ)论讨论如下。 1. 机械连接理(lǐ)论 这种涂层作用(yòng)机制适用(yòng)于当涂料施工于含有(yǒu)孔、洞、裂隙或空穴的底材上时,涂料能(néng)够渗透进去。在这种情况下,涂料的作用(yòng)很(hěn)象木(mù材拼合时的钉子,起机械锚定作用(yòng)。当底材有(yǒu)凹槽并填满固化的涂料时,由于机械作用(yòng),去掉涂层更加困难,这与把两块榫结的木(mù块拼在一起类似。对各种表面的仪器分(fēn)析和绘图(外形图)表明,涂料确实可(kě)渗透到复杂“隧道”形状的凹槽或裂纹中,在固化硬化时,可(kě)提供机械附着。各种涂料对老的或已风化的涂层的附着,以及对喷砂底材的附着就属于这种机理(lǐ)。磷酸锌或铁与涂料具有(yǒu)较大的接触面积,因而能(néng)提高附着和耐蚀性。 表面的粗糙程度影响涂料和底材的界面面积。因為(wèi)去除涂层所需的力与几何面积有(yǒu)关,而使涂层附着于底材上的力与实际的界面接触面积有(yǒu)关。随着表面积增大,去除涂层的困难增加,这通常可(kě)通过机械打磨方法提供粗糙表面来实现。通过喷砂使表面积增加,结果附着力增加。显然由于其他(tā)许多(duō)因素的影响,附着并不按相同比例增加,不过通常可(kě)见到显着的增加。 只有(yǒu)当涂料完全渗透到不规则表面处,提高表面粗糙度才有(yǒu)利,若不能(néng)完全渗入,则涂料与表面的接触会比相应的几何面积还小(xiǎo),并且在涂料和底材间留有(yǒu)空隙,空隙中驻留的气泡会导致水汽的聚积,最终导致附着力的损失。 经常通过对已固化的涂层进行磨砂处理(lǐ),可(kě)改进层间附着力(特别是在汽車(chē)涂料中),特别是在底色漆/清漆體(tǐ)系中,要求清漆平滑、光亮且表面能(néng)低,因此第二层清漆的附着有(yǒu)一定的困难。这一问题当涂料在比原定温度高得多(duō)的温度下固化或烘烤时间延長(cháng)时变得更為(wèi)严重,这两种情况下,对该表面进行轻度打磨表明,附着力可(kě)显着提高。虽然表面粗糙化能(néng)提高附着力,但必须注意避免深而尖的形状,由于粗糙化生成的尖峰会导致透影(看到底材),在某些情况下并不希望这样而且深而尖的隆起会形成不均一的涂层,从而生成应力集中点,附着力降低,从而耐久性下降。 只要涂膜稍具流动性,涂膜收缩,厚度不均匀以及三维尺寸的变化就很(hěn)少会生成不可(kě)释放应力,但随着粘度和涂层刚性的增加以及对底材的附着力逐渐形成会生成大量的应力,并残留于干漆膜中。显然在固定施工参数(湿膜和干膜厚度)时,凸起部分(fēn)的涂层厚度比凹陷处小(xiǎo),导致物(wù)理(lǐ)性质不同。这种不均一涂层具有(yǒu)很(hěn)高的内部应力,在投入应用(yòng)时,会进一步受到修补漆溶剂的侵蚀或老化的影响,偶而会超过涂膜的应力承受能(néng)力,导致裂纹、剥落或其他(tā)涂膜完整性的降低。 電(diàn)镀金属对聚乙烯和ABS塑料的附着力证明是来源于机械连接。金属電(diàn)镀工艺包括首先对塑料表面处理(lǐ),生成大量的机械凹陷,有(yǒu)利于机械连结,然后用(yòng)氯化亚锡溶液活化,并在Pd2+溶液中使Pd沉积,不通電(diàn)沉积镍,然后電(diàn)镀所需金属,如铬。只有(yǒu)当塑料处理(lǐ)后生成连接凹陷时,電(diàn)镀金属对塑料的附着力才强。不同预处理(lǐ)金属不仅改变表面的化學(xué)组成,而且会生成表面连接点,机械连结对这类表面起着即使不是最关键,也是相当大的作用(yòng)。 |