书城科普读物探索未知丛书-化学天地(二)
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第9章 黏合剂为什么能把东西粘在一起

黏合剂在越来越广泛的领域里的胜利,正在克服着多年来的陈旧观念。在许多人的心目中,“胶接”无论如何也无法同“可靠”二字挂上钩。当他们得知飞机和直升机的许多结构部件,乃至直升机的旋翼都是用黏合剂粘上的,准会大吃一惊,这也难怪,因为黏接毕竟不像螺栓、铆钉和焊接那样能让人一眼看去就感到放心,也无法解释胶为什么能将材料黏接在一起的道理。这就是说,胶接至今仍然是一个不解之谜。

黏接的过程大多数离不开固化。固化现象可以从物理和化学两方面来解释。

从物理作用上说,固化就是胶的物态发生变化,一般是从液态变成固态。在这个变化中,胶中要添入或除掉某种成分,例如水或其他溶剂,或者要进行加热。水胶一般靠蒸发掉水分而变硬,有机溶剂胶则通过挥发掉溶剂而固化,而水泥胶与石膏胶却必须吸收水分才能凝固,因为它们含有靠水和作用而硬化的成分。

对于合成剂来说,固化一般是化学反应的结果。这种反应可以通过混入某种硬化剂或活化剂来实现。

在化学活化剂生成物中,可以看到聚氨酯和聚酯。聚氨酯与水分发生聚合反应,形成了长链分子。这一现象是1948年由化学家伍茨发现的。环氧树脂是在分子链的端部有氧分子存在,当硬化剂加入时便将分子链相互连接起来。大多数现代工业用胶都属于这一类,它们的性能在不断得到改进,工艺也越趋简单化了。

然而,固化并不能说明胶接的本质。有时,胶接能做到比材料本身更结实。那么,在胶与材料表面之间到底发生了什么现象呢?对此已经有许多解释,其中包括电化论、充散论、化学连接论、微扩散论等等。

有一种解释立足于浸润的机理。胶必须能浸润它所要黏接的表面。当胶滴能完全在材料表面摊开时,胶才能将它黏连起来。只要测出材料表面的张力便能得出胶对它的浸润程度和附着力。

在生产矿泉水瓶或水瓶时,要使铝和聚乙烯能很好地附着在已经固化的树脂表面。但是反过来,树脂却无法与已经固化的聚乙烯表面黏合。

解释黏合现象的最早的理论是从力学角度来进行的。根据这种理论,胶仅仅附着在物体的表面,同时侵入到表面的细孔和洞眼中。这种解释尽管简单,但却很适用。例如铜和铝的胶接,如果金属表面有一层氧化物,那么它比金属仔细打磨光亮就黏得更牢。

另一种是吸附作用的理论。这引出在极近距离内的分子间引力,即所谓的“范德瓦尔斯力”

。如果某个分子为极性分子(分子的一端带正电而另一端带负电),那么它就使附近的分子位感应出极性,因此它们就因静电作用而相互吸引。

在某些情况下,胶与被黏合材料之间是真正的化学联系,人们将它称为“带钩的原子”。这种理论是20世纪50年代开始发展起来的,其出发点是两层聚合物之间有相互渗透作用,分子的相互扩散使胶与材料紧密地结合在一起。

最新的理论是电化理论。很早以前,人们就注意到,当黏性接触在真空中被扯开时,就会出现放电现象,它与晶体破碎时发生的现象相似。如果剥离黏在金属表面的聚乙烯膜,也可以观察到类似的放电现象。它说明,黏合剂可能类似于一个电容器,当两片分离时,就产生了内部电场。这种电的相互作用随着表面处理、氧化、温度等条件而有所变化。这种电化理论是大有希望的。最近的研究表明,聚合物与金属的结合同半导体与金属的结合十分相似。也许有一天人们会发明出黏合剂做为集成电路。

不管怎样,需要黏合的材料范围越来越大,很可能需要综合几种理论来解释胶连这一极其普通、极其古老的现象。胶接向我们表明,在物体的表面还有人们未曾揭开的秘密。