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胶带如何形成粘接
最近常常接到一些客户的来电询问关于胶带粘接方面的问题。例如，产品出现粘接失效了，可胶带厂商反馈胶带本身性能没问题。又如，胶带厂商常说使用胶带要注意压力、时间、温度、表面能。可是为什么呢？作为使用者该怎样利用这些参数优化生产工艺，充分发挥胶带性能呢？带着这样的问题，今天为大家谈一谈压敏胶粘剂的粘合特性，帮助小伙伴更好的理解胶带的使用。通常我们接触到的胶带属于压敏胶粘剂产品。压敏胶粘剂区别于其他液状或固状胶粘剂在于它本身已处于半固体状态，使用的时候一般不需要进一步固化。压敏胶粘剂通过施加一定压力，浸润被粘表面，产生相互作用力来实现粘接。压敏胶粘剂这种对压力敏感的特性主要是它的粘弹性质所决定的。
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01
压敏胶粘剂的粘弹性
压敏胶的主要组成为聚合物，而聚合物是具有粘弹性的物质。在外力的作用下，聚合物通常发生两种变形：
1. 弹性变形，类似固体共有的性质，由分子中键角的改变所引起，是可逆的。
2. 塑性变形，类似液体的粘性流动，是由高分子间相对位置的改变所引起的，是不可逆的。
聚合物的这种粘弹性可以形象的用Maxwell模型进行描述。如图1所示，由服从胡克定律的弹簧和服从牛顿流动定律的粘壶串联而成的力学模型。
在外力F作用下，弹簧发生弹性形变，粘壶发生粘性流动变形，所以总的变形为 (1-1)
根据胡克定律，弹簧的形变 （1-2）， E为弹性率；
根据牛顿定律，粘壶的形变速度为 (1-3)，为粘度；
将式（1-1）对时间t微分，并代入式（1-2）和（1-3）可得：
(1-4)
这就是表示粘弹体的外应力和形变之间相互关系Maxwell基本方程式。
粘弹体的总变形由式1-4可知，第一项弹性形变速度与外力作用速度有关，第二项粘性流动与外力作用速度无关，仅与粘度有关。
当外力快速作用时，即弹性变形起主要作用，此时粘弹体表现出近似弹性体的性质。当外力缓慢作用时，即粘性流动起主要作用，此时粘弹体表现出近似粘性流体的性质。
同理，当温度升高会使聚合物分子运动的速度加快，粘度提升，此时粘弹体表现近似于粘性流体，而温度降低时则近似于弹性体。
实际上，聚合物的粘弹行为十分复杂，Maxwell模型不可能完全描述清楚。但是这个模型可以定性地解释聚合物粘弹体的一些性质。
当压敏胶带贴于被粘物表面并施加均匀而又缓慢的压力时，压敏胶主要表现为近似于液体的粘性流动性质。这使得压敏胶带可以与被粘物表面紧密接触并尽可能地流入被粘表面的坑洼沟槽（无论怎样磨平，表面也是凹凸不平的）中，使有效接触面积增大，从而充分发挥胶带的粘接强度。根据式1-4可知，此时压敏胶的形变速度主要取决于第二项，即与外压力F成正比，与胶的粘度成反比。这就是压敏胶粘剂本体粘度越小，其粘接强度越高的原因。但通常压敏胶粘度是在一定范围内的(106～108Pa.s)，太大或太小都会影响整体粘接强度。原因我们将在下一期如何评价粘接强度中为大家解释。
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02
压敏胶粘剂对被粘表面的湿润
如前面所述，压敏胶在缓慢的压力下产生粘性流动实现与被粘表面的紧密接触。但只有这种接触还不能产生粘合力。只有压敏胶对表面有很好的湿润性，达到充分接近，产生分子间的相互作用力，即粘合力。所以，压敏胶的粘接性能还须从液体对固体表面的湿润角度加以分析。如图2所示，在一个水平固体表面放一滴液体，该液滴受到各种表面张力的作用，其中rs,rL为固体、液体的表面张力，rsL为固体和液体之间的界面张力，为接触角。
当处于平衡时,rsL+rL*cos=rs (2-1)
由式2-1可得： (2-2) 这就是Young氏方程。
所以，当接触角为0时，液体可以完全在固体表面展开，湿润程度最好。当，液体则不能湿润固体表面，液体在固体表面会自动收缩。许多难粘材料如聚四氟乙烯、聚乙烯等不能被大多数胶粘剂所湿润就是这个原因。在实际粘接中，由于有外压力的作用，只要，压敏胶仍可以湿润被粘表面。（见图3）
图3 液滴在固体表面上的湿润示意图
换句话说，被粘物的表面张力影响着压敏胶粘剂的湿润难易程度，从而影响着最终的粘接强度。在粘接应用之前，我们应该充分了解被粘接材料的表面能，基于表面能选择3M胶粘剂体系。下面列举一些材料通常情况下的表面能，可供参考。
表1 常见材料表面能
结语
在了解了压敏胶粘剂的粘弹体性质之后，相信你就能够很好理解：为什么粘接压敏胶带的过程需要施加缓慢而均匀的压力；为何给胶带加热能够促进粘接速度和强度；为什么粘接强度会随着驻留时间的增加而增长；为何同样的胶带在不同材料上的粘接强度表现不同
