雷笛

摘 要：生产商对体育器材进行生产的时候会考虑到体育产品和粘结剂之间是有一个空间的变相区，这个变相区被业内人士统称为界像。这个实际的原理是在粘接的接口处会有一个名为应力的力通过界相使得应力从2个粘接体相互传导出，但是这个名为界相的是会因为环境的变化而导致粘连的效果有所降低，所以界相会影响粘接接头之间的性能，粘接之间的性能一般有耐碱性、强度和刚度等等一系列的性能参数。为了能更好的把握好粘接接头的整体性，我们所做的第一步那便是要弄清楚界相的性能、形成的流程和空间的大小。为此，我们对于这方面的研究是金属的粘接界面和高分子粘结剂的具体形成流程和研究过程。常常高分子的粘结剂的制造材料有高密度的聚乙烯和压敏胶，将前者作为底膜而后者作为粘结的缓冲层，最后在形成的产品后面加上一层的保护涂层。在制造的时候我们常常都是使用的预铺反粘施工方法，使得固化之后可以将粘接的两个物体连接更为紧密，使得防水层和体育器材的主体结构能够长久性的进行结合，使得制造的材料在进行体育器材的粘接的时候不会有窜水的现象发生，这样就可以保证所制造的材料有优良的防水性能。

关键词：高分子;体育器材;粘接;性能分析

中图分类号：TQ314 文献标识码：A            文章编号：1001-5922（2020）10-0035-04

Abstract：When manufacturers produce sports equipment， they will consider that there is a space disguised area between sports products and binders， which is called "boundary image" by the insiders. The actual principle is that there will be a force called stress passing through the boundary phase at the bonding interface， which will cause the stress to be transmitted from two adhesives to each other. But this called boundary phase will reduce the adhesion effect due to the change of the environment， so the boundary phase will affect the performance of the bonding joints， and the performance between the bonding generally has a series of performance parameters such as alkaline resistance， strength and stiffness， etc . In order to better grasp the integrity of the bonding joint， the first step we have to do is to find out the performance of the boundary phase， the formation process and the size of the space. Therefore， our research in this area is the specific formation process and research process of metal bonding interface and polymer adhesive. High density polyethylene （HDPE） and pressure-sensitive adhesive （PSA） are often used to make polymer adhesives. The former is used as the bottom film and the latter as the bonding buffer layer. Finally， a protective coating is added after the formed products. In the manufacturing process， we often use the pre laying and anti sticking construction method to make the two objects to be bonded more closely after curing， so that the waterproof layer and the main structure of sports equipment can be combined for a long time. When the manufactured material is bonded to sports equipment， there will be no water leakage， so that the manufactured materials can be guaranteed to have excellent waterproof performance.

Key words：polymer; sports equipment; bonding; performance analysis

0     引言

传统的粘接就是把两种不同的材質使用粘结剂连接在一起，这样来形成我们生活中的产品，但是由于人为和环境的因素，这就会导致所产生的产品会有使用周期的上的缩短，因此为了延长使用周期，科研人员就对此做了很多的研究，常常优良的粘结剂主要会以粘接的接头的耐久性和有效的粘接这两个方面进行评估。

1 高分子在体育器材粘接中的应用

在这几年里，科研人员对于粘接的基本原理都有了更为深层次的研究，这些表面的处理技术也使得我国粘接技术又一次的走到了世界的前沿。

在书本上粘接的扩散原理是指的连接的基体和被粘接体之间会有一个名为空间的转变相区，这个三维的转变相区又被叫做界相[1]，其英文叫做inter-phase，这个名称最早是出现在1972年的时候，那个时候SharpelJ 就提出了界相这一概念，他是通过讲述在粘接的接头中被粘接体和粘结剂中树脂基体[2]和增强复合材料的增强纤维[3]展现出的相近基体之间的特殊地方的时候，就提出了这一概念。SharpelJ 提出了这一概念进行了更为精准的描述，在美国的华盛顿上对于界相的描述是：依据被粘接体的材料特性作为发生的一个起点，再顺着界相到达粘结剂材料到达的稳定区域的每一个空间点。在其他的研究工作中，对此也明确的指出了相近的基体材质和界相的机械性质之间就存在明确的不同。

在热力学上的相是说的一个实体他的特有的化学组成、物质的化学空间结构和在物理上使用一系列的机械方法来对此进行分离，并且在这个区域里会有性能梯度[4]上的变化。

2 高分子在金属体育器材粘接中的性能分析

2.1 胶粘剂组分的选择性吸附

胶粘剂在制造的时候所使用的材料是高密度的聚乙烯[5]，如图1是制造器材常用的粘结胶，选择它的原因是，这种材料所制造的产品可以高延伸、耐磕碰、耐腐蚀性等优良的特性。特别是在一些较为潮湿的环境中，更能体现它的优势性，它是可以有效的防止水的浸入，这样就可以防止因为细小的裂纹水的浸入破坏体育器材的主体结构。在书本中，粘接的吸附原理中就指出了物理的吸附在所有接头中都是存在的，然而粘接体系中所形成的成分都是不同的，特别是金属的吸速率都是不同的，这就因为这一差异性使得界相的形成成分都是不同的。

为了更为深的进行研究，我们结合数学知识进行研究， Fondeur和 Koenig先是用显微的红外光谱仪[6]来研究材质的物理结构，其中红外光谱仪采用的是傅立叶变换[7]，材料常常是选择双氰胺[8]固化的环氧树脂连接的金属的接头进行研究。在研究的过程中我们采用的对比性的实验，一个是对铝的皮面进行物理处理，另一种则是通过通电的方式进行阳极化的处理，在实际的实验中我们发现在靠近的界面的接口处，如果在铝的表面含有较多的固化剂和盐那便是没有通过化学处理的，通过以上的研究我们便可以得出，在胶粘剂体系中不同的组成成分主要是会受到金属表面性质和化学结构上的影响，从而导致选择性的吸附，从而使的靠近界面处的组成成分不同就必须控制胶粘剂合适的配比率，这样就可以使得被粘接的金属和胶粘剂之间可以有界相区的存在。

2.2 胶粘剂对被粘接金属表面的降解效应

粘结剂的形成的时候会受到金属表面离子的影响，使得近界处的区域的材料的结构和化学性质有所变化，之所以导致这一现象是被粘接的金属表面的离子在粘结剂中溶解并且扩散在粘结剂中。

为了研究不同类型氧胶粘剂对于不同金属的粘接性的变化情况，Roche带领的团队就对二胺固化的环氧胶粘剂粘接的性能进行了进一步的研究。其中实验就指出当将金属进行了镀金，界相区的胶粘剂的性能就会有所改变。在实验的过程中我们发现铝和钛离子扩散在环氧胶粘剂中和固化剂二胺偶合的成有机的金属物。像这些偶合物一旦浓度达到一定的饱和度就会有晶体的析出。即使会有晶体的析出，但是在固化的时候結晶出的这些物质是不能被全部溶解的，为此我们可以通过调节合适的胶粘体系的量的配比率，除此之外，较为重要的是金属表面和二胺固化剂之间是可以形成相应的化学键的;影响界面附近材料的性能的还有一个便是二胺金属偶合物会产生有序的排列，对于不同类型的粘结剂基体也会有对应合适的二胺金属偶合物进行粘接。Fondeur和Koenig通过以上的现象可以轻而易举的得出粘接在金属表面的离子是可以溶解在胶粘剂里的。

2.3   被粘接金属表面上的化学反应

金属的表面就存在一些影响其性质的官能团，像什么金属的酸碱性，关于金属表面具有酸碱，就说明了金属表面所具有的官能团有氢氧根离子和氧离子。铝在高中的化学中我们就知道它是一种两性金属，是可以和酸碱同时反应的，其实铝离子是被包裹在铝的内部的，外表形成了一种氧化物，保护了金属被氧化，但是形成的氧化保护层也是稀疏的，这样铝离子就可以通过这些空隙进行反应，这些官能团会对粘结剂中组成成分进行选择性的吸附，并能和其中的组成成分进行化学反应。

随着现在科技水平的迅速发展，人们常常都是采用科技手段获取物质的化学和物理空间结构，有时也是采用多种科技手段联合处理物质结构，Dillingham和·Boerio15j他们就是使用的两种科技手段来进行研究的，界相区则是氧化铝表面的官能团对环氧胶粘剂的催化所产生的。Gaillard等人也是使用以上不同材质进行了相关的研究，他们选择的则是通过不同处理的钢表面上进行了环氧树脂的固化速度进行进一步的研究，其中发现在钢的表面进行了镀锌，表面的环氧树脂的固化速度要在使用物理方式打磨的钢表面固化的反应的要剧烈的多，从而我们可以看出锌离子的催化效果是相当的好，使得环氧树脂能加速固化的速度。Koll ek_l对于铝表面上的环氧也是进行了相应的研究，并且可以确认铝表面的极性官能团和环氧树脂与固化剂覆着在铝的表面进而发生了化学反应。Carter研究表明发现环氧树脂是进行了双氰胺固化的在对镀锌钢接头进行粘接，这样才会使得接头的耐拉伸的性能要好的多，当然这是相对于低碳钢的接头。除此之外，我们还可以通过获取反射红外光谱，从光谱的分析中我们很容易的发现氧化锌和双氰胺并没有任何反应，然而锌和双氰胺之间氧化还原反应。氧化还原反应则是金属锌氧化，而双氰胺被还原。

2.4   粘接接头中界相区的大小

从图2中将A类定50nm，B类定为0.5pm。栗付平等科研团队就使用了另一种研究方法测量出界相，他们所采用的仪器便是AFM（原子力显微镜）和纳米压痕计对铝金属和环氧树脂进行了界相。通过仪器获取相关大量的实验数据，其中包含的有深度、压痕位置和压痕载荷这三者的相关函数关系。

团队还发现实验时温度的变化会与粘接胶的厚度有联系，产生这种效果的原因主要是粘接胶和金属的氧化层产生了反应并形成了相应的界面，在界面里粘结剂可以达到大概30℃，主要的原因那便是在接头处有界面的生成，并且这种界面可以在金属700m的地方存在，图3就是不同厚度时温度的变化曲线。

高分子粘接胶粘接不同平整度的体育器的粘接效果是不一样的，当材料的平整度较高的时候，粘接的效果就会相对于粗糙平面好点，然而并不是平整度越好就会导致最后的粘接度越好，这主要是涉及到体育器材粘接层是具有一定的蠕动性，这就需要器材材料是具有一定的粗糙度，这样就可以提高粘接度，图4和图5是在不同表面的蠕变湿润基材的过程。

无论多好的粘接胶在受到巨大外力的时候都会产生粘接层的的剥离，当外力是快速的时候，发生的界面是胶接界面，而当时较为缓慢的外力时，就会导致胶层内聚发生破坏，图6就是在缓慢外力下导致的胶层内聚的破坏实列。

3     结语

影响粘接接头的性能的因素有很多，其中占据主体地位的是粘接胶和被粘接金属中存在的界相区的性能，对此，科研人员就对界相测量的方法做了大量的研究和实验，界相所涉及的面就是相当的广，这就使得界相这个东西在已经成为现在研究的一个科研热点，至今为止，界相的区域也是相当的小，这就为研究人员造成了一个最大的障碍。以上所讲述的高分子自粘胶膜防水卷材是可以更为有效的防止水窜流水到体育器材中，从而破坏了体育器材的主体结构。

参考文献

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