胶粘剂—胶水的粘接工艺

1.胶水的选型

1.1被粘材料的种类与性质（金属塑胶陶瓷木材）

1.1.1材料的种类，对应材料的CTE热膨胀系数等（应力问题）

胶水要形成粘接要有两个条件：

a.胶水在基材的表面良好的浸润；b.粘接的界面具备一定的粘接强度。

而目前较为成熟的粘接理论主要有五类：

a.吸附理论：胶黏剂与基材表面分子距离近1nm左右时，存在分子间的作用力，即范德华力作用（取向力，诱导力，色散力）,力的作用，形成良好的粘接。

b.扩散理论：胶黏剂与基材表面分子之间相互扩散，形成分子的缠结，金属与陶瓷的扩散形成牢固的界面扩散层，进而形成良好的粘结。

c.静电理论：所有的原子都有一定的电负性，当胶黏剂与基材之间存在着较大电负性差异时，两者之间形成静电吸引，形成静电力，从而在粘接的过程中发挥作用。

d.机械互锁理论：基材表面粗糙多孔，胶粘剂在渗透到基材表面的孔内，凹坑中，固化后胶水与基材形成互锁。

e.化学键理论（主价键力）：胶黏剂表面化学键与基材表面的化学键之间发生反应在界面形成化学键结合（离子键，共价键，配位键），如氨基与羧基，羟基与羧基等。又如对表面能较低的基材进行O2、NH3的plasma处理，增加基材的表面的氨基与含氧官能团，实现化学接枝，进而增加与胶黏剂之间的化学键合，增强粘结强度。

其实这几类粘接理论都只是适用于某些粘接的情况。总体来看，胶黏剂要形成粘接，就是要实现胶黏剂的扩散，浸润，胶水与基材之间表面张力的差异，通过吸附、扩散、静电吸引，机械互锁，形成化学键进而实现胶水在不同基材表面的粘接。

所以这也就为什么不同胶水适用于不同的基材，这与胶水本身的结构成分，基材的表面结构成分，都是息息相关。这也是材料学的一句老话，结构决定性质，性质决定性能。

所以胶水的选型，对于基材的考察是必要的。

再例如在很多光学镜片，或是显示面板灯领域，胶水与基材的CTE的差异会对于产品的性能产生巨大影响。

如UV胶粘接手机摄像模组的感光芯片与红外滤光片时，就有案例因为胶水与基材热膨胀系数的差异较大，导致后续热处理过程中，导致了红外滤光片的开裂。因而胶水的选型，一定要考虑基材与胶水的热膨胀系数（CTE）的差异。

当然材料的弹性模量，强度大小也是要考虑的。这里不做详细讨论。

1.1.2材料的表面能（决定是否好粘，是否需要表面处理）

材料的种类确定后，还要考虑基材的表面能。在数值上表面张力与表能大小相等，要好粘，从粘接界面的微观受力来看，胶水的表面能要小于被粘接基材的表面能。因而对于低表面能物质表面，胶水是比较难以粘接牢固的，例如PTFE，PFA，和其他一些含氟的高分子材料，表面能稍微高一定的PP，PE也是表面能相对较低的，也是较难粘接的材料。因而要获得可靠的粘接，胶水的表面能能低一些，而被粘表面的相对高一些。当然也是可以通过表面处理进行表面能的改善。下面会有详细说明。

1.2使用的环境与工作条件

1.2.1使用的环境：高低温，高湿热，高辐射，真空，是否存在化学介质等

胶水的使用环境及工作条件也是必须要认真考虑。胶水不同的物化性质，决定其适用于不同的粘接场合。

环氧胶强度高，耐化学介质，化学稳定性好，热收缩率相对低，尺寸稳定性较好，但相对来说比较脆。因而环氧胶比较适合粘接强度较大的，同时对于存在化学介质腐蚀的场合也较为适用。但对于交变载荷作用的场合，需要对环氧胶进行增韧改性，否则容易产生疲劳失效。

厌氧胶对于在空气介质，或是开放界面场景不太适用，影响固化，所以为什么厌氧胶较为适合作为螺纹胶使用，金属基材对于固化有促进作用，同时螺纹的密闭结构能够隔绝氧气，进而在无氧的条件下可以产生自由基，引起聚合反应，形成链的增长到最终的链的终止，形成固化。

而UV胶与瞬干胶的主要特点就固化速度快，因而对于需要快速固化，实现自动化生产的场合，UV胶，瞬干胶具有较为广阔的应用。

而聚氨酯胶的耐低温性能较好，同时也有聚氨酯热熔胶在密封，电子器件粘接，电子电路的灌封应用较广。

聚氨酯胶黏剂的硬度可调，通过聚醚醇或是聚酯醇软段与异氰酸酯硬段比例的不同可调节聚氨酯的硬度，使其具有一定的弹性，在一些存在振动的场合，比较适合使用，如汽车的挡风玻璃的边界固定安装。

而有机硅密封胶，高温耐受较好，同时能承受高低交变的温度的环境，适用于环境温度多变的场合。

因而对于胶水的选择一定要考虑使用的场合，选择适合场景的胶水才能形成良好的粘接，具备长的使用寿命。

1.3性能要求

其实这也是上面所说的，要获得一定强度的，耐受性的结合面，胶水的选择一定要考虑。比如对于拉伸强度要达到20-30MPa的接头，那对于胶水的选择就要注意，因为有些胶水形成接头的拉伸性能远远达不到以上的要求，因而只能够某些高粘结强度胶水的选择。

1.4固化条件

胶水的选型也要考虑固化的条件，是否需要专用的固化设备。

如是否需要加热，对于固化的温度是否有严格要求，UV灯具，湿度等固化设备，同时也要考虑是否需要胶水混合的设备（双组份的胶水），或是真空脱气泡的设备等。于此同时也要考虑胶水的开放时间（可操作性时间）以及胶水的存储器，预固化时间。比如有些胶水应用场景是人工手工上胶，那要重点考虑开放时间尽可能的长一些的胶水。

固化条件设计的细节点较多，对于胶水的选择具有重要的意义。

1.5成本

根据用量，产品的性能需求评定需要评定成本，尤其是企业生产，成本的管控都是较为严格的，因而高性能的胶水的选择也是需要考虑成本，总之要兼顾性能与成本，达成一个相对平衡。

2.粘接接头的设计

通常胶接的连接形式相对于焊接，铆接，螺钉连接有一定的优缺点。

优点：

1.接头内应力分布均匀

2.可连接不同的材料（同种或是异种材料）

3.适合连接薄的材料，对于不同厚度的材料均可以进行连接

4.连接过程属于低热甚至常温的加工过程，不会因为热的影响导致连接部件的内部结构的变更（连接过程较为温和）

5.胶黏剂较好的隔离外界腐蚀介质，且自身也是一种绝缘物质，可减少基材件的电化学腐蚀

6.不存在类似铆接与螺钉孔导致基材强度弱化的问题

7.交接不用如同螺钉连接，或是焊接一样需要考虑部件的尺寸配合问题

8.胶水连接可以有一定弹性，可在有震动的场合使用

缺点：

1.胶水接头对于高低温度较敏感，使用温度受限

2.抗冲击及剥离强度相对低，易失效

3.有蠕变的趋势

4.有些类型的胶水的完全固化时间较长，影响生产效率

5.对于表面能低，或是存在脏污的基材需要进行特定的表明处理

6.接头加工为一次性加工，不存在二次调整可能

7.对于热膨胀系数差别大的材料存在开裂风险

从以上来看，胶接接头优缺点都很明显，因而接头的设计尽可能的扬长避短。

接头的结构形式有对接，斜接，搭接等。接头结构形式需要根据实际的应用场景进行确定，但应尽可能的是应力分布均匀，获得最大的粘接力，减少外部对于胶层的多重受力。

为了提高粘胶强度，尽可能的增大粘接面积，且对于基材的表面可进行一定程度的粗糙化。当然也需要考虑胶水在接头的施胶工艺。同时尽可能的使接头的固化方便，快速，完全。

接头的尺寸，主要是缝隙，粘胶宽度，粘接面积等需要正确的考虑。例如胶水填充的缝隙的大小一般适合0.05-0.5mm之间，具体数值需要根据胶水的粘度（流动性），连接作用确定。

3基材的表面处理

基材的表面处理主要是为了提高粘接的强度，通常有以下几类处理方式：

3.1机械处理（磨铣车，喷砂表面粗糙化，抛光等）

机械处理作用是为了出去基材表面的脏污，铁屑，氧化皮，这些基材的表层物质会极大程度的影响粘接的强度。当然有些为了获得胶水与基材的机械互锁作用，会增加基材的表面粗糙度，如通过机加，喷砂，或是激光打标获得一定的表面粗糙度，或是构建表面织构图案实现胶水的浸润，粘接面积的增加。

3.2化学预处理（酸洗，碱洗去油脂，其他液体溶剂的超声清洗浸泡，干燥）

化学处理主要是针对基材表面的油脂，脏污，通过化学溶剂，酸碱液进行清洗能很好去除，同时结合超声振动处理，对于微小缝隙的脏污也能清洗干净。当然也有些胶水能够实现油面粘接，如第二代丙烯酸树脂胶（SGA），部分有机硅胶。因而对于工作环境就是油面的场景，可以考虑这两种胶水。

3.3物理预处理（烘烤，电晕处理，低压等离子体处理）

物理预处理主要是针对表面能较低的部件需要采用处理工艺进行处理获得较为理想的粘接界面。

处理的方式主要有烘烤，电晕处理，这些主要是增加塑胶基材的表面能。通过烘烤，电晕处理，塑胶材料表面被氧化，表面的含氧官能团增加，使得表面能增加。

低压等离子体处理也有类似的作用，等离子体处理主要是对于基材有轰击，清洗，刻蚀，化学接枝，甚至薄膜制备等作用。对于低表面能物质，经过等离子体处理，根据电源能量的不同，气压，通入的工作气体，基材的表面会显现不同的状态。

O2，NH3等离子体的处理一般会增加基材表面的表面能，Ar N2或是混合气体的等离子体的处理对于基材的表面清洗作用明显。在高能量的等离子体的，且具有一定偏压的情况下，对于基材能起到表面粗化的轰击作用。

一般电晕，或是等离子体处理后的基材，越早粘胶，处理对于提升粘接强度的效果越好。因而物理预处理主要能不同程度的提升表面能，以获得良好的粘接效果。

3.4其他处理（底涂剂处理等）

有些胶黏剂与基材的粘接效果差，需要进行底涂剂处理，再进行施胶，如肟型单组分室温固化硅橡胶

4施胶工艺

根据胶水的不同形态会有不同的胶黏剂的涂覆方法：

1液体胶施胶：刷子刷胶，辊涂涂覆，点胶机点胶（自动化产线），喷涂，丝网印刷(PCB板涂胶)，手动玻璃棒涂覆。胶水的涂覆都是尽可能均匀，厚度一致。

2固体胶：加热熔融成液体，再手动或是机械涂覆到工作面。比如热熔胶。

3粘接薄膜：胶膜直接裁剪需要尺寸及形状放在粘接部位上，或是模压在粘接部位

4胶带：直接粘贴在需要连接的部位或是封口的部位，主要是压敏胶。

影响粘接效果的因素：胶水的粘度，弹性模量，热膨胀系数，温度，时间，基材预处理，空气湿度，粘接设备等

5.胶黏剂的固化

1物理固化：溶剂挥发、热熔胶加热熔融冷却凝固型、压敏胶施压固化(粘接)、混合型：热熔压敏胶（聚氨酯胶）。溶剂挥发型的胶黏剂中的溶剂存在危害环境，对于操作人员构成危害。目前水性胶水逐步取代溶剂挥发型胶黏剂，符合低VOC物质，RoHS及环保要求。而对于热熔胶而言，无溶剂挥发，固化工艺简单，在3C电子相关行业具有较好的发展前景。

2化学固化：常温、加热化学反应型（胶料与固化剂发生交联反应）、光照射（UV）、电子束照射促使引发剂，引发，链增长-链终止化学反应型、湿气固化型：空气水气与固化剂或是单体反应促成胶黏剂交联反应（大多单组分胶黏剂，环氧胶除外）。大多数工程用胶都是使用发生化学反应进行固化，通过加成或是缩聚，进行交联反应，实现链的增长，获得高分子材料缠绕的立体网状结构。

6可靠性测试与失效分析

对于胶水的可靠性，需要进行破坏性或是非破坏性的方式进行测试，确保设计的接头，使用的胶水，固化的工艺符合要求。

1模拟工作条件进行可靠性的测试（高温高湿，冷热冲击，受力疲劳，耐受介质（介质浸泡）

2接头失效：粘接界面失效，内聚破坏失效，基材破坏失效，混合破坏失效。通过拉伸剪切等测试结合胶水厂家提供的TDS资料，确定接头的强度。

3对于失效样品进行分析（原因定位：胶水，施胶，固化，接头设计，环境因素，）并进行改善优化。

以上解读不详，甚至错误之处，请指正，希望对你能有所帮助。