如何用接触角表征界面粘接特性

作者：Susanna Laurén，Biolin Scientific

在许多将两种不同材料粘接在一起的应用中，粘合力的测试十分重要，包括涂料或清漆等领域，借助粘结剂进行粘接及印刷。粘接问题是此类工艺失败的主要原因，如果您的产品中存在粘接问题，请继续阅读以了解接触角如何帮助您查明并解决问题。

• 粘合失效的原因

在这里我们将讨论粘合失效问题，即基材与粘结剂（即涂层配方或胶水）之间的界面失效。我们不会分别涉及涂层或基材内发生的内聚力或基材失效。但是，最好记住，了解粘合失效发生的位置是理解问题的第一步。

如果某些产品的粘合失效，而其他产品完全没问题，则最可能的原因是粘接过程之前基材之间的化学变化。下面，我们将介绍采取的步骤，以确定并解决问题。

• 粘接问题处理步骤

▶ 隔离源头

生产过程中的几个步骤会影响材料的表面化学性质。尝试尽可能的识别不同的步骤，这些都高度依赖于确切的过程，但有些可能性如下：

① 原料供应。是否更换了供应商或者当前供应商的生产方法发生了变化。您获得的材料是化学均匀的还是存在批次间的差异。

② 材料储存。材料到达您的工厂后如何储存？储存时间和条件是否发生变化，在较长的储存时间内，材料表面特性可能发生巨大变化。

③ 清洁或预处理程序。您使用的是哪种类型的清洁或预处理程序。样品之间的清洁是否均匀？如果每个样品上或整个样品上清洁不均匀，在后续工艺过程中可视为粘合失效。

④ 预处理和粘接时间。通常建议在粘接之前进行预处理或清洁，如果上述过程有等待的时间，不同样品是否会不同。经过清洁或预处理后，通常表面自由能很高，这意味着很容易被空气中的杂质污染。等待时间越长，表面回到原始状态的可能性就越大。

▶ 测量与水的静态接触角、前进角和后退角

确定最可能的来源后，测量与水的静态接触角、前进角和后退角。虽然静态接触角的测量用于确定表面的亲疏水性，但单纯测试静态接触角是不够的。由于静态接触角可以取前进角和后退角之间的任何值，因此不同样品的静态接触角会有很大差异。如果是这种情况，后退角数值能够更准确表达变化的真实性。

▶ 检查接触角数据的变化

此时，仍然很难知道接触角的准确数值是多少，但至少每个基材的接触角数值应该是一致的。例如，如果原材料的接触角数值存在较大差异则意味着原材料本身存在化学变化。如果在清洁步骤之后发现变化，则很可能与清洁不足有关。

▶ 计算表面自由能

表面自由能计算具有一定意义，特别是如果表面处理仅改变表面自由能的极性部分或色散部分。为了全面了解表面化学性质，应计算表面自由能。例如，聚合物上的等离子体处理通常只会增加表面自由能的极性部分。请注意，表面粗糙度会影响表面自由能的数值。

▶ 修改工艺尽可能降低接触角的变化

修改现有的工艺过程以达到降低接触角变化的目的。您也许需要与您的原料供应商协商来降低原材料的变化。或者，需要进行额外的清洗工艺来获得表面化学性能更均一的基材。尝试识别并删除可能的源头，如储存时间过长或者储存条件发生了变化。

▶ 将接触角数据与粘合成功相关联

此步骤并不是必须的，但如果可能的话可以尝试将接触角数据与粘合力相关联。例如，可以做用于粘合力测试的批次，需要长时间的观察测试结果以保证数据的准确性。

▶ 设置QC程序防止未来出现问题

从成功的粘接工艺的角度看，确保使用的材料和工艺保证一致性是至关重要的。正如现在所知道的，该过程每个步骤所需的接触角数值可设置成QC程序以保证将来也能达到此值。

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