膠粘劑的功能化與性能要求
時(shí)間:2005-07-04
近年來，“功能性膠粘劑”與“功能化”的詞匯逐漸見諸于報(bào)刊，也有專輯、專著出現(xiàn)。人們將“功能性膠粘劑”定義為“具有特殊功能的膠粘劑”[1]。
膠粘劑性能要求決定于應(yīng)用需求。如將郵票貼于信封上，性能要求很低；但同是紙張粘合，裝訂或紙包裝物粘制的要求就會(huì)多一些。從小至一個(gè)螺釘?shù)逆i固到大至一架巨型飛機(jī)的結(jié)構(gòu)粘接，性能要求在逐步增多、提高。
膠粘劑又稱粘合劑，按其定義本身就應(yīng)有粘合性、具粘合功能，功能性膠粘劑的“特殊功能”含意是什么?膠粘劑的功能化與對(duì)其性能要求有關(guān)[2]，而性能要求又決定于應(yīng)用需求，那么，目前需求有無宏觀影響，它會(huì)引起性能要求的何種變化?
考察膠粘劑功能化過程，分析其與性能要求及需求的關(guān)聯(lián)，對(duì)今后膠粘劑的研發(fā)工作可能有一些參考作用，本文擬就幾方面應(yīng)用實(shí)例對(duì)此做以探討。
1 書刊裝訂與紙包裝物粘制—粘接的可逆性
對(duì)于粘接，過去一般只考慮單向性，粘得越牢越好，不考慮其解粘。近年來粘接可逆性已提上日程，如大型纖維增強(qiáng)塑料粘接制品報(bào)廢后需要解體怎么辦?在書刊裝訂與包裝紙器制造方面也存在這個(gè)問題，因?yàn)樗鼒?bào)廢后紙張要循環(huán)使用，其中粘接材料熱熔膠不解粘會(huì)對(duì)此造成不良影響。熱熔膠解粘手段之一就是使其分解，而分解又有水與堿的分解和生物分解兩個(gè)方法。
(1)水與堿分解[3]
熱熔膠能用熱水或加堿解粘，必須具備水溶性或水分散性。具備此性能的熱熔膠主要有三種類型。
聚乙烯醇(PVA)型：具備此功能的膠粘劑必須是部分醇解的PVA，醋酸基含量較高(50％-80％)，聚合度要低(小于500)，一般不單獨(dú)使用，其中要加入增塑劑等助劑。
丙烯酸型：含羧基量較高的丙烯酸型聚合物可用堿分解或分散，而且由于羧基的存在粘合力也可以提高。
聚酯型：此類膠耐濕、耐熱性能良好，如用作水解性膠必須在其中引入親水性基團(tuán)，其中有羧基，更好的有硫酸基。此類膠的功能化必須考慮耐水性與水解性的平衡。
(2)生物分解性[4]
紙包裝容器用膠量雖然很少，但它對(duì)包裝物再漿化影響很大。造紙過程中有時(shí)在原始纖維中加入一些由包裝等廢料回收的紙，傳統(tǒng)的熱熔膠不降解，它會(huì)使新制的紙張出現(xiàn)針孔與疵點(diǎn)，影響印刷和美觀。
目前，市場(chǎng)銷售的生物分解性聚合物以天然類居多，合成類幾乎為聚酯型熱熔性聚合物，其中聚乳酸類令人非常感興趣。所以這樣，一方面它可以被微生物分解；另一方面它還可以由可再生資源藉微生物發(fā)酵形成的乳酸制備。植物將空氣中的CO2藉光合作用將其轉(zhuǎn)化為醣類，微生物又將其轉(zhuǎn)化為乳酸；所制得的聚乳酸用過后又經(jīng)微生物變成CO2釋放到空氣中。取之自然，回歸自然，這個(gè)CO2生命循環(huán)是持續(xù)發(fā)展型材料理想的循環(huán)方式。
此類膠的功能化也需要注意相反性能的平衡性。
脆性與柔性的平衡。聚L—乳酸(PLLA)均聚物可以由乳酸自聚或其二聚體丙交酯開環(huán)聚合制備。其玻璃化溫度55～60℃，熔點(diǎn)約170℃，拉伸強(qiáng)度50MPa，斷裂伸長(zhǎng)2％，說明其熔點(diǎn)高、較脆，如用作膠粘劑需加入柔性組分。聚ε—己內(nèi)酰胺(PCL)玻璃化溫度約-60℃，熔點(diǎn)約61℃，拉伸強(qiáng)度20MPa，而斷裂伸長(zhǎng)達(dá)1000％。PLLA與PCL及其共聚物均能在生物環(huán)境中降解。有人對(duì)以mol比為81：19的PLLA／PCL的聚乳酸基熱熔膠做了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明該共聚物是包裝用生物降解膠粘劑有潛力的取代者。與傳統(tǒng)非降解乙烯-醋酸乙烯(EVA)型熱熔膠相比，其大部分被測(cè)的，如適用時(shí)間、硬化時(shí)間、粘度、重量損失以及拉伸強(qiáng)度、搭剪強(qiáng)度和伸長(zhǎng)值等性能，兩者均相當(dāng)。
分解性與穩(wěn)定性的平衡。未經(jīng)處理的PLLA／PCL共聚物的粘接件，其機(jī)械性能隨樣品幾何形狀而不同，有的幾日內(nèi)即可分解，而該聚合物加工過程中分解也很嚴(yán)重。增強(qiáng)穩(wěn)定性的方法是樣品在加工前進(jìn)行干燥，在N2的氣氛保護(hù)下進(jìn)行的加工，更有效的是對(duì)未經(jīng)處理過共聚物用過氧化物和醋酐處理。穩(wěn)定化的熱熔膠在食品等類似包裝加工中分解性不再成為問題。
2 螺旋鎖固—膠粘劑的通用性
螺旋鎖固最初采用機(jī)械方法，后來發(fā)展到用膠鎖固，從接頭形式、受力情況上看這是較為簡(jiǎn)單的一種粘接。螺旋鎖固還包含著膠粘劑在一定強(qiáng)度基礎(chǔ)上緩沖、密封等功能。隨此法應(yīng)用的擴(kuò)大，具有鎖固能力的膠粘劑也在不斷變化，有人將此變化分為四代[5]。各代的劃分是按時(shí)間早晚、還是按技術(shù)水平的高低?尚不得而知，但從中可以看出，脫VOC、高效率、通用性等性能要求在不斷改進(jìn)，其中通用性的特點(diǎn)最為突出。
(1)低／無VOC化
揮發(fā)性有機(jī)溶劑(VOC)在膠粘劑中存在，使用時(shí)有發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)，而且對(duì)環(huán)境與人類健康影響也不利，因而目前迫切要求從膠粘劑中將其脫除，實(shí)現(xiàn)低／無VOC化。據(jù)此，已有此功能的水基膠、熱熔膠以及100％反應(yīng)性等膠粘劑在其他方面得到應(yīng)用與推廣；而螺旋鎖固，其用膠因此也從第1代發(fā)展到第2代。
第1代鎖固膠為溶劑型膠粘劑。它是將可溶性樹脂溶于溶劑中，將制得膠液涂于螺旋上，鎖緊后藉溶劑揮發(fā)形成鎖固力。此類膠固化慢、強(qiáng)度低，只能在粘度較低的情況下才能均勻地涂布，因而產(chǎn)生強(qiáng)度的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)，所以應(yīng)用有限，只能用于弱電部件上的小螺釘和只需極小鎖固力通用螺釘?shù)逆i固。
第2代鎖固膠為厭氧型膠粘劑，由于溶劑型鎖固膠存在上述問題，它便應(yīng)運(yùn)而生。厭氧型鎖固膠由丙烯酸型單體、引發(fā)劑、促進(jìn)劑及其他助劑構(gòu)成。依靠隔氧下阻聚作用的減弱和被鎖固金屬表面的催化發(fā)生自由基聚合而固化。此膠的優(yōu)點(diǎn)是：?jiǎn)谓M分、無溶劑、粘度低、操作容易；不用光和熱，常溫下隔絕空氣就可固化；強(qiáng)度高、固化快、且兩者可以據(jù)要求選擇；耐化學(xué)藥品性能好等。缺點(diǎn)是：其強(qiáng)度與被粘材料有關(guān)，由于不同金屬催化作用的差異，此膠只能對(duì)銅、鐵等活性表面才能有較好的效果，對(duì)非活性或抑制性表面，需涂表面處理劑才能完成鎖固。而且操作不便、效率不高。主要用于螺釘及嵌合面的密封和需要強(qiáng)度的螺旋鎖固。
(2)高效率
上述兩代鎖固膠均操作不便、效率較低，所以此膠便向下一代發(fā)展。
第3代鎖固膠為微囊型膠粘劑，有丙烯酸與環(huán)氧兩種類型。微囊型鎖固膠是將雙組分之一置于微囊，再將其混入另一組分之中。此膠用前預(yù)先涂于螺旋之上，所以也稱其為預(yù)涂型鎖固膠。螺旋扭緊后，微囊破裂，主劑與固化劑接觸而反應(yīng)，完成鎖固。此膠的優(yōu)點(diǎn)是：可以預(yù)涂，使裝配效率大大提高，適于生產(chǎn)線上操作；應(yīng)用面廣，大小螺釘均可使用；被粘材料沒有限制。缺點(diǎn)是這類膠涂布時(shí)還需要一定的溶劑。
(3)通用性
鎖固膠發(fā)展到第3代之后，對(duì)于大量使用螺釘裝配的汽車與家電行業(yè)來說提高了效率，滿足了生產(chǎn)線的操作需要，但螺旋緊固卻不僅限于此。例如橋梁、鐵塔、列車及大型建筑物等有時(shí)因螺栓松動(dòng)、脫落造成事故；其次在室外或雨中施工以及售后服務(wù)性維修等均不會(huì)在生產(chǎn)線上操作，這就提出了通用性問題。
第4代鎖固膠是以通用性、長(zhǎng)期保存性為目標(biāo)，在第3代微囊技術(shù)的基礎(chǔ)上改進(jìn)形成的無溶劑鎖固膠。因其狀態(tài)處于液體與固體之間(生膠膠漿狀)，操作方便；因其為微膠囊型，在60℃下可保存200天，貯存期長(zhǎng)；因非厭氧型，大口徑螺旋，寬縫隙也適用，有粘合、密封兩方面功能；也是因非厭氧型，被粘材料無限制，對(duì)于塑料螺釘也可鎖固。概括地講，由于高鎖固力即高性能的要求，鎖固膠由第1代進(jìn)入第2代；由于生產(chǎn)效率的要求由第2代向第3代發(fā)展；由于高可靠性基礎(chǔ)上通用性要求，又發(fā)展到第4代，在第1到第4代發(fā)展過程中完成了溶劑型向無溶劑型的轉(zhuǎn)化。但到第4代為止，發(fā)展并未結(jié)束，其類別在擴(kuò)展，多功能化還在進(jìn)行。與環(huán)境相容、適于螺釘循環(huán)使用的，被稱之為第5代鎖固膠即將出現(xiàn)。
3 結(jié)構(gòu)性粘接－性能的平衡性
結(jié)構(gòu)性粘接是受力狀況與接頭類型較為復(fù)雜的一種粘接形式。而且對(duì)其性能要求也不能像過去那樣，只要某種強(qiáng)度達(dá)到要求就大功告成。因應(yīng)用不同對(duì)結(jié)構(gòu)粘接又提出了新要求，如常溫快速固化、性能平衡與專用多樣化等，這里較為重要的性能平衡。
(1)常溫快速固化
結(jié)構(gòu)粘接，尤其是大型結(jié)構(gòu)件粘接中常溫固化非常重要。實(shí)現(xiàn)大型件加熱的條件比較困難，更主要的是加熱時(shí)會(huì)浪費(fèi)能源。其次是一些結(jié)構(gòu)件膠接需批量進(jìn)行，固化時(shí)間長(zhǎng)會(huì)影響整個(gè)工藝過程的進(jìn)度。第2代丙烯酸型膠粘劑(SGA)能滿足此要求。
雙組分SGA是由含丙烯酸型單體、彈性體、有機(jī)過氧化物引發(fā)劑和穩(wěn)定劑等的一個(gè)組分和含丙烯酸型單體、彈性體、固化劑等另一組分構(gòu)成，兩者接觸即開始自由基聚合反應(yīng)，即使較低的溫度下，也可以在較短的時(shí)間(數(shù)分鐘到十多分鐘)之內(nèi)固化[6]。一般的彈性膠粘劑也可以常溫固化[7]。金屬與塑料結(jié)構(gòu)粘接方面，也開發(fā)了一類快速固化型膠粘劑[8]。
(2)性能的平衡性(Balance)
前述裝訂包裝用膠中，曾談到耐水性與水解性、脆性與柔性等相反性能的平衡，結(jié)構(gòu)粘接也存在這個(gè)問題。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)粘接的接頭在使用中要承受各種各樣的力，不僅要求剪切強(qiáng)度，還要求剝離強(qiáng)度；不僅能承受靜負(fù)荷，還應(yīng)能承受動(dòng)負(fù)荷，即要求性能的平衡性。為此膠粘劑必須具備一定的彈性，相對(duì)伸長(zhǎng)要達(dá)到25％～50％。彈性結(jié)構(gòu)膠粘劑等所以具備此功能主要決定于其特殊結(jié)構(gòu)。例如，由液態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹脂(DGEBA)和端甲硅烷基聚環(huán)氧丙烷(DMSi—PPO)構(gòu)成的彈性環(huán)氧樹脂膠粘劑具有此性能，是因?yàn)槠涔袒蟪氏喾蛛x結(jié)構(gòu)：DMSi—PPO為連續(xù)相；DGEBA固化物為分散相，以顆粒形式分散于連續(xù)相之中，固化物起有機(jī)填料作用，滿足性能平衡性要求[9]。SGA也具有類似的“海島結(jié)構(gòu)”，“海”相為彈性體，“島”相為固化的丙烯酸型聚合物。此結(jié)構(gòu)具備堅(jiān)韌性，剪切強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度與耐沖擊強(qiáng)度均很好[6]。
(3)專用多樣化
結(jié)構(gòu)粘接本身對(duì)膠粘劑的性能要求就高，如果用于具體部位還會(huì)有更高的要求，這就必須賦于其新的功能，成為專用的功能性結(jié)構(gòu)膠[10]。對(duì)于某一應(yīng)用，此專用膠一般不只一種，出現(xiàn)專用膠的多樣化現(xiàn)象。下面以汽車結(jié)構(gòu)粘接為例對(duì)此做以明。①用高彈性環(huán)氧與點(diǎn)焊并用的點(diǎn)焊膠接(weldbonding)技術(shù)，在車體結(jié)構(gòu)不做大型改動(dòng)情況下提高車體的剛性；②將以分散丙烯酸型聚合物顆粒環(huán)氧樹脂為主體的預(yù)固型膠粘劑，用作具有暫時(shí)固定功能的卷邊膠，已用于車體、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、后箱蓋等部位，它可油面粘接也是一個(gè)重要的功能；③采用高衰減性環(huán)氧膠粘劑提高振動(dòng)衰減能、改善振動(dòng)特性；④采用雙甲基丙烯酸型厭氧膠在發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱裝配中鎖固螺旋，用微囊型環(huán)氧膠進(jìn)行拆卸多次的螺栓鎖固；⑤將柔韌性聚氨酯膠制外板用于后車門，它可吸收因成型中變形產(chǎn)生的應(yīng)力。
4 飛機(jī)結(jié)構(gòu)粘接—使用的耐久性
飛機(jī)結(jié)構(gòu)粘接是在接頭形式、受力狀況、被粘材料以及使用氛圍等方面非常復(fù)雜的一種粘接，它對(duì)膠粘劑的性能要求高、內(nèi)容多，隨著航空工業(yè)的發(fā)展，要求還在變化，內(nèi)容繼續(xù)增加，而且要求更加苛刻。航空結(jié)構(gòu)膠的發(fā)展幾乎包含了高性能化、功能化的全部?jī)?nèi)容。由于其應(yīng)用的特點(diǎn)，又提出了更為重要的使用耐久性的要求，使得其功能化向更高的目標(biāo)前進(jìn)。航空結(jié)構(gòu)膠的發(fā)展，大致可以分為4個(gè)階段[11，12]。
第1階段(20世紀(jì)初～30年代末)—性能改進(jìn)階段這個(gè)階段主要使用天然膠，萊特兄弟第1架飛機(jī)木材和紡織物的粘接，用的就是動(dòng)物蛋白基膠。該膠耐濕性不好，后來換成乳基酪素膠，雖耐濕性有所改進(jìn)，但在潮濕氣氛中，時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)失效。1931年福克飛機(jī)的墜落，標(biāo)志這個(gè)階段的結(jié)束。想用天然膠解決耐濕等性能問題，走進(jìn)了死胡同。
第2階段(第2次世界大戰(zhàn)～20世紀(jì)70年代初)—高性能化、功能化階段這個(gè)階段由于合成高分子科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，為膠粘劑性能提高創(chuàng)造了有利的條件。而膠粘劑的高性能化與功能化，滿足了使用中各種高性能要求，完成了膠種從天然膠到合成膠的轉(zhuǎn)變；被粘材料由木材、鋼鐵向鋁合金、復(fù)合材料的轉(zhuǎn)變；粘接結(jié)構(gòu)由單純的板金到板金與蜂窩夾層板復(fù)合結(jié)構(gòu)、由有孔峰窩向無孔蜂窩的轉(zhuǎn)變。結(jié)構(gòu)膠的類別與系列逐步增加，基本滿足性能要求。這時(shí)耐久性的解決便提上了日程。
第3階段(70年代初～80年代末)—解決使用耐久性—高功能化階段早期飛機(jī)結(jié)構(gòu)粘接一直對(duì)耐久性沒有引起注意。第1階段的萊特兄弟飛機(jī)，雖然動(dòng)物膠耐水性差，但當(dāng)時(shí)飛行時(shí)間短、而且在天氣好的時(shí)候才飛行，問題未被發(fā)現(xiàn)。福克飛機(jī)的墜毀籠統(tǒng)地說是木結(jié)構(gòu)的破壞，是木材破壞，還是膠接破壞?不得而知。第2階段的第一架噴氣式客機(jī)重大事故—德哈威蘭慧星號(hào)飛機(jī)墜毀，它是用合成彈性體改性酚醛進(jìn)行主承力結(jié)構(gòu)膠接的，當(dāng)時(shí)認(rèn)為事故原因是此膠耐久性不好。然而，后來證明事故是金屬疲勞造成的，而此類膠耐久性還相當(dāng)不錯(cuò)。因?yàn)楫?dāng)時(shí)表面預(yù)處理方法所形成的氧化層的較薄弱，所以早期環(huán)氧—鋁膠接結(jié)構(gòu)耐久性差，而且在濕氣與循環(huán)負(fù)荷下，許用應(yīng)力明顯下降。人們從中獲得啟示：解決膠接問題，不能只孤立地考慮膠粘劑的性能，要把膠接接頭作為一個(gè)體系，綜合各種性能要求，使其接受耐久性考驗(yàn)。這個(gè)階段航空結(jié)構(gòu)粘接的最大成就是，波音公司鋁材表面磷酸陽極化預(yù)處理方法的引入和美國空軍主承力膠接結(jié)構(gòu)技術(shù)(Primary Adhesively Bonded Structure Technology，縮寫為PABST)計(jì)劃的實(shí)施。PABST計(jì)劃依據(jù)上述觀點(diǎn)，在磷酸陽極化工作的基礎(chǔ)上，首先在膠粘劑制備技術(shù)上加以改進(jìn)，再在多家試驗(yàn)室中予以證實(shí)，最后轉(zhuǎn)入機(jī)身全尺寸段件試驗(yàn)，進(jìn)行了包括濕熱環(huán)境條件下低頻循環(huán)實(shí)驗(yàn)在內(nèi)的大量、反復(fù)及綜合研究，最后取得成功。其意義在于：為鋁材獲得最高耐久性指明了方向；推動(dòng)了機(jī)身結(jié)構(gòu)在成本、重量、完整性與耐久性等綜合性能的改進(jìn)；成功地研制了一系列耐久性好、與鋁板金和蜂窩夾層結(jié)構(gòu)相匹配的膠粘劑；為其他如鈦合金、樹脂基復(fù)合材料等用膠粘劑的開發(fā)開闊了思路。
第4階段(90年代～現(xiàn)在)—解決與環(huán)境相容性—高功能化、智能化階段PABST計(jì)劃在航空航天用膠粘劑發(fā)展史上具有重要意義，為膠粘劑在此領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但近年來膠粘劑技術(shù)發(fā)展并沒停止。如果說上一階段是以接頭為體系考慮膠粘劑性能提高的話，這個(gè)階段之主要是以整機(jī)為體系來考慮膠粘劑高性能化與功能化的。以戰(zhàn)機(jī)為例，噴式戰(zhàn)斗機(jī)已發(fā)展到第4代，其設(shè)計(jì)思想發(fā)生了很大變化，空戰(zhàn)樣式從尾追攻擊、近距離格斗發(fā)展到全面攻擊、中距離作戰(zhàn)。第4代戰(zhàn)機(jī)如F—22要求高機(jī)動(dòng)性、隱身性、超音速巡航，高可靠性和長(zhǎng)壽命。這對(duì)當(dāng)年“更高、更快、更遠(yuǎn)”(higher，faster and farther)目標(biāo)提出了更新的要求與內(nèi)容，膠粘劑高性能化與功能化必須與之相適應(yīng)；另外，從節(jié)約軍費(fèi)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略出發(fā)，美國空軍在原高性能要求的基礎(chǔ)上，又提出了“更久、更廉、更綠”(older，cheaper and greener)的要求[13]。因此，近年來除應(yīng)用膠種和性能更優(yōu)異的膠粘劑不斷出現(xiàn)外，環(huán)境相容(environmentallyfriendly)膠粘劑的開發(fā)也有了新進(jìn)展。例如，不含石棉、亞甲基雙(4—苯胺)等致癌可疑物質(zhì)的高溫膠已研制成功，而溶劑型底膠正向低VOC底膠或無VOC的無機(jī)底膠和水基底膠方向發(fā)展[14]。正在醞釀中的第5代軍機(jī)為智能化的飛機(jī)，要采用精巧設(shè)計(jì)與材料，航空用膠也要隨之發(fā)展。
5 智能化—功能化的發(fā)展
(1)智能化的提出
粘接應(yīng)用由簡(jiǎn)到繁、性能要求由低到高，膠粘劑隨之也從高性能化向功能化發(fā)展。在功能化過程中，目前有一種新的功能非常引入注目，這就是生物材料具備的特殊優(yōu)異功能。一般材料在負(fù)荷和外界因素長(zhǎng)期作用下只會(huì)性能下降、劣化，無修復(fù)、再生的能力，而生物材料卻有此功能。工業(yè)上稱賦有此功能的材料為智能材料(Intelligent material)，其“智能”是通過三個(gè)互相聯(lián)系的部分實(shí)現(xiàn)的：感知外部影響的傳感器(sensor)部分，相當(dāng)于生物的知覺神經(jīng)，具判斷功能；將其做出正確判斷和適當(dāng)處理的處理器(Processor)部分，相當(dāng)于腦部，具判斷功能；起恢復(fù)、再生作用的執(zhí)行器(Actuator)部分，相當(dāng)于生物肌肉骨骼，具應(yīng)答功能。三者互相作用，形成其智能。膠粘劑作為材料之一，所以對(duì)生物所具備的這種功能感興趣，要求智能化，是因?yàn)槠湓谡辰舆^程中遇到了難以解決的問題。
粘接作為連接方式，較之螺接、鉚接等機(jī)械連接方式有許多優(yōu)點(diǎn)：連接勿需附加物，結(jié)構(gòu)緊湊，表面美觀，且有密封性能，廣泛應(yīng)用于輕量制品的裝配之中。但其有兩大缺點(diǎn)：一是粘接破壞，通常產(chǎn)生于膠層應(yīng)力集中的部位，而且一旦破壞就不能停止，一直延伸下去；再一是粘接完成后就不能將其剝離、解體，即無粘接的可逆性。這兩個(gè)問題不解決，粘接的應(yīng)用與推廣就受到限制，而其解決則寄希望于智能化。
(2)粘接的智能化探索
所謂智能化，就是將上述生物材料所具有的三方面特殊功能全面地在材料中再現(xiàn)，從這個(gè)角度看，膠粘劑距完全智能化的目標(biāo)路程還較遙遠(yuǎn)。但是即使不能全面實(shí)現(xiàn)這些功能，材料本身僅具有其中一小部分，如修復(fù)、愈合功能，或降低、緩和應(yīng)力的功能，對(duì)于防止粘接破壞都是非常有價(jià)值的，也可以將其看作智能化的一個(gè)部分。
粘接的兩缺點(diǎn)之一的可逆性問題，前面已做討論，不再重復(fù)。主要對(duì)另一個(gè)—防止粘接破壞問題做以研究。
目前，在阻止破壞或遇破壞進(jìn)行修復(fù)、愈合方面的嘗試有：開發(fā)能藉其變形緩和與減小應(yīng)力的膠粘劑，如彈性膠粘劑和SGA，這點(diǎn)前面已做過介紹；其次，通過粘接接頭形式或形狀變化，增加本身強(qiáng)度，或緩和應(yīng)力，例如將接頭由單搭接變成雙搭接，斜削式搭接到楔式及階式搭接，以增大粘接面積，再如用等厚階式搭接變成不等厚階式搭接，使接頭由呈不等剛性到呈等剛性，以此改善粘接性能，防止破壞[15]；再一個(gè)是高分子復(fù)合材料的自愈合。熱和疲勞等原因誘發(fā)的微裂紋是高分子膠粘劑由來已久的問題，結(jié)構(gòu)高分子材料中裂紋會(huì)降低其力學(xué)性能，使微電子元件產(chǎn)生電子故障。美國伊利諾伊大學(xué)對(duì)此進(jìn)行了研究，找到了自愈合辦法，這個(gè)結(jié)果發(fā)表在英國2001年2月15日出版的“自然”雜志上。簡(jiǎn)要做法是，將裝有愈合液、直徑為0．05mm～0．2mm的微膠囊和能使愈合液固化的催化劑微粒多種組分混合、固化，形成以環(huán)氧樹脂為基礎(chǔ)的復(fù)合材料，一旦內(nèi)部出現(xiàn)裂紋，微囊就會(huì)破裂，愈合液流出充滿裂隙，當(dāng)與催化劑接觸時(shí)，就會(huì)固化而自愈合。這種具有生物材料自愈合、自恢復(fù)功能的材料即將投入使用。
6 結(jié) 語
通過對(duì)紙粘合、螺旋鎖固、一般結(jié)構(gòu)到航空結(jié)構(gòu)粘接這幾個(gè)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜粘合實(shí)例的分析，可以歸納出下述幾點(diǎn)看法：
(1)隨著應(yīng)用需求的多樣化，不能再只孤立地考慮膠粘劑本身，而要將其放在接頭、粘接構(gòu)件以至包含粘接結(jié)構(gòu)的整體體系中進(jìn)行考察，由此，對(duì)膠粘劑提出了通用性、粘接可逆性、性能平衡性與使用耐久性等更高的性能要求，進(jìn)而推動(dòng)了膠粘劑向高性能化、高功能化、多功能化和智能化方向發(fā)展。
(2)膠粘劑的高性能化是其粘合性相關(guān)強(qiáng)度等性能的提高，是功能化的基礎(chǔ)；而智能化則是膠粘劑滿足更高性能要求時(shí)其功能化的發(fā)展。所以功能性膠粘劑的“功能特殊性”指的不是單純的高性能，應(yīng)該指在其基礎(chǔ)上不同一般的高功能與多功能。
(3)膠粘劑這種特殊功能主要包括兩個(gè)方面：一是使其粘接部分滿足高使用性能要求的功能；一個(gè)是使其在無或少負(fù)面影響，或有效益條件下進(jìn)行操作、使用和分解、破壞的功能。這里所說的“效益”，包括經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。尤其是后者，由于人們對(duì)生態(tài)破壞、環(huán)境污染的憂慮和對(duì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的思考，與提高效率、節(jié)省資源、節(jié)約能源與保護(hù)環(huán)境等有關(guān)的后一方面功能，已引起廣泛重視。這不僅出自科技人員的良知，更重要的是來自嚴(yán)格法規(guī)的制約。
(4)對(duì)膠粘劑性能要求的不斷提高，為其研制增加了難度，是一個(gè)挑戰(zhàn)；但也是一個(gè)機(jī)遇，為其功能化提供了良好的發(fā)展空間。性能要求的提高促進(jìn)了膠粘劑多樣化與高功能化；反過來，膠粘劑的高功能化、多功能化以至智能化，能更好地滿足各方面的需要，將促進(jìn)其本身和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。
