1.膠水的選型

1.1被粘材料的種類與性質（金屬塑膠陶瓷木材）

1.1.1材料的種類，對應材料的CTE熱膨脹系數等（應力問題）

膠水要形成粘接要有兩個條件：

a.膠水在基材的表面良好的浸潤；b.粘接的界面具備一定的粘接強度。

而目前較為成熟的粘接理論主要有五類：

a.吸附理論：膠黏劑與基材表面分子距離近1nm左右時，存在分子間的作用力，即范德華力作用（取向力，誘導力，色散力）,力的作用，形成良好的粘接。

b.擴散理論：膠黏劑與基材表面分子之間相互擴散，形成分子的纏結，金屬與陶瓷的擴散形成牢固的界面擴散層，進而形成良好的粘結。

c.靜電理論：所有的原子都有一定的電負性，當膠黏劑與基材之間存在著較大電負性差異時，兩者之間形成靜電吸引，形成靜電力，從而在粘接的過程中發揮作用。

d.機械互鎖理論：基材表面粗糙多孔，膠粘劑在滲透到基材表面的孔內，凹坑中，固化后膠水與基材形成互鎖。

e.化學鍵理論（主價鍵力）：膠黏劑表面化學鍵與基材表面的化學鍵之間發生反應在界面形成化學鍵結合（離子鍵，共價鍵，配位鍵），如氨基與羧基，羥基與羧基等。又如對表面能較低的基材進行O2、NH3的plasma處理，增加基材的表面的氨基與含氧官能團，實現化學接枝，進而增加與膠黏劑之間的化學鍵合，增強粘結強度。

其實這幾類粘接理論都只是適用于某些粘接的情況。總體來看，膠黏劑要形成粘接，就是要實現膠黏劑的擴散，浸潤，膠水與基材之間表面張力的差異，通過吸附、擴散、靜電吸引，機械互鎖，形成化學鍵進而實現膠水在不同基材表面的粘接。

所以這也就為什么不同膠水適用于不同的基材，這與膠水本身的結構成分，基材的表面結構成分，都是息息相關。這也是材料學的一句老話，結構決定性質，性質決定性能。

所以膠水的選型，對于基材的考察是必要的。

再例如在很多光學鏡片，或是顯示面板燈領域，膠水與基材的CTE的差異會對于產品的性能產生巨大影響。

如UV膠粘接手機攝像模組的感光芯片與紅外濾光片時，就有案例因為膠水與基材熱膨脹系數的差異較大，導致后續熱處理過程中，導致了紅外濾光片的開裂。因而膠水的選型，一定要考慮基材與膠水的熱膨脹系數（CTE）的差異。

當然材料的彈性模量，強度大小也是要考慮的。這里不做詳細討論。

1.1.2材料的表面能（決定是否好粘，是否需要表面處理）

材料的種類確定后，還要考慮基材的表面能。在數值上表面張力與表能大小相等，要好粘，從粘接界面的微觀受力來看，膠水的表面能要小于被粘接基材的表面能。因而對于低表面能物質表面，膠水是比較難以粘接牢固的，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也是表面能相對較低的，也是較難粘接的材料。因而要獲得可靠的粘接，膠水的表面能能低一些，而被粘表面的相對高一些。當然也是可以通過表面處理進行表面能的改善。下面會有詳細說明。

1.2使用的環境與工作條件

1.2.1使用的環境：高低溫，高濕熱，高輻射，真空，是否存在化學介質等

膠水的使用環境及工作條件也是必須要認真考慮。膠水不同的物化性質，決定其適用于不同的粘接場合。

環氧膠強度高，耐化學介質，化學穩定性好，熱收縮率相對低，尺寸穩定性較好，但相對來說比較脆。因而環氧膠比較適合粘接強度較大的，同時對于存在化學介質腐蝕的場合也較為適用。但對于交變載荷作用的場合，需要對環氧膠進行增韌改性，否則容易產生疲勞失效。

厭氧膠對于在空氣介質，或是開放界面場景不太適用，影響固化，所以為什么厭氧膠較為適合作為螺紋膠使用，金屬基材對于固化有促進作用，同時螺紋的密閉結構能夠隔絕氧氣，進而在無氧的條件下可以產生自由基，引起聚合反應，形成鏈的增長到最終的鏈的終止，形成固化。

而UV膠與瞬干膠的主要特點就固化速度快，因而對于需要快速固化，實現自動化生產的場合，UV膠，瞬干膠具有較為廣闊的應用。

而聚氨酯膠的耐低溫性能較好，同時也有聚氨酯熱熔膠在密封，電子器件粘接，電子電路的灌封應用較廣。

聚氨酯膠黏劑的硬度可調，通過聚醚醇或是聚酯醇軟段與異氰酸酯硬段比例的不同可調節聚氨酯的硬度，使其具有一定的彈性，在一些存在振動的場合，比較適合使用，如汽車的擋風玻璃的邊界固定安裝。

而有機硅密封膠，高溫耐受較好，同時能承受高低交變的溫度的環境，適用于環境溫度多變的場合。

因而對于膠水的選擇一定要考慮使用的場合，選擇適合場景的膠水才能形成良好的粘接，具備長的使用壽命。

1.3性能要求

其實這也是上面所說的，要獲得一定強度的，耐受性的結合面，膠水的選擇一定要考慮。比如對于拉伸強度要達到20-30MPa的接頭，那對于膠水的選擇就要注意，因為有些膠水形成接頭的拉伸性能遠遠達不到以上的要求，因而只能夠某些高粘結強度膠水的選擇。

1.4固化條件

膠水的選型也要考慮固化的條件，是否需要專用的固化設備。

如是否需要加熱，對于固化的溫度是否有嚴格要求，UV燈具，濕度等固化設備，同時也要考慮是否需要膠水混合的設備（雙組份的膠水），或是真空脫氣泡的設備等。于此同時也要考慮膠水的開放時間（可操作性時間）以及膠水的存儲器，預固化時間。比如有些膠水應用場景是人工手工上膠，那要重點考慮開放時間盡可能的長一些的膠水。

固化條件設計的細節點較多，對于膠水的選擇具有重要的意義。

1.5成本

根據用量，產品的性能需求評定需要評定成本，尤其是企業生產，成本的管控都是較為嚴格的，因而高性能的膠水的選擇也是需要考慮成本，總之要兼顧性能與成本，達成一個相對平衡。

2.粘接接頭的設計

通常膠接的連接形式相對于焊接，鉚接，螺釘連接有一定的優缺點。

優點：

1.接頭內應力分布均勻

2.可連接不同的材料（同種或是異種材料）

3.適合連接薄的材料，對于不同厚度的材料均可以進行連接

4.連接過程屬于低熱甚至常溫的加工過程，不會因為熱的影響導致連接部件的內部結構的變更（連接過程較為溫和）

5.膠黏劑較好的隔離外界腐蝕介質，且自身也是一種絕緣物質，可減少基材件的電化學腐蝕

6.不存在類似鉚接與螺釘孔導致基材強度弱化的問題

7.交接不用如同螺釘連接，或是焊接一樣需要考慮部件的尺寸配合問題

8.膠水連接可以有一定彈性，可在有震動的場合使用

缺點：

1.膠水接頭對于高低溫度較敏感，使用溫度受限

2.抗沖擊及剝離強度相對低，易失效

3.有蠕變的趨勢

4.有些類型的膠水的完全固化時間較長，影響生產效率

5.對于表面能低，或是存在臟污的基材需要進行特定的表明處理

6.接頭加工為一次性加工，不存在二次調整可能

7.對于熱膨脹系數差別大的材料存在開裂風險

從以上來看，膠接接頭優缺點都很明顯，因而接頭的設計盡可能的揚長避短。

接頭的結構形式有對接，斜接，搭接等。接頭結構形式需要根據實際的應用場景進行確定，但應盡可能的是應力分布均勻，獲得最大的粘接力，減少外部對于膠層的多重受力。

為了提高粘膠強度，盡可能的增大粘接面積，且對于基材的表面可進行一定程度的粗糙化。當然也需要考慮膠水在接頭的施膠工藝。同時盡可能的使接頭的固化方便，快速，完全。

接頭的尺寸，主要是縫隙，粘膠寬度，粘接面積等需要正確的考慮。例如膠水填充的縫隙的大小一般適合0.05-0.5mm之間，具體數值需要根據膠水的粘度（流動性），連接作用確定。

3基材的表面處理

基材的表面處理主要是為了提高粘接的強度，通常有以下幾類處理方式：

3.1機械處理（磨銑車，噴砂表面粗糙化，拋光等）

機械處理作用是為了出去基材表面的臟污，鐵屑，氧化皮，這些基材的表層物質會極大程度的影響粘接的強度。當然有些為了獲得膠水與基材的機械互鎖作用，會增加基材的表面粗糙度，如通過機加，噴砂，或是激光打標獲得一定的表面粗糙度，或是構建表面織構圖案實現膠水的浸潤，粘接面積的增加。

3.2化學預處理（酸洗，堿洗去油脂，其他液體溶劑的超聲清洗浸泡，干燥）

化學處理主要是針對基材表面的油脂，臟污，通過化學溶劑，酸堿液進行清洗能很好去除，同時結合超聲振動處理，對于微小縫隙的臟污也能清洗干凈。當然也有些膠水能夠實現油面粘接，如第二代丙烯酸樹脂膠（SGA），部分有機硅膠。因而對于工作環境就是油面的場景，可以考慮這兩種膠水。

3.3物理預處理（烘烤，電暈處理，低壓等離子體處理）

物理預處理主要是針對表面能較低的部件需要采用處理工藝進行處理獲得較為理想的粘接界面。

處理的方式主要有烘烤，電暈處理，這些主要是增加塑膠基材的表面能。通過烘烤，電暈處理，塑膠材料表面被氧化，表面的含氧官能團增加，使得表面能增加。

低壓等離子體處理也有類似的作用，等離子體處理主要是對于基材有轟擊，清洗，刻蝕，化學接枝，甚至薄膜制備等作用。對于低表面能物質，經過等離子體處理，根據電源能量的不同，氣壓，通入的工作氣體，基材的表面會顯現不同的狀態。

O2，NH3等離子體的處理一般會增加基材表面的表面能，Ar N2或是混合氣體的等離子體的處理對于基材的表面清洗作用明顯。在高能量的等離子體的，且具有一定偏壓的情況下，對于基材能起到表面粗化的轟擊作用。

一般電暈，或是等離子體處理后的基材，越早粘膠，處理對于提升粘接強度的效果越好。因而物理預處理主要能不同程度的提升表面能，以獲得良好的粘接效果。

3.4其他處理（底涂劑處理等）

有些膠黏劑與基材的粘接效果差，需要進行底涂劑處理，再進行施膠，如肟型單組分室溫固化硅橡膠

4施膠工藝

根據膠水的不同形態會有不同的膠黏劑的涂覆方法：

1液體膠施膠：刷子刷膠，輥涂涂覆，點膠機點膠（自動化產線），噴涂，絲網印刷(PCB板涂膠)，手動玻璃棒涂覆。膠水的涂覆都是盡可能均勻，厚度一致。

2固體膠：加熱熔融成液體，再手動或是機械涂覆到工作面。比如熱熔膠。

3粘接薄膜：膠膜直接裁剪需要尺寸及形狀放在粘接部位上，或是模壓在粘接部位

4膠帶：直接粘貼在需要連接的部位或是封口的部位，主要是壓敏膠。

影響粘接效果的因素：膠水的粘度，彈性模量，熱膨脹系數，溫度，時間，基材預處理，空氣濕度，粘接設備等

5.膠黏劑的固化

1物理固化：溶劑揮發、熱熔膠加熱熔融冷卻凝固型、壓敏膠施壓固化(粘接)、混合型：熱熔壓敏膠（聚氨酯膠）。溶劑揮發型的膠黏劑中的溶劑存在危害環境，對于操作人員構成危害。目前水性膠水逐步取代溶劑揮發型膠黏劑，符合低VOC物質，RoHS及環保要求。而對于熱熔膠而言，無溶劑揮發，固化工藝簡單，在3C電子相關行業具有較好的發展前景。

2化學固化：常溫、加熱化學反應型（膠料與固化劑發生交聯反應）、光照射（UV）、電子束照射促使引發劑，引發，鏈增長-鏈終止化學反應型、濕氣固化型：空氣水氣與固化劑或是單體反應促成膠黏劑交聯反應（大多單組分膠黏劑，環氧膠除外）。大多數工程用膠都是使用發生化學反應進行固化，通過加成或是縮聚，進行交聯反應，實現鏈的增長，獲得高分子材料纏繞的立體網狀結構。

6可靠性測試與失效分析

對于膠水的可靠性，需要進行破壞性或是非破壞性的方式進行測試，確保設計的接頭，使用的膠水，固化的工藝符合要求。

1模擬工作條件進行可靠性的測試（高溫高濕，冷熱沖擊，受力疲勞，耐受介質（介質浸泡）

2接頭失效：粘接界面失效，內聚破壞失效，基材破壞失效，混合破壞失效。通過拉伸剪切等測試結合膠水廠家提供的TDS資料，確定接頭的強度。

3對于失效樣品進行分析（原因定位：膠水，施膠，固化，接頭設計，環境因素，）并進行改善優化。

以上解讀不詳，甚至錯誤之處，請指正，希望對你能有所幫助。