有了“特别难粘”的低表面能材料
看来，当代材料学家们在“粘”这个问题上已经是分道扬镳了！他们一波人在费尽心思的开发不粘水，不粘油，总之尽量什么都不沾的材料——钻石炒锅已经是小case，诸如疏水鲨鱼皮、增滑零件、自清洁面料之类衍生出来的新鲜玩意层出不穷。
不粘任何脏东西的自清洁面料
而另一波科学家们则是千方百计的研发更厉害的粘接技术，不管东西多难粘，都要想办法用胶带把它牢牢粘住！虽然从应用层面来看这两派互为攻守，但他们心里都清楚，其实大家在研究同一件事——表面能。乍一看“表面能”这词还挺高冷的，其实日常生活中这个物理量无处不在。最直接体现它存在感的就是液体对物体表面的“浸润”现象。比如，家里的女领导们睡前一定是先把油汪汪的脸清洗干净再涂上各种精华液，用广告语言说就是——做好面部清洁，营养才能更好的“被皮肤吸收”
其实这里面的原理就是，脸上的油脂会大幅降低皮肤的“表面能”，进而影响到护肤液对皮肤的“浸润”效果。而用洗面奶把脸上的油洗掉之后，皮肤的“表面能”大幅提高，此时护肤乳液就能很容易的“浸润”皮肤表面并且摊开为极薄的一层液膜。
表面能 vs 浸润性
不过作为一个“硬核”的团队，我们还想从热力学的角度更深入地挖掘一下“表面能”的真正内涵——
其实如果从微观的视角观察，所有物体的“表面”都是“残缺”的！
因为物质之所以能以某种特定的形态稳定存在，全靠内部的原子通过化学键拉住彼此相邻的原子，进而形成了井然稳固的内部结构。
但是物质表面的原子面临的情况就比较复杂了，他们身体一侧被内部原子拉住，身体的另一侧却暴露在外部，想找个同类掩护而不得。
因此，和内部原子比起来，最外层的这部分“孤独寂寞冷”的原子就具备了更大的引力势能。（低表面能材料的创新粘接技术_王新）
那么“表面原子”比“内部原子”多出来的那部分引力势能，就是“表面能”！
表面原子具有更高的能量，处于不稳定状态
其实“表面能”也属于比较“趋炎附势”的物理量，尤其是在液体对固体的“浸润效果”方面。具体来说，当液体与固体相遇，液体表面的分子就同时受到两个力的拉扯：一个是液体自身的“内聚力”；另一个则是固体表面的分子引力——范德华力。如果固体的“表面能”比较大，液体就会被拉伸摊平“浸润”固体表面。但是如果固体的“表面能”还不如液体大，那么液体绝对是要与之划清界限，不求“相濡以沫”，只求相忘于江湖……
几种材料的表面能（公开资料）
水的表面能大约是72mN/m，而玻璃是250mN/m。对于水来说玻璃属于“高表面能”材料，所以水珠会心甘情愿的浸润玻璃表面。而另一个实验对象——水银，虽然也是液态，但是内部是能量极高的“金属键”，因此表面能也就高达487mN/m。相比之下，玻璃就瞬间变成了“低表面能”材料，想拿下水银那是想都不要想！
当固体的表面能小于液体时将不发生“浸润”
然而接下来就非常戏剧性了。当压轴的实验嘉宾——表面能高达1410mN/m的金箔一出场，本来面对玻璃还很高冷的水银立刻变身傻白甜，二话不说就乖乖的和金箔“浸润”了！（此处实则为汞齐反应，借以描述表面能现象）
所以说，“表面能”的高与低只是一个相对的概念，而“浸润”效果也主要看双方选手是谁。固体如果想让液体乖乖的“浸润”，就必然要在“表面能”方面比它更加财大气粗才行！那么，在摸透了这层很微妙的关系后，研究胶带粘接技术的专家们心里就有数了。其实“粘接”这件事说起来也很简单，只要胶带的胶层与物体表面贴得足够近（小于1纳米）在他们之间“粘接力”就自然而然产生了。理论上来说，当两个理想的平面相距小于0.5纳米时，它们之间的分子引力强度可达100-1000MPa！这可是足以拖动整列火车的粘接强度！（改性丙烯酸酯乳液压敏胶的表面张力研究_王荣）
而这个微观层面的变化，体现在宏观就是胶带的粘弹态胶层充分地“浸润”物体表面。理论联系实际，对比看一下这两张电镜照片就一目了然了：
左图的胶带粘一片高表面能的塑料，胶带很容易就“浸润”了塑料表面，这是一个非常理想的粘接效果；
右图要粘的是一个低表面能的塑料，胶带未能与之“浸润”，二者的界面泾渭分明。
有效粘接 vs 失败粘接（kyodo-inc.co.jp）而如果再把右图进一步放大，就会发现情况比我们预计的还要严重——胶带与塑料的界面处存在一条几百纳米宽的缝隙！这样的尺度分子间引力趋近于0，也就是说胶带完全没粘住塑料，当施加外力二者就会沿着这条缝隙齐刷刷的分开！
失败粘接源于“浸润”不充分（kyodo-inc.co.jp）
那么，结合第一部分聊到的“表面能”与“浸润”的关系，似乎解决这个“粘不住”的问题也很简单——把胶带的表面能做得比塑料低一些不就行了？（胶接理论与胶接基础_顾继友；压敏胶表面张力对保护膜性能的影响_毛胜华）你别说，还真是这么回事！而且幸运的是大部分的工业材料表面能都不算太低，用胶带粘牢妥妥的。只不过偏偏有少数材料表面能低于30mN/m，这个数值基本上就是一个好粘与难粘的分水岭，会让大部分的胶带产品开始心虚。
主要工业材料的“表面能”分布 (www.tstar.com)更令人头疼的是，这些低表面能的材料又是聚乙烯、聚丙烯、TPO、有机硅之类应用最广泛的基础性工业材料，用他们做成的各种产品和部件无处不在！如果粘不住他们，问题可就大了！好在材料技术发展到今天，业内已经开发出不少胶带产品能用于“低表面能”塑料的粘接。比如3M的9495LE薄型双面胶带、粘个PP什么的都是手到擒来。
只是这类胶带产品的应用都比较“小清新”—— 虽说能粘住“低表面能”塑料，但是仅限于对于粘接强度要求不太苛刻的场景。
3M 9495LE薄型双面胶带可以粘接低表面能塑料
这种类型的应用其实并不能让产品变得更“结实抗造”，所以真正考验实力的“硬核”粘接，还是要看VHB™胶带！现在回看，80年代初的3M公司一定是进入了“开挂模式”！那段时间他们一下子发明了两款对世界产生深远影响的胶粘产品！一个是粘性超级弱一撕就掉的报事贴™（post-it™）；另一个就是粘接力极其强大的VHB™泡棉胶带！报事贴提高的是办公室的工作效率，而VHB™胶带则直接改变了制造业的设计和生产方式！
粘接力极强的VHB™胶带 & 粘接力极弱的报事贴™
由于具备了极高的粘接强度和超强的耐候性，同时又保持了胶带极为便利的操作性，因此VHB™泡绵胶带一出现就在很多重要的应用领域取代了传统胶黏剂和螺钉螺栓这类机械固定方案！最典型的就是在美国，甚至连建筑物厚重的幕墙都直接用VHB™泡绵胶带一粘了事！因为过去几十年里VHB™胶带从没掉过链子，所以现在美国人根本就没在怕不打螺栓幕墙粘不牢会掉下来这种事！
洛杉矶 迪士尼歌剧院 金属幕墙背后的3M VHB™胶带其实VHB™泡绵胶带之所以这么给力，主要和它特有的结构有关。只要拿普通泡绵胶带对比看一下就一目了然了：普通泡绵胶带由“聚乙烯泡绵基材+两侧胶粘剂”构成。作为基材的泡绵本身并没有粘性，必须通过泡绵两侧涂敷的胶黏剂实现粘接和密封。
而VHB™泡绵胶带则属于单层的均一材料，本身就是一整块丙烯酸聚合物泡绵。这种泡绵不光有弹性，还具备粘接性。（泡绵胶带在光伏组件边缘密封领域的应用_阴晓临）
由于VHB™的丙烯酸聚合物中不含碳碳双键，化学性能非常稳定；同时，单层结构在老化条件下也不存在多层材料的层间剥离问题。（泡绵胶带在光伏组件边缘密封领域的应用_阴晓临）
正因如此，VHB™胶带就具备了更好的耐候性和更高的粘接强度！
唯一的问题是，当遇到“低表面能”塑料，他的超强粘接力就会失灵……
其实如果辩证的来看这也很正常 —— 既然VHB™胶带连大楼都能粘住，也就意味着胶带自身具有极高的内聚力，内部分子键能必然非常大。参考前面提到的水银的例子就可以脑补出来——VHB™胶带的表面能低不了！直接的后果就是它没有办法与PE、PP、TPO之类的低表面能的材料很充分的浸润，粘接力自然也高不了！一句话概括，VHB™胶带自身的优势放到“低表面能”塑料的应用场景就又成了劣势！所以，VHB™虽说是一款大力出奇迹的胶带，但是也只能算“十全九美”。空手粘不牢“低表面能”材料这个问题就是瑕不掩瑜的那个“瑕”！其实要说VHB™胶带粘不住“低表面能”塑料也不太准确。业内专家们想到的办法就是对塑料进行“表面处理”，把“低表面能”活活变成“高表面能”！这个过程比较“残忍”，比如用等离子火焰烧，用酸性溶剂腐蚀之类。效果倒还不错，表面能的提高立竿见影！
不同表面处理方式对聚乙烯表面能的影响
（低表面能材料的创新粘接技术_王新）
然而问题就在于，“表面处理”也是一个费力不讨好的权宜之计。因为把表面能提高的这个过程就是对塑料表面进行破坏式重建，除了会影响产品的性能，还会对环境造成污染。
用等离子火焰提高材料的表面能
更要命的是，专门搞这么一道表面处理，就属于在本来很紧凑的制程中额外增加一道工序！不光生产效率大大降低，生产成本也会逆向大幅攀升！
这对于视效率和成本为生命的现代制造业来说简直是不可忍受的“政治不正确”！
于是，当看到这个bug如此令市场头疼，3M的材料学家们就又出手了！
他们在经典款的基础上进行了技术改造，推出了升级款VHB™ LSE系列泡绵胶带！
这个系列的神奇之处在于，既保持了粘的牢、耐候性好的优良传统，又解决了“低表面能”材料离开底涂剂就粘不住的行业难题！
从90度剥离强度这个测试数据来看，无论是很难粘的PP塑料，还是很好粘的不锈钢，产品LSE-160WF和LSE-110WF的发挥都很稳定！
相比之下，对照组胶带的表现就比较惨不忍睹了！这还真是现实版的不怕不识货，就怕货比货！
VHB™LSE 胶带剥离力对比（TDS及公开信息）
就像人类的历史在螺旋中前进，材料技术也是在互为攻守之间把那些看似不可能变成了司空见惯的日常！
既然已经有了“粘不住”的新材料，那么出现专治各种“粘不住”的“超级胶带”，就也是材料技术发展的必然了吧！
更多产品及应用方案请移步“胶我选app”查看
