胶黏剂与粘接技术原理.ppt

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1、材料胶接技术,绪论,应用已十分普遍，有几千年的历史（浆糊，泥墙）在高分子学科的发展之后真正作为一门学科即是合成胶黏剂出现,高分子材料五大分支之一来阐述的。基本概念：把两个或多个物体通过另外一种材料在其两相界面间产生的分子间力连接在一起，称为粘接，被粘接的物体称为被粘物，粘接所使用的材料称为胶黏剂，通过粘接得到的组件称为胶接接头（胶接件），减弱粘接称为脱粘。,胶粘剂概述,一、胶粘剂基本组成基料、固化剂、溶剂、增塑剂、填料、偶联剂、交联剂、引发剂、促进剂、增韧剂、增黏剂、稀释剂、防老剂、阻聚剂、阻燃剂、光敏剂、消泡剂、防腐剂、稳定剂、乳化剂 二、胶粘剂的分类三、常见胶黏剂成分,组成,1、基料 又称

2、胶料,是胶粘剂主要成分.2、固化剂 使单体或低聚物变为线形或网状体型高聚物。又称硬化剂、熟化剂、交联剂、硫化剂3、溶剂 4、增塑剂 降低玻璃化温度和熔融温度,改善胶层脆性,内增塑、外增塑.5、填料 降低成本,改善机械性能,降低膨胀系数6、偶联剂 同时与极性和非极性物质产生结合力的化合物.7、交联剂 在线形大分子间形成化学键8、引发剂 引起单体分子或预聚物活化而产生自由基.9、促进剂 降低引发剂分解温度或加快固化反应速度。10、增黏剂 提高初粘力,透明胶水：白乳胶，滑石粉，水，乙二醇；蔗糖；尿素；香精,分类,1、按化学成分分类,分类,2、按形态分类液态：水溶液、溶液、乳液、无溶剂型固态型：粉状、

3、块状、细绳状、胶膜带状：黏附型;热封型膏状与腻子3、按应用方法分类室温固化型（溶剂挥发型、潮气固化型、厌氧型、加固化剂型）压敏型（接触压胶、自粘(冷粘)型、缓粘(热粘)型、永粘型）热固型、热熔型 4、按用途分类结构用（实际粘接强度大于6.9MPa，通常是热固性）非结构用、压敏胶、特种用,常见胶黏剂成分,胶水、固体胶聚乙烯醇类建筑用107、108胶聚乙烯醇缩甲醛万能胶环氧胶粘剂，主要组分是环氧树脂AB胶（哥俩好）通常是双组分丙烯酸改性环氧胶或环氧胶502胶，504胶（医用）瞬间胶粘剂，-氰基丙烯酸酯厌氧胶（铁锚300系列，Y150胶）甲基丙烯酸双酯胶带丙烯酸脂共聚物、天然橡胶、二烯苯乙烯嵌段共聚

4、物补胎胶水、乒乓球拍天然橡胶，溶剂粘鞋橡胶类胶黏剂、聚氨酯系列703、704、FS203等有机硅胶粘剂,主要组分是有机硅氧烷。CH505酚醛-丁腈橡胶胶粘剂铁锚801强力胶酚醛-氯丁橡胶胶粘剂，混合溶剂。百得胶、FN303胶、XY401胶、CH406胶等。,为什么要使用胶黏剂？材料加工，主要包括变形、切分与结合。组合连接分类一般有三种，机械紧固、焊接与粘接。,胶接优点：1 不破坏被粘物2 不造成应力集中3 改善疲劳性能4 同时起密封效果5 连接不同金属不形成电池6 特殊场合（如粘接炸药）7 粘接形状复杂的被粘物 8 设备简单,胶接缺点：1需要更大的接触面积 2表面工艺条件高，甚而苛刻 3存在的

5、不确定性，难以监测 4有些有毒5 存储寿命有限 6不能重复利用7学科起步晚，设计缺信心,第一章 粘接理论基础,粘接是一种材料界面、表面的科学获得好的粘接效果有两个必要条件（过程）：（1）足够面积的紧密接触（清理表面、润湿、扩散）（2）分子间的吸引力甚或成粘合键（固化）,为满足第一个条件，胶粘剂应能扩展到固体的表面，并取代存在于表面的空气或其他附着物。固体表面都是高低不平的，抛光后接触面积不到总面积的1/100；液体可以完全浸润。胶粘剂与被粘物连续接触的过程叫润湿。胶粘剂浸入固体表面的凹陷与空隙就形成良好润湿；如果胶粘剂在表面的凹处被架空，便减少了胶粘剂与被粘物的实际接触面积，从而降低了接头的粘

6、接强度。获得良好润湿的条件是：a 液体的接触角应为0，或接近于0；（浸润热力学）b 粘度要低，即不得大于几毫帕秒；（动力学）c 能驱除被粘物接头间所夹的空气和其他附着物。,1.1界面理论,表面张力是分子间力的直接表现，是由于物体主体对表面层吸引的结果，表面分子能量状态高，物体有减少自身表面的趋势。增加表面积即能量增加，也有了表面自由能。存在的最普遍的分子间吸引力为Vander Waals力，它来源于几种不同的作用。静电力（取向力），永久偶极之间，13-21kJ/mol；诱导力，偶极在其他分子上引起的诱导偶极,6-13kJ/mol；色散力(London力)，偶极矩自由运动产生,0.88kJ/mo

7、l；另外还有氢键，不超过40 kJ/mol。共价键100-400 kJ/mol，离子键一般大于300 kJ/mol，金属键？。,表面张力,表面张力,固体表面分为高能表面，s=100达因/cm，如金属和无机物；低能表面，s=100达因/cm，如塑料。达因，10-5N。水72mJ/m。聚合物随分子量增加表面张力增加。聚乙烯35，聚丙烯30，聚苯乙烯40，聚氯乙烯43，聚氯丁二烯46，聚四氟乙烯24（18），聚六氟丙烯17，聚醋酸乙烯36，聚甲基丙烯酸甲酯-丁酯41-31，聚二甲基硅氧烷20，二乙基硅氧烷25，分子间力的另一表现，内聚力，是在同种物质内部相邻各部分之间的相互吸引力，只有在各分子十分接

8、近时（小于10-8米）才显示出来。,浸润的热力学,完全浸润、浸润平衡(1)Young氏方程：sl+lcos=s，接触角要小于90(2)胶粘剂液体在固体表面自动展开的条件是l90时，表面粗糙度增加，则增加。表面张力的测定。液体，液滴法、液面；固体，接触角（液滴，前进、后退）、表面力仪。杨-拉普拉斯公式,浸润的动力学,浸润速度与被粘物的表面结构、胶粘剂粘度和表面张力有关。浸润时间T=2k/（l cos）k-与表面结构有关的常数 有机液体的表面张力l 相差不会很大。越小，浸润速度越快 液体粘度越低，浸润时间越短，便充分浸润缝隙；,a胶粘剂的表面张力小于固体的临界表面张力b胶粘剂黏度低 胶粘剂对固体表

9、面的粘附功最大，或者界面能最低时，解到最好胶接强度。许多合成胶粘剂都容易润湿金属被粘物，而多数固体被粘物的表面张力都小于胶粘剂的表面张力。这就是环氧树脂胶粘剂对金属粘接极好的原因，而对于未经处理的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯和氟塑料很难粘接。,浸润的条件,(1)机械互锁理论；(抛锚理论)(2)扩散理论；(3)电子理论（静电）；(4)吸附理论。,为满足第二个条件，固化后应形成跨过界面的粘接力，而此力的本质和大小对粘接效果都是极重要的。目前主要有四种理论解释粘接力产生机理：,1.2 粘接机理,胶粘剂渗透到被粘物表面的缝隙或凹凸之处，固化后在界面区产生了啮合力，其本质是摩擦力。要求：a胶粘剂必须渗入被粘

10、物表面的空隙内 b排除其界面上吸附的空气 在粘合多孔材料、纸张、织物等时，机构连接力是很重要的因素，但对某些坚实而光滑的表面，这种作用并不显著。从物理化学观点看，机械作用并不是产生粘接力的因素，而是增加粘接效果的一种方法。缺点：不能解释平面 应用：表面粗糙问题：胶粘剂粘接经表面打磨的材料效果要比表面光滑的材料好，这是因为？,一、机械作用力理论,问题：胶粘剂粘接经表面打磨的材料效果要 比表面光滑的材料好，这是因为？,（1）机械镶嵌；（2）形成清洁表面；（3）生成反应性表面；（4）表面积增加。由于打磨确使表面变得比较粗糙，可以认为表面层物理和化学性质发生了改变，从而提高了粘接强度。,两种聚合物在具

11、有相容性的前提下，当它们相互紧密接触时，由于分子的布朗运动或链段的旋摆产生相互扩散现象。这种扩散作用是穿越胶粘剂、被粘物的界面交织进行的。扩散的结果导致界面的消失和过渡区的产生，由此形成粘接。当胶粘剂和被粘物都是具有能够运动的长链大分子聚合物时，粘接体系借助扩散理论基本是适用的。热塑性塑料的溶剂粘接和热焊接可以认为是分子扩散的结果。缺点：不能解释聚合物材料与金属、玻璃或其他硬体胶粘，因为聚合物很难向这类材料扩散。应用：材料相容性好，溶剂溶胀，升温,二、扩散理论,当胶粘剂和被粘物体系是一种电子的接受体-供给体的组合形式时，电子会从供给体（电负性低如金属）转移到接受体（电负性高如聚合物），在界面区

12、两侧形成了双电层，从而产生了静电引力。,但静电作用仅存在于能够形成双电层的粘接体系，因此不具有普遍性，也决不是起主导作用的因素。有些学者指出：双电层中的电荷密度必须达到1021电子/厘米2时，静电吸引力才能对胶接有效果，实际1019电子/厘米2（有的认为只有1010-1011电子/厘米2）。此外，不能解释温度、湿度等因素对粘接的影响。,三、静电理论,粘接力的主要来源是两材料接触时的分子间作用力，包括范德华力和氢键力。经计算，理想平面距离1nm时，范德华力产生的吸引力990Mpa，距离0.3nm时，吸引力100Mpa。聚乙烯20 Mpa，尼龙66，80Mpa。Bikerman：“正常的粘接头在机

13、械力作用下粘附破坏是不可能的”。分子间作用力是提供粘接力的因素，但不是唯一因素。在某些特殊情况下，其他因素也能起主导作用。缺点：理论与实际的差距，只有物理吸附，其他物理吸附比胶黏剂容易要求：充分润湿，亲密接触,四、吸附理论,化学键形成理论化学键理论认为胶粘剂与被粘物之间除分子力间外，有时还有化学键产生：1）离子键 2）共价键 3）金属键 化学键的强度比范德化作用力高得多；化学键形成可以提高粘附强度，还可以克服脱附使胶接接头破坏的弊病。但化学键的形成必须满足一定的量子化件，胶粘剂与被粘物之间的接触点不可能都形成化学键。单位粘附界面上化学键数要比分子间作用的数目少得多，因此粘附强度主要来自分子间的

14、作用力。酸碱相互作用理论（与静电理论类似）路易斯酸碱相互作用，提供接受电子对。多数普通玻璃是碱性的，使用酸性胶黏剂。,每种理论都有大量的实验为依据，只是研究的角度、方法、条件不同，共同目标是最求形成黏结现象的本质，更好的应用。没有统一的定论，理解各派理论兼容并包灵活运用，调动提高粘接强度的一切因素。,小结,相溶的胶黏剂（扩散性）自发浸润的胶黏剂，填充凸凹不平的表面（表面张力）表面处理粗糙使具有微观结构形态（机械互锁）合适的黏度与固化时间（黏度）恶劣环境中的胶接件尽量产生化学键,1发动机罩，热固化乙烯基塑料溶胶车身外的贴花加工，采用丙烯酸酯压敏胶；挡风玻璃粘接，采有聚硫多组分反应性胶粘剂；聚氯乙

15、烯顶篷缝粘接，采用聚酯、聚酰胺热熔胶；顶篷隔音衬垫粘接，采用氯丁橡胶为基体的溶剂型胶粘剂或聚丙烯酸酯乳液胶粘剂；,聚氯乙烯顶篷粘接，采用氯丁橡胶为基体的溶剂型胶粘剂或聚丙烯酸酯乳液胶粘剂；顶篷拱型加固梁与顶篷的结构粘接，采用热固化的高含固量的聚氯乙烯塑料溶胶；顶篷衬里粘接，采用丁苯橡胶为基体溶剂型胶剂；后盖板防雨条粘接，采用氯丁橡胶为基体的溶剂型胶粘剂或聚丙烯酸酯乳液胶粘剂；后盖隔音材料粘接，采用高含固量的再生胶,11聚氯乙烯成型防护侧条粘接，采用丙烯酸酸压敏胶；12接缝装饰条粘接，采用丙烯酸酯压敏胶或橡胶型压敏胶；13刹车衬里与闸瓦粘接，采用酚醛缩醛胶、酚醛丁腈胶或酚醛缩醛有机硅胶等热固性胶

16、粘剂；14木纹聚氯乙烯侧面装饰板粘接，采用丙烯酸酯压敏胶；15座椅衬垫与聚氯乙烯塑料片粘接，丁苯胶或乙烯醋酸乙烯共聚体热熔胶；,16车门内装饰板粘接，采用氯丁橡胶溶剂型胶粘剂或聚丙烯酸酯乳液胶粘剂；17车门防风防雨条粘接，采用氯丁橡胶溶剂胶粘剂；18电动机皮带与离合器的结构粘接，采用酚醛丁腈胶等热固陛胶粘剂；19闸瓦底座与圆盘衬垫的粘接组装，采用酚醛树脂胶；20装饰板、商标等粘接，采用丙烯酸酯型压敏胶。,A汽缸盖垫片，半干性粘弹型密封胶B螺栓，氯丁胶乳液或厌氧胶C绝热隔板接缝，再生胶D绝热隔板密封，采用环氧树脂或聚氨酯胶；E外层窗玻璃密封，采用丁基橡胶一聚异丁烯胶；F后窗玻璃密封，采用丁基胶；

17、,G后窗外层辅助密封，采用软性丁基橡胶一聚异丁烯胶；H顶篷排水槽外密封，采用聚氯乙烯塑料溶胶；I顶篷至车舷后部位塑料挡板粘接密封，采用高含固量聚氯乙烯塑料溶胶；J油箱输油管密封，采用高含固量、可膨胀、热固化氯丁胶；K行李箱接缝密封，采用高固含量聚氯乙烯塑料溶胶；,L后盖排水槽外缝密封，采用高固含量热固化聚氯乙烯塑料溶胶；M非膨胀性焊接内缝密封，采用高固含量热固化聚氯乙烯塑料溶胶；N可膨胀性焊接内缝(后盖挡板及挡泥板)密封，采用可膨胀、热固化丁苯胶；，O挡泥板高低板填充密封，采用高含固量聚氯乙烯塑料溶胶；P底板内缝密封，采用以沥青为基体的高固含量胶粘剂；,Q罩板总装的膨胀性焊接缝密封，采用丁苯胶

18、；R减震器垫片密封，采用热固化氯丁胶；S在油漆层下的外缝密封，采用高固含量、热固化型聚氯乙烯塑料溶胶。,化学因素1.极性 2.分子量 3.侧链 4.PH值 5.交联 6.溶剂和增塑剂 7.填料 8.结晶性 9.分解：水解、热解,物理因素 1.表面粗糙度 2.表面处理 3.渗透 4.迁移 5.压力 6.胶层厚度 7.负荷应力 8.内应力9.环境：热、水、光、氧气等,1.3 粘接的影响因素与破坏机理,在实际的接头上作用的应力是复杂的，包括正应力、剪切应力、剥离应力和交变应力。（1）正应力：（2）切应力：接头在剪切应力作用下，被粘物的厚度越大，接头的强度则越大。（3）剥离应力：力集中于粘接界面上，因

19、此接头很容易破坏。在设计时尽量避免产生剥离应力。（4）交变应力：在接头上胶粘剂因交变应力而逐渐疲劳，在远低于静应力值的条件下破坏。强韧的、弹性的胶粘剂（如某些橡胶态胶粘剂）耐疲性能良好。,胶接头的力学行为-外力,内应力使胶接强度和耐久性下降。产生的原因：1、收缩应力：胶粘剂固化时，因挥发、冷却和化学反应而体积发生收缩，引起收缩应力。2、热应力：胶粘剂和被粘物的热膨胀系数不同，温度的变化将引起热应力。3）在老化过程中胶层吸水而发生溶胀，在不连续处将产生内应力。降低内应力：（1）共聚或提高聚合物分子量以降低体系中官能团浓度。（2）加入增韧剂，降低固化收缩应力。（3）加入无机填料。（4）胶接热膨胀系

20、数大的材料时选择较低的固化温度。（5）使胶粘剂的热膨胀系数接近于被粘物。（6）选用弹性良好的胶粘剂。,胶接头的力学行为-内力,大多数合成胶粘剂的主要成分是非晶态高聚物。在材料内部存在很多细小的缺陷，形成应力集中。当局部应力超过局部强度时，缺陷就发展成为裂缝真正破裂。因此内应力集中造成的破坏将降低粘接强度。固体材料的强度与分子作用力的大小、材料中的缺陷大小分布情况以及缺陷周围的应力分布有关。（1）减少材料的缺陷即提高分子量，形成结晶。（2）加入增韧剂增加对裂缝扩展的抵抗力。,胶接头的力学行为-应力集中,胶接件破坏的一般形式有四种（见图）：被粘物破坏，发生于粘接强度大于被粘物强度时；内聚破坏，胶粘

21、剂破坏，强度取决于胶粘剂内聚力；界面破坏（粘附破坏），破坏发生在被粘物与胶粘剂的界面（胶粘界面完整脱离），此时粘接强度决定于粘附力；混合破坏，既有内聚破坏，又有界面破坏。,破坏现象,胶粘剂或被粘材料破坏是理想的破坏形式，即100%的内聚破坏，因为这种破坏在材料粘接时能获得最大强度。粘接破坏发生在接头最薄弱的地方，不一定总是发生在界面上。说明粘接强度不仅与胶粘剂、被粘物之间作用力有关，也与聚合物粘料分子之间的作用力有关。高聚物分子的化学结构，以及聚集态都强烈地影响胶接强度。,弱边界层（WBL）来自胶粘剂、被粘物、环境，或三者之间任意组合。当发生破坏时，尽管多数发生在胶粘剂和被粘物界面，但实际上是

22、弱边界层的破坏。正是这些内聚强度较低的物质存在，致使粘接强度会表现的比预期降低。1）不良浸润，有空气泡或灰尘、油等杂质残留形成弱区；2）溶于液态胶粘剂的不溶杂质，在固体化后形成另一相3）内应力在被粘体与胶粘剂整体间产生弱界面层4）聚合物中低分子量有机物 WBL除工艺因素外，在聚合物成网或熔体相互作用的成型过程中，胶粘剂与表面吸附等热力学现象中产生界层结构的不均匀性界面层也会有WBL出现。这种WBL的应力松弛和裂纹的发展都会不同，因而极大地影响着材料和制品的整体性能。应用：避免弱边界层 粘接胶带隔离层通常是经过化学剪裁的弱边界层,弱边界层理论,胶接头在存放或使用过程中由于受到热、水、光、氧气等环

23、境因素作用，性能逐渐下降，使接头完全破坏，这就是胶接头的老化。,金属胶接头的老化A、接头的大气老化机理，水的作用（1）水对界面的作用（2）水对胶层的作用（3）水的化学降解作用（4）水和氧气同时存在引起金属被粘表面的电化学（5）水对接头界面的应力集中起促进作用（6）腐蚀性气体腐蚀 B、金属接头的热老化机理，主要是胶粘剂的热老化 物理变化；化学热分解和氧化分解，过渡元素的氧化物或离子对氧化分解起到催化作用,木材、塑料和橡胶胶接头的老化 环境温度产生的热应力和水的降解是木材老化的主要原因，尤其是水解的影响最大。胶粘剂、木材质量和加工性能影响到木材胶接头老化。而胶层厚度越大，胶合板耐老化性能越好。塑料

24、橡胶的表面是疏水性的，水难以渗透到胶接界面里，因此其老化性能稳定得多,第三章 胶黏剂,3.1 胶粘剂概述,一、胶粘剂基本组成基料、固化剂、溶剂、增塑剂、填料、偶联剂、交联剂、引发剂、促进剂、增韧剂、增黏剂、稀释剂、防老剂、阻聚剂、阻燃剂、光敏剂、消泡剂、防腐剂、稳定剂、乳化剂 二、胶粘剂的分类三、常见胶黏剂成分,组成,1、基料 又称胶料,是胶粘剂主要成分.2、固化剂 使单体或低聚物变为线形或网状体型高聚物。又称硬化剂、熟化剂、交联剂、硫化剂3、溶剂 4、增塑剂 降低玻璃化温度和熔融温度,改善胶层脆性,内增塑、外增塑.5、填料 降低成本,改善机械性能,降低膨胀系数6、偶联剂 同时与极性和非极性物

25、质产生结合力的化合物.7、交联剂 在线形大分子间形成化学键8、引发剂 引起单体分子或预聚物活化而产生自由基.9、促进剂 降低引发剂分解温度或加快固化反应速度。10、增黏剂 提高初粘力,透明胶水：白乳胶，滑石粉，水，乙二醇；蔗糖；尿素；香精,分类,1、按化学成分分类,分类,2、按形态分类液态：水溶液、溶液、乳液、无溶剂型固态型：粉状、块状、细绳状、胶膜带状：黏附型;热封型膏状与腻子3、按应用方法分类室温固化型（溶剂挥发型、潮气固化型、厌氧型、加固化剂型）压敏型（接触压胶、自粘(冷粘)型、缓粘(热粘)型、永粘型）热固型、热熔型 4、按用途分类结构用（实际粘接强度大于6.9MPa，通常是热固性）非结

26、构用、压敏胶、特种用,常见胶黏剂成分,胶水、固体胶聚乙烯醇类建筑用107、108胶聚乙烯醇缩甲醛万能胶环氧胶粘剂，主要组分是环氧树脂AB胶（哥俩好）通常是双组分丙烯酸改性环氧胶或环氧胶502胶，504胶（医用）瞬间胶粘剂，-氰基丙烯酸酯厌氧胶（铁锚300系列，Y150胶）甲基丙烯酸双酯胶带丙烯酸脂共聚物、天然橡胶、二烯苯乙烯嵌段共聚物补胎胶水、乒乓球拍天然橡胶，溶剂粘鞋橡胶类胶黏剂、聚氨酯系列703、704、FS203等有机硅胶粘剂,主要组分是有机硅氧烷。CH505酚醛-丁腈橡胶胶粘剂铁锚801强力胶酚醛-氯丁橡胶胶粘剂，混合溶剂。百得胶、FN303胶、XY401胶、CH406胶等。,每种胶黏

27、剂要求掌握：分子式特点（是什么）固化机理（固化剂、热固）粘接特点（粘接件优缺点）应用方法（单、双组份，溶剂型，加热，配方，应用领域）,3.2 环氧树脂类粘接剂,环氧树脂是结构胶粘剂中份额最大的一类。一般是指至少含有两个环氧基的高分子化合物，以环氧乙烷为反应单元。品种很多，双酚A型最普遍。,(8)室温下可用多种固化剂快速固化(9)掺和性能好缺点:未改性的性脆;个别稀释剂固化剂对人体有一定伤害;配制后的胶使用期短2、分类(1)缩水甘油醚型环氧树脂(2)缩水甘油酯型环氧树脂(3)缩水甘油胺型环氧树脂(4)线型脂肪族环氧树脂(5)脂肪族环氧树脂(6)混合型环氧化烯烃,二、双酚A型环氧树脂,双酚A(二酚

28、基丙烷),环氧氯丙烷,双酚A型环氧树脂是由双酚A和环氧氯丙烷在氢氧化钠存在下缩聚而得,都是双官能团化合物,生成的环氧树脂是线形结构,聚合度一般在019,分子量3007000,当n2,得到琥珀色或淡黄色低分子量液体的环氧树脂;当n2,得到高分子量的固体环氧树脂.一般用作胶粘剂的分子量小于700,软化点低于50双组分环氧树脂胶粘剂生产过程:环氧树脂 预热熔化稀释剂增塑剂 甲组分增韧剂填料乙组分:固化剂、促进剂、稀释剂、填料,三、环氧树脂固化剂和固化机理1、有机胺类固化剂(1)脂肪族胺类 伯仲胺能在室温快速固化,能黏结多种材料,成本低;但耐热性差,脆.乙二胺 H2N-CH2-CH2-NH2,室温固化

29、,用量6%8%二乙烯三胺 H2N-CH2-CH2-NH-CH2-CH2-NH2,用8%11%,挥发性小三乙烯四胺 又称三亚乙基四胺 NH2C2H4NHC2H4NHC2H4NH2(2)芳香族胺类 耐热性好间苯二胺 固体,用量14%16%二氨基二苯基甲烷 耐高温,二氨基二苯砜,固化剂和固化机理,有机胺类固化剂 有机酸酐类固化剂多元硫醇,有机酸酐类固化剂固化机理,环氧树脂胶黏剂主要特点,万能胶(1)胶合力强，内聚强度高，机械强度高(2)固化过程不产生副产物(3)收缩小，蠕变小，稳定性好(4)可以配成不含溶剂的胶料(5)电绝缘性好(6)室温下可用多种固化剂快速固化(7)掺和性能好，易于改性缺点：未改性

30、的脆；个别稀释剂固化剂对人体有一定伤害；配制后的胶使用期短；价格贵、生产难度大,环氧胶粘剂，一般无溶剂液态。因配方不同，可制得加热固化和固化剂室温固化（哥俩好）两种胶。主要用来粘接金属、玻璃、陶瓷、橡胶、木材、塑料等。,3.3 酚醛树脂胶黏剂,酚醛树脂是商业上第一个成功合成的树脂。根据原料配比和聚合条件的不同可以得到不同性能的树脂。相对分子质量在7001000左右。,酸性条件下，苯酚过量生成线型酚醛树脂（热塑性），剩余邻位的活性点，加热能与六次甲基四胺或多聚甲醛反应生成不溶不熔的固态树脂。,碱性条件下加成反应优先，甲醛/苯酚摩尔比一般1（至多25倍），越大生成的2、3羟甲基酚愈多。羟甲基与余下

31、的活性点反应使分子量继续增大。把反应的全过程分为A、B、C 三个阶段。A阶树脂(称为甲阶酚醛树脂)溶解于酒精、丙酮及碱的水溶液中，它是热塑性的，又称可熔酚醛树脂，加热后能转变为不熔的固体。B阶树脂亦称半熔酚醛树脂。B阶树脂的分子结构比可熔酚醛树脂要复杂的多（三官能作用），热塑性较差。C阶树脂为不溶不熔的固体物质,酚醛树脂胶黏剂的特点,（1）优点耐热性能高：可在150以上使用。环氧胶、有机硅胶改性后则能在200 以上使用。粘接强度高：极性大。耐老化性能好，耐水、油、化学介质具有优良的抗疲劳性能。价格低廉容易与其他高分子相配合获得性能优异的胶黏剂（2）缺点：脆性大，剥离强度不高，需加热固化，收缩率

32、大，颜色深，有酚类气味，固化时会释放水。,酸性酚醛树脂为固态热塑性树脂，加固化剂热固型胶黏剂甲阶酚醛树脂为固态热固型胶黏剂，也可加入酸性催化剂(对氯苯磺酸、磷酸的乙二醇溶液、盐酸的乙醇溶液等)室温固化 主要用的是甲阶水或乙醇溶液。用途纯的主要用于木材加工间苯二酚甲醛树脂胶可在室温下迅速固化，用于粘接尼龙等一般胶黏剂不易粘接的材料。更多的应用是改性酚醛树脂,3.0 脲醛树脂,产量最大的胶黏剂。尿素与甲醛水溶液在酸或碱的催化下聚合得到线性脲醛低聚物。酸催化时易导致凝胶，中性、碱性时易交联固化。工业上以碱作催化剂，甲醛尿素摩尔比为1.52.0，以保证树脂能固化。反应第一步生成一和二羟甲基脲，然后羟甲

33、基与氨基进一步缩合，得到可溶性树脂，产物需在中性条件下才能贮存。线性脲醛树脂以氯化铵为固化剂时可在室温固化。,脲醛树脂胶优点：价廉(原料易得、生产工艺简单)、使用方便耐弱酸、弱碱及油脂等介质，绝缘性能好，耐磨性极佳，坚硬耐刮伤，具有一定的韧性，固化后颜色比酚醛树脂浅，呈半透明状、耐光性好不变色。缺点易于吸水，耐水性及耐老性较差，遇强酸、强碱易分解耐候性较差。耐电性能较差，耐热性也不高。生产和使用过程中有甲醛逸出，污染环境、危及人体健康 应用脲醛树脂可用于制作水溶性粘合剂，以粘接木材。,3.0 聚醋酸乙烯胶黏剂,聚醋酸乙烯(PVAc)及其共聚物胶黏剂，在胶黏剂中产量居第2位。以醋酸乙烯酯(VAc

34、)为单体，数均聚合度一般在5001500，其反应通式为：,聚醋酸乙烯以微粒(粒径在0.011um)的形式分散在水中成稳定乳状液，可直接作为胶黏剂，也可加入其他添加剂以改进其性能，配制成所需要的胶黏剂。聚醋酸乙烯乳液胶黏剂，是乳液胶黏剂的主力军，也称乳白胶、白胶，“白乳胶”。水为分散介质，通过乳液聚合制得。,优点：在室温下自干，水基胶黏剂，无污染，不燃烧，使用方便粘接度可自由调节，有较好的早期粘接强度化学稳定性好，容易跟填料、增塑剂等相互混合无毒、价格低廉、耐油、贮存期较长等特点对多孔材料如木、纸、布、皮革、陶瓷有很强的粘合力,因而被广泛应用于纸张、书籍装订、瓦楞箱、木材加工、皮革加工、家具制造

35、、建筑装修、织物处理、卷烟接嘴、汽车内装饰、铅笔生产、瓷砖粘贴、标签固定、造纸工业、乳胶漆制造等很多领域。,聚醋酸乙烯材料基体非常脆，常与其他单体共聚。特别是与乙烯、丙烯酸酯、马来酸酯、羟甲基丙烯酰胺等共聚得到共聚改性聚醋酸乙烯胶黏剂，大大地拓宽了其使用范围。乙烯-醋酸乙烯脂无规共聚（EVA）是一种热熔胶，醋酸乙烯含量（18%-52%），熔指0.6-500g/10min，相当宽的材料选择范围。,缺点：耐水性差，尤其沸水；易吸湿，潮湿环境易开胶不耐久；耐热性差，固化后的胶层具有热塑性；软化点低(4080)，随着温度升高，强度急剧下降；耐冻融性差，-5以下冻结，产生破乳现象，在冬季贮存、运输中需特

36、别注意保温。,3.5 丙烯酸树脂类,主要有三类：丙烯酸脂胶黏剂；厌氧胶；瞬间固化胶黏剂。,自由基聚合,阴离子聚合,优点：在粘接时形成化学键，粘接强度比较大，可用于结构件的粘接。高反应性、固化快、可油面粘接、耐冲击抗剥离、综合性能优良，耐水油介质老化热寒性能好。缺点：气味较大，储存期较短。胶液一般是双组分，但不要调配，只要把胶液分别涂于被粘接的材料上，粘合后几分钟内就有一定的强度，适合金属和非金属（聚烯烃和氟、硅塑料除外）材料的自粘和互粘。双组分：AMMA、MA、增韧橡胶、引发剂、稳定剂；B促进剂。,第二代的丙烯酸酯胶粘剂（简称SGA）,紫外线固化胶黏剂（UV胶）又叫第三代丙烯酸酯胶粘剂（TGA

37、）紫外线照射光引发剂分解产生自由基。优点：单组份固化快（以秒计）并可控制无溶剂环保无污染适合高度自动化加工,厌氧胶,主要成分是甲基丙烯酸双酯，氧气为阻聚剂。它在室温、有空气时不能固化，排除空气（即无氧条件）就能迅速固化。根据不同需要，可加入引发剂、促进剂、增稠剂、阻聚剂和染料等组分。或热致引发剂分解。优点：单组份、无溶剂、低粘度，使用方便，耐热、耐溶剂、耐酸碱性好、适用期长、储存稳定。主要用途：作螺纹的紧固密封和轴承的装配。对非活性金属，如不锈钢、锌、银等需加入促进剂以加速固化。不宜粘接多孔材料和填充较大缝隙。,瞬间胶粘剂,由-氰基丙烯酸酯单体和少量稳定剂、增韧剂等组成优点：常温常压下迅速固化

38、（合适条件下不到一分钟）黏度低，组分简单，无溶剂，不用配料使用时，被粘物表面不需特殊处理，能满足工业自动化流水线的需要。毒性小，因而应用范围广，还用于医疗方面的粘结。缺点：不适宜于大面积和多孔材料的粘接；脆性大，耐久性差，价格贵502胶，医用为504胶。,3.4 聚氨酯胶黏剂,主链上含有氨基甲酸酯基(-NHCOO-)和异氰酸酯基(-NCO)的胶黏剂，简称聚氨酯胶黏剂，俗名“乌利当”。是近年来发展最快的胶黏剂之一。异氰酸酯不但能和多羟基化合物反应生成氨基甲酸酯，还可以和其他具有“活性氢”的化合物反应生成各种相应的化学链节，从而改变聚氨酯的链节结构和性能，有目的地引入各种链节和基团，改变高聚物性能

39、。因此聚氨酯类高聚物有“可缝制的高聚物”之称。,RNCO+R-OH RNHCOOR 氨基甲酸酯,2RNCO+H2O RNHCONHR+CO2 取代脲,RNCO+RNH2 RNHCONHR 伯胺 取代脲,由于结构中含有极性基团NCO，它们与含有活泼氢的材料，如泡沫塑料、木材、皮革、织物、纸张、陶瓷等多孔材料和金属、玻璃、橡胶、塑料等表面光洁的材料都有着很强的化学粘接力。而聚氨酯胶黏剂与被粘接材料之间产生的氢键作用会使粘接更加牢固。聚氨酯胶黏剂还具有韧性可调节性、粘接工艺简单、极佳的耐低温性能。耐冲击、震动、疲劳性好、耐油耐溶剂、耐磨、绝缘，可粘接多种材料。缺点：耐热、耐水、耐湿热、耐强酸碱性差。

40、主要原料是甲苯二异氰酸酯，有些人严重过敏，使用甲苯二异氰酸酯封端的低聚体。二聚体、三聚体。,3.6 橡胶基弹性胶黏剂,氯丁橡胶是主力军。以氯丁橡胶（Polychloroprene)为主体材料制成的胶粘剂称为氯丁（橡胶）胶粘剂。氯丁橡胶是由氯丁二烯以乳液聚合方法而得。氯丁橡胶经溶剂溶解就可以配制成氯丁橡胶胶粘剂，加入各种配合剂，如树脂、硫化剂、促进剂、防老剂、填料等。,特点,1.初始粘力大，经适当晾置，接触后能瞬时结晶。2.粘接强度高，强度建立的速度很快。3.对多种材料都有较好的粘接性，也有“万能胶”之称。4.耐大气老化性好，优良的防燃性、耐光性、抗臭氧性。5.胶层柔韧，弹性良好，耐冲击与振动。

41、6.耐介质性好，耐油、耐水、耐碱、耐酸、耐溶剂性能。7.可以配成单组分，使用方便，价格低廉。缺点：溶液型氯丁橡胶胶粘剂稍有毒性；贮存稳定性差，容易分层、凝胶、沉淀；耐热性较差，耐寒性不佳。,最近，以氯丁胶为粘接材料的包括笔记本计算机，iPod，遥控器等。,3.7 有机硅胶黏剂,可分为两大类：以有机硅树脂为基料和以硅橡胶为基料 硅树脂是以硅-氧键为主链的立体结构，加人固化剂、填料和有机溶剂混配制成有机硅胶黏剂。一般需要在加压(470MPa)、高温(200270)下固化。可用于高温下非结构部件如金属、合金、陶瓷及复合材料的粘接及密封，螺钉的固定以及云母层压片的粘接等。所得胶接件可在-601200温

42、度范围内使用。,而硅橡胶则是一种线型的以硅氧键为主链的高分子量弹性体，它们必须在固化剂及催化剂的作用下才能缩合成为有若干交联点的弹性体。,单组分室温硫化硅橡胶：端羟基聚二甲基硅氧烷、填料、交联剂、偶联剂、催化剂。固化剂：甲基三乙酰氧基硅烷，脱酸；甲基三甲氧基硅烷，脱甲醇,硅橡胶胶黏剂优点：优良的耐紫外线、耐臭氧、耐化学介质和耐潮湿很好的热稳定性和低温柔韧性。缺点：强度低 主要用于电子工业中的灌封、电器元件连接部位和接头处的密封，以防止灰尘和潮气等的侵害。还可作建筑工程的防水密封材料。室温硫化型的主要产品牌号有703、704。,3.8 复合型胶,一般来讲，合成树脂基胶黏剂强度较高，但脆；橡胶基弹

43、性胶黏剂韧性好，强度低复合型胶黏剂综合其优点胶黏剂改性：增强（橡胶类），增韧（环氧、酚醛）,改性酚醛树脂胶黏剂,缺点：脆性大，剥离强度不高，需加热固化，收缩率大，颜色深，有酚类气味，固化时会释放水。,酚醛-丁腈橡胶胶粘剂 由酚醛树脂和丁腈混炼胶溶于溶剂中而制得的。这种胶韧性好、耐油、耐水、耐冲击，能在-60150的宽范围温度下长期使用，是一种应用比较普遍的结构胶。在低温、中温下的剥离强度较高，可达1728Pa。用于冲击和剥强度要求高的结构件的粘接。,热熔胶：指使用时受热在熔融条件下进行涂布浸润被粘物，经冷却固化和结晶成型而产生粘接强度的无溶剂胶黏剂。乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)粘合剂特点：快

44、速粘合,强度高,耐老化,无毒害,热稳定性好,胶膜韧性用途：木材,塑料,纤维,织物,金属,家具,灯罩,皮革,工艺品,玩具电子,电器元器件,纸制品,陶瓷,珍珠棉包装等互粘固体,能普遍为工厂,家庭使用硅烷封端聚氨酯密封胶（SPUR）,3.0 压敏胶（PSA）,press sensitive adhere 特点：粘性强力持久；仅用指压即可粘附；不需要任何能量源激活；有足够的能力束缚被粘物；有足够的内聚强度，使其能够从被粘物上干净的去除。当压敏胶施加到被粘物上时，人们期望在很小或无压力作用下胶黏剂在被粘物表面自由铺展（初粘性要求），具有液体的特性；当剥离或悬挂重物时人们期望胶黏剂能抵抗这些力，要求较大的

45、内聚力，应具有固体的特性。于是，高分子粘弹性正好满足，短时间固体，长时间液体。要求初粘性、抗剥离、抗剪切基体成分主要三类：天然橡胶基，丙烯酸脂，苯乙烯嵌段增黏剂：松香，等；使产生初粘力,加入增黏剂会使PSA获得初粘性能，过多时呈刚性失去初粘性。提高增黏剂的含量，会改善PSA的抗剥离性能。高剥离速率下，增黏剂提高刚性。低剥离速率下内聚破坏，中剥离速率下内聚破坏转变为粘附破坏，随速率剥离力增加，高剥离速率下剥离力降低，粘滑破坏，不稳定剥离震荡剥离。提高增黏剂的含量，会降低PSA的剪切保持功率。低剪切速率下（高温，时温等效）增黏剂起到增塑作用；高剪切速率下，增黏剂反增塑。提高分子量可提高,3.9 无

46、机天然胶黏剂,3.10 特种胶黏剂,耐高温：大多为含芳杂环的耐高温聚合物为基料，如聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚苯硫醚、有机硅氧烷。超低温胶：多以聚氨酯及其改性产物为基料，能在-180度以下工作。导电：加导电填料如银粉、铜粉、铝粉、炭黑等。环氧、聚氨酯基料。不能受热。导磁：加导磁铁粉导热：金属粉或其他导热性好的粉料点焊胶：是将金属点焊和粘接技术结合起来运用的先进工艺方法。主要由环氧树脂和改性剂、助剂等制成。分为先点焊后涂胶和先涂胶后点焊两类。在汽车、飞机、坦克制造中用得较多。密封胶：在汽车、飞机、建筑中用得较多。光敏胶：受紫外线照射发生固化反应的胶黏剂。适用于透光材料与金属、塑料的粘接。广泛用于电子

47、工业中的微型电路光刻。,第4章 粘接技术,在粘接技术中如果要获得良好的粘接效果，首先要求如下的三个良好条件：粘接接头的设计胶粘剂的选用粘接工艺的实施。,2.1 粘接接头的设计,接头在实际应用中的受力分析,一个好接头与粘接强度密切相关。首先是受力方向和接头之间的关系，粘接接头在实际的工作状态中其受力主要有下列几种基本类型：剪切、均匀扯离、不均匀扯离和剥离。,实验证明一般情况下，胶粘剂承受剪切和均匀扯离的作用能力比承受不均匀扯离和剥离作用的能力大得多。,(1)剪切 外力平行于粘接面。这种受力形式的接头最常用，因为它不但粘接效果好而且简单易行，易于推广应用。(2)均匀扯离 有时也称为拉伸。作用力垂直

48、作用在粘接平面，应力均匀分配。高强度结构胶拉伸强度可达到58.8MPa。(3)不均匀扯离 均匀扯离在实际使用中是很难碰到的，一旦外力方向偏斜，就产生严重的应力集中，主要集中在边缘的区域内，接头容易破坏。这种类型的接头，其承载能力很低，一般只有理想的均匀扯离强度的110左右。(4)剥离或撕离 两种薄的软质材料受扯离作用时，称为撕离；两种刚性不同的材料受扯离作用时，称为剥离。粘接试件受扯离作用时，应力集中在胶缝的边缘附近，而不分布在整个粘接面上，这种情况称为剥离或撕离。,高强度环氧胶实验 铝合金搭接接头，剪切强度很高，但横向负载能力不高。这样接头就不能用在受横向负载较大的结构构件上。粘接玻璃钢、板

49、材，剪切强度比较低，搭接接头是不合适。粘接车刀、钻头等受力大的部件，采用简单的平面对接，即使是高强度结构胶粘剂，剪切强度达49MPa，仍然要失败。如改变接头形式，采用套接、嵌接等使应力的很大部分由金属被粘物本身去承担，就可能成功。如图。,例子,接头设计的基本原则（1）,胶粘剂的拉伸剪切强度较高，设计接头尽量承受拉伸和剪切负载。板材搭接接头承受剪切负载的是比较理想的。保证粘接面上应力分布均匀，尽量避免剥离和劈裂负载。剥离和劈裂破坏通常是从胶层边缘开始，在边缘处采取局部加强或改变胶缝位置的设计都是切实可行的。最理想的办法是各种局部的加强。如平面粘接的防剥措施如图24所示。,接头设计的基本原则（2）

50、,在允许的范围内，尽量增加粘接面的宽度(搭接)。增加宽度能不增大应力集中系数的情况下增大粘接面积，提高接头的承载力。木材或层压制品的粘接要防止层间剥离。在承受较大作用力的情况下，如果采用粘掊，可采用复式胶粘剂的选择美观，利于加工,常用的几种接头形式（1）,平板接头的形式,几种接头相对强度比较,常用的几种接头形式（2）,角接和T型接头形式,常用的几种接头形式（3）,管材、棒材接头形式,常用的几种接头形式（4）,复合连接形式,胶铆和胶螺,两种类型：先胶后铆或螺。接头强度较高，但应选柔韧性较好的胶粘剂。先钻好孔，粘接后再铆接，最后固化。这时不需另加压，位置准确。但胶层的厚薄不易控制。,常用的几种接头