膠粘劑Adhesive

1、9 膠粘劑膠粘劑(Adhesive)膠粘劑Adhesive 9.1概述概述 (1)定義 膠粘劑又稱粘合劑，簡(jiǎn)稱膠（bonding agent, adhesive），是使物體與另一物體緊密連接為一體的非金屬媒介材料。在兩個(gè)被粘物面之間膠粘劑只占很薄的一層體積，但使用膠粘劑完成膠接施工之后，所得膠接件在機(jī)械性能和物理化學(xué)性能方面，能滿足實(shí)際需要的各項(xiàng)要求。 膠粘劑Adhesive(2)優(yōu)點(diǎn) 膠接與其它連接法相比有如下優(yōu)點(diǎn)： （）能粘合用其他方法不能連接的物質(zhì)，如粘接薄膜、纖維、小顆粒等； （）應(yīng)力分布面廣，比采用機(jī)械連接易得到更輕、更牢固的組件。如可以采用夾心板（由蜂窩芯和薄的鋁或鎂）制造飛機(jī)的機(jī)

2、翼、尾翼和機(jī)身，可以減輕飛機(jī)的重量、降低疲勞破壞的可能性； 膠粘劑Adhesive （）通過(guò)交叉粘接能使各向異性材料的強(qiáng)度、重量比及尺寸穩(wěn)定性得到改善，如木材本身不鈞一且對(duì)水敏感，經(jīng)交叉粘接后可變成不翹曲且耐水的層壓板； （）粘合劑有許多特殊性能，如電容器、印刷線路、電動(dòng)機(jī)、電阻器等的粘合面具有電絕緣性能；膠粘劑Adhesive （）可以粘合異種材料，如鋁-紙、銅-鋼、紙-木等。兩種金屬粘合在一起，粘合物件間有粘合劑層割開(kāi)，從而可以防止腐蝕。如兩種熱膨脹系數(shù)相差顯著的材料粘合在一起，柔性的膠層能降低因溫度變化所產(chǎn)生的應(yīng)力；（）粘合方法比其他連接方法（焊接、鉚釘、螺栓等連接）便于施工，且速度快，

3、經(jīng)濟(jì)，美觀。膠粘劑Adhesive膠粘劑的組成膠粘劑的組成 膠粘劑的品種很多，其基本組成由基料，固化劑，填料，增韌劑，稀釋劑，偶連劑，觸變劑，增塑劑等配合而成。（1）基料基料又稱粘料、 主劑、是決定粘合劑性能主要組分，能起到膠粘的作用，作為粘料的物質(zhì)可以是天然高分子、合成樹(shù)脂及合成橡膠。天然高分子有淀粉、蛋白質(zhì)、天然橡膠等，還有無(wú)機(jī)材料如硅酸鹽、磷酸鹽等。膠粘劑Adhesive （2）固化劑和固化促進(jìn)劑 以熱固性聚合物為粘料時(shí)，必須加入固化劑使粘合組分交聯(lián)形成體型結(jié)構(gòu)。 固化促進(jìn)劑是加速交聯(lián)反應(yīng)，縮短固化時(shí)間或降低固化溫度的組分。 （3）增塑劑與增韌劑 為了改善膠層柔韌性，提高膠層沖擊強(qiáng)度而加

4、入的配合劑。 （4）稀釋劑 稀釋劑是為了降低粘合劑粘度、增加粘合劑浸穩(wěn)透力而使用的低分子化合物，有些稀釋劑還能降低粘合劑的活性，延長(zhǎng)粘合劑的使用期。 膠粘劑Adhesive （5）填料 填料的作用是改善粘合性能和降低粘合劑的成本。填料一般是粉末狀或細(xì)短纖維狀。填料的用量要合適，否則會(huì)導(dǎo)致粘接性能下降。 （6）偶聯(lián)劑 偶聯(lián)劑是為了改善粘合劑和被粘物表面之間的界面強(qiáng)度而使用的助劑。偶聯(lián)劑是具有反應(yīng)性基團(tuán)的化合物，可與被粘物表面分子形成化學(xué)鍵合。偶聯(lián)劑又稱增粘劑。 （7）其它助劑 粘合劑組分除上述必需的組分外，有進(jìn)根據(jù)粘料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、用途還需加入防老劑、著色劑、引發(fā)劑、促進(jìn)劑、乳化劑、增稠劑、防老劑

5、、阻燃劑、穩(wěn)定劑等組分。 膠粘劑Adhesive膠粘劑的分類膠粘劑的分類 膠粘劑的品種繁多，組分各異，主要的分類方法有： （1）按化學(xué)成分分類 以無(wú)機(jī)化合物為基料的稱為無(wú)機(jī)膠粘劑，如硅酸鹽、磷酸鹽、氧化鉛、錫-鉛等。以有機(jī)化合物為基料的稱有機(jī)膠粘劑，分為天然膠粘劑:動(dòng)物膠、植物膠、礦物膠和合成膠粘劑:樹(shù)脂型、橡膠型、復(fù)合型。膠粘劑Adhesive （2）按物理形態(tài)分類 水基型：基料分散于水中形成水溶液或乳液，水揮發(fā)而固化。 溶液型：基料在可揮發(fā)溶劑中配成一定黏度的溶液，靠溶劑揮發(fā)而固化。 膏狀和糊狀：基料在可揮發(fā)溶劑中配成高黏度的膠粘劑，用于密封和嵌縫。 固體型：把熱塑性合成樹(shù)脂制成粒狀或塊狀

6、，加熱熔融，冷卻時(shí)固化。 膜狀：將膠粘劑涂于基材上，呈薄膜狀膠帶。 膠粘劑Adhesive （3）按固化方式分類 水基蒸發(fā)型（如聚乙烯醇和乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳液型膠粘劑）、 溶劑揮發(fā)型（如氯丁橡膠膠粘劑）、 熱熔型（如棒狀、粒狀與帶狀的乙烯-醋酸乙烯酯熱熔膠）、 化學(xué)反應(yīng)型（如-氰基丙烯酸酯瞬干膠和酚醛-丁腈橡膠等）、 壓敏型。膠粘劑Adhesive （4）按用途分類 金屬、塑料、織物、紙品、醫(yī)療、制鞋、化工、建筑、汽車、飛機(jī)、電子元件等用膠。還有特種功能膠，如導(dǎo)電膠、導(dǎo)磁膠、耐高溫膠等。 如建筑業(yè)的膠粘劑、汽車工業(yè)用的膠粘劑、鑄造工業(yè)用的膠粘劑、制鞋工業(yè)用的膠粘劑等。 膠粘劑Adhesiv

7、e （5）按受力情況分類 結(jié)構(gòu)膠（環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂等） 非結(jié)構(gòu)膠（橡膠膠粘劑等）。 膠粘劑Adhesive9.2膠接的基本原理膠接的基本原理 膠接界面 界面中膠粘劑、底膠和被粘物表面以及吸附層之間有明顯邊界。膠粘劑Adhesive （1）粘接接頭受力情況膠粘劑Adhesive（2）接頭破壞形式膠粘劑Adhesive （3）膠粘劑必需具備的條件 a室溫或加熱條件下易于流動(dòng)； b有良好的潤(rùn)濕性； c在一定溫度、壓力、時(shí)間下，能把被粘接物牢牢地粘接成一整體； d具有足夠的強(qiáng)度和良好的力學(xué)性質(zhì)。 膠粘劑Adhesive (4)膠接界面的結(jié)合力 a、物理結(jié)合： 機(jī)械連接和范德華力（偶極力、誘導(dǎo)力、色散

8、力和氫鍵） b、化學(xué)結(jié)合： 共價(jià)鍵、離子鍵、金屬鍵。 膠粘劑Adhesive (5)影響界面結(jié)合的因素： a表面化學(xué)狀態(tài)和吸附物； b被粘附物表面的微細(xì)結(jié)構(gòu)（粗糙度）； c膠粘劑、底膠分子的鏈結(jié)構(gòu)、粘度和粘彈性； d膠粘劑底膠與被粘物表面的相容性； e膠結(jié)工藝 膠粘劑Adhesive9.2.2 粘接的基本原理粘接的基本原理 (1)幾種粘接理論簡(jiǎn)介幾種粘接理論簡(jiǎn)介 吸附理論吸附理論 物理吸附的范德華力：當(dāng)兩理想平面相距1nm，吸引力可達(dá)10100MPa; 0.3nm，可達(dá)100-1000MPa。 只要膠粘劑能充分潤(rùn)濕被粘物表面，并與之達(dá)到良好接觸，分子間的引力便產(chǎn)生了膠粘作用。 膠粘劑Adhes

9、ive 機(jī)械結(jié)合理論機(jī)械結(jié)合理論 認(rèn)為粘合力是由于粘合劑滲入被粘物表面的縫隙或凹陷處，經(jīng)固化后產(chǎn)生嚙合連接。 靜電理論靜電理論 當(dāng)黏合劑與被黏結(jié)材料接觸時(shí)在界面兩側(cè)形成雙電層，粘合力主要來(lái)自于雙電層的靜電引力。膠粘劑Adhesive 擴(kuò)散理論擴(kuò)散理論 粘合劑與被粘材料接觸時(shí)，其分子互相擴(kuò)散，在界面發(fā)生互溶，導(dǎo)致界面的消失和過(guò)渡層的產(chǎn)生，兩聚合物的膠結(jié)是在過(guò)渡層中進(jìn)行的。 化學(xué)鍵理論化學(xué)鍵理論 膠粘劑與被膠粘物表面形成化學(xué)鍵，從而產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合力?；瘜W(xué)鍵能比分子間的作用能高且穩(wěn)定。膠粘劑Adhesive(2) 粘接的基本原理和過(guò)程粘接的基本原理和過(guò)程 粘接接頭的強(qiáng)度取決于三個(gè)基本因素，即：膠粘劑的

10、內(nèi)聚強(qiáng)度、被粘材料的強(qiáng)度和膠粘劑與被粘材料之間的粘合力。 其粘接過(guò)程如下： 潤(rùn)濕 為使被粘物表面易被潤(rùn)濕 ，需清洗處理，除去油污； 膠粘劑分子的移動(dòng)和擴(kuò)散 膠粘劑分子按布朗運(yùn)動(dòng)的規(guī)律向被粘物表面移動(dòng)；膠粘劑Adhesive 膠粘劑的滲透 粘接時(shí)膠粘劑向被粘物的縫隙滲透，從而增大了接觸面積。 機(jī)械結(jié)合 （a）釘鍵作用 （b）鉤鍵作用 （c）根鍵作用 （d）榫鍵作用膠粘劑AdhesiveC CN N+ + M Me eR RR RC C N N M M e e 物理化學(xué)結(jié)合 主要有：化學(xué)鍵結(jié)合,范德華力結(jié)合,舉例如下： （a）配價(jià)鍵 環(huán)氧樹(shù)脂膠 、酚醛樹(shù)脂膠、丁腈膠等分子中的N、O帶有孤對(duì)電子，它

11、們能與金屬形成配價(jià)鍵結(jié)合。 + + M Me eR RR RM Me eO OH HH HO O帶雙鍵的橡膠分子雙鍵上的電子能與金屬形成配價(jià)鍵。C CC CH HH H+ + M Me eH HH H C CC CM Me e膠粘劑AdhesiveR RN NC CO O + + H H O OR RR RN NH HC CO O R RO O （b）共價(jià)鍵 如用聚氨酯膠粘接木材： （c）氫鍵 膠粘劑分子中的-OH可與玻璃、金屬氧化層、陶瓷等上的氧原子共享氫質(zhì)子而形成氫鍵結(jié)合。膠粘劑Adhesive9.3合成樹(shù)脂粘合劑合成樹(shù)脂粘合劑 93.1熱塑性樹(shù)脂膠粘劑熱塑性樹(shù)脂膠粘劑 以熱塑性樹(shù)脂是為基

12、料的粘合劑，加熱熔融軟化，冷卻固化；遇溶劑可溶解，據(jù)固化機(jī)理不同分為四類： （1）是通過(guò)溶劑揮發(fā)實(shí)現(xiàn)固化； （2）是通過(guò)分散劑揮發(fā)實(shí)現(xiàn)固化的乳液型黏合劑； （3）是通過(guò)溶體冷卻實(shí)現(xiàn)固化的熱熔膠； （4）是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)固化的反應(yīng)型膠粘劑。 熱塑性樹(shù)脂膠粘劑機(jī)械性能、耐熱性能和耐化學(xué)性能較差，但使用方便，有較好的柔軟性。膠粘劑Adhesive聚醋酸乙烯粘合劑n nC CH HC CH H2 2O OC CO OC CH H3 3 主要用于木料、紙制品、無(wú)紡布、發(fā)泡聚乙烯等的粘接 。 (1)聚醋酸乙烯乳液膠粘劑 結(jié)構(gòu)式：膠粘劑Adhesive 合成方法：由醋酸乙烯在乳化劑存在下進(jìn)行乳液聚合（自由

13、基聚合機(jī)理）。 膠粘劑Adhesive 主要原料： 引發(fā)劑 ：是水溶性的，如過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀； 保護(hù)膠體：聚乙烯醇，用來(lái)改善膠乳的貯存穩(wěn)定性； 乳化劑：常用陰離子型或非離子型表面活性劑； 增塑劑：常用鄰苯二甲酸二丁酯。 膠粘劑Adhesive 主要特點(diǎn)及用途： 優(yōu)點(diǎn)：黏結(jié)強(qiáng)度高、粘度低、使用方便；成本低、無(wú)毒、無(wú)污染。 缺點(diǎn)：耐水性、耐熱性差；蠕變性較大。 適合于粘接多孔性材料，尤其是木材、紙制品、家具制造業(yè)、裝飾裝潢業(yè)、無(wú)紡布（醫(yī)院用一次性床單、手術(shù)衣）。 膠粘劑Adhesive （2）聚醋酸乙烯溶液膠粘劑 該類膠粘劑可由單體直接在溶液中聚合制得，也可將固體聚合物溶于適當(dāng)溶劑中制得，常用的

14、溶劑有低級(jí)酮、鹵代烴。 由于樹(shù)脂的分子量不高，內(nèi)聚強(qiáng)度不夠，加之溶劑難以完全揮發(fā)，其粘接強(qiáng)度、耐熱性比乳液膠粘劑低。 膠粘劑Adhesive （3）聚醋酸乙烯共聚物粘合劑 聚醋酸乙烯是一種剛性材料，加入增塑劑共混可提高其柔韌性，但共混增塑劑易滲出，不如共聚的作用持久。 可與適當(dāng)?shù)膯误w（乙烯、氯乙烯、丙烯酸、丙烯酸酯順丁烯二酸酯等）共聚合；代表性產(chǎn)品為乙烯-醋酸乙烯的共聚物。 膠粘劑Adhesive聚乙烯醇和聚乙烯醇縮醛膠粘劑聚乙烯醇和聚乙烯醇縮醛膠粘劑C C H H2 2C C H HC C O O O O C C H H3 3( () )n nC C H H2 2C C H HO O H H

15、( () )n n （1）聚乙烯醇膠粘劑 由聚醋酸乙烯酯水解制得：聚乙烯醇膠粘劑通常以水溶液的形式使用，在攪拌下將聚乙烯醇膠粘劑及配合劑溶于熱水中即成膠粘劑。聚乙烯醇的性質(zhì)與水解度:水解度99.7-100%，耐水性好；水解度87-89%，易溶于水； 膠粘劑AdhesiveR RC C H HO OO OC C H HC C H H2 2C C H HC C H H2 2+ + R R C C H H O O O O H HC C H HC C H H2 2m mm m+ + H H2 2O O （2）聚乙烯醇縮醛膠粘劑 聚乙烯醇與醛類進(jìn)行縮醛化反應(yīng)可制得聚乙烯醇縮醛，其反應(yīng)如下： 主要產(chǎn)品為聚

16、乙烯醇縮甲醛和縮丁醛?？s甲醛可用作日用膠水；聚乙烯醇縮丁醛具有良好的柔韌性、光學(xué)透明性，常用于無(wú)機(jī)玻璃的黏結(jié)以制造安全玻璃、汽車工業(yè)的防護(hù)玻璃。 膠粘劑Adhesive丙烯酸系列膠粘劑丙烯酸系列膠粘劑C CH H2 2C CC CO OO OR RC CN N 指以丙烯酸、甲基丙烯酸及其酯或在分子結(jié)構(gòu)中含有丙烯酸酯的化合物為主體的聚合物或共聚物配制的膠粘劑。 （1）氰基丙烯酸酯膠粘劑氰基丙烯酸酯膠粘劑 俗稱瞬干膠，是產(chǎn)量較小、價(jià)格較貴的一類黏合劑，常用的有501、502、504膠。結(jié)構(gòu)通式： 膠粘劑AdhesiveC C H H2 2C CC C O O O O R RC C N NC C H

17、 H2 2C CC C N NC C O O O O R RO O H H- -C C H H2 2C CC C O O O O R RC C N Nn n 固化機(jī)理： 氨基和酯基具有很強(qiáng)的吸電子性，使位C帶有部分負(fù)電荷，在水或弱堿的催化作用下，易進(jìn)行陰離子聚合而完成固化。膠粘劑Adhesive 輔助成分 A、穩(wěn)定劑： 為防止貯存時(shí)發(fā)生陰離子聚合而加入的酸性物質(zhì)，如：SO2、醋酸銅、P2O5、對(duì)甲基苯磺酸； B、阻聚劑 ：防止貯存時(shí)發(fā)生自由基聚合，常用 對(duì)苯二酚。 C、增稠劑：為防止使用時(shí)流失而加入的高分子化合物。如：有機(jī)玻璃模塑粉。 D、增塑劑：提高膠粘劑的韌性，常用磷酸三甲酚酯、鄰苯二甲酸

18、二丁酯。 膠粘劑Adhesivem m+ + m mH HC CH HO O C CH H2 2C CH HC CO OO OC CO OO OR RC CH H2 2m mC CN NR RC CN N+ + m m H H2 2O OP P2 2O O5 5m mC CH H2 2C CC CN NC CO OO OR R 合成方法 將氰乙酸酯與甲醛發(fā)生加成縮合反應(yīng)，然后加熱裂解縮合產(chǎn)物即得：膠粘劑Adhesive 氰基丙烯酸酯膠粘劑特點(diǎn)及應(yīng)用 A、單組份、無(wú)溶劑、使用方便； B、粘接速度快，室溫下數(shù)秒即可粘接牢固； C、粘度低、便于涂布，潤(rùn)濕性好、用量少； D、膠層無(wú)色透明，毒性??； E

19、、耐溫、耐水和耐極性溶劑較差； F、較脆，膠結(jié)剛性材料時(shí)不耐振動(dòng)和沖擊 G、價(jià)格較貴 應(yīng)用：501、502膠適用于粘接金屬、玻璃、陶瓷等；504、661膠可用于粘接皮膚、血管、骨骼。 膠粘劑Adhesive (2)乳液型、溶液型丙烯酸酯膠粘劑 乳液型丙烯酸酯類膠粘劑 原料有丙烯酸酯（C4-C8酯）和其它單體（如甲基丙烯酸、丙烯酸、醋酸乙烯、VC、苯乙烯），可進(jìn)行同種單體聚合和不同單體共聚。 特點(diǎn)：耐老化性、耐水性好，耐皂洗、耐磨、膠膜柔軟；主要用于織物方面，如無(wú)紡布用、靜電植絨等；還可用于建筑方面作裝飾用膠粘劑和密封劑。膠粘劑Adhesive 溶液型丙烯酸酯類膠粘劑 分為兩種： a將聚合物溶解

20、于適當(dāng)?shù)娜軇┲兄瞥梢欢ざ鹊木酆衔锶芤耗z； b以（甲基）丙烯酸酯為主的單體進(jìn)行自由基溶液聚合制得的膠。該類膠稱為第一代 丙烯酸酯膠粘劑。 其特點(diǎn)是具有透明性，一般用于有機(jī)玻璃及有機(jī)玻璃與金屬間的粘接。膠粘劑Adhesive (3) 反應(yīng)型丙烯酸酯類膠粘劑 單純的丙烯酸酯單體形成的膠粘劑受熱軟化、不耐溶劑、抗沖擊能力差，添加高分子彈性體對(duì)其增韌。能顯著地改善聚合物的柔韌性，提高其抗沖擊性。其組成： A、主體材料：丙烯酸酯、高分子彈性體溶液； B、引發(fā)劑、促進(jìn)劑：在促進(jìn)劑作用下，使引發(fā)劑產(chǎn)生自由基，從而引發(fā)單體和彈性體進(jìn)行接枝共聚。 C、阻聚劑：防止膠液在貯存過(guò)程中自行聚合。 稱為第二代丙烯酸酯類

21、膠粘劑（SGA）；膠粘劑Adhesive 使用時(shí)配成主劑和底劑兩部分，通常以甲基丙烯酸酯、高分子彈性體溶液和引發(fā)劑為主劑、而以促進(jìn)劑溶液為底劑。使用時(shí)將底劑先涂在兩個(gè)被粘面上，干燥后再在其中之一涂上主劑，然后合攏，立即發(fā)生聚合反應(yīng) 特點(diǎn)：粘接迅速，使用方便、強(qiáng)度高；表面不須嚴(yán)格處理可達(dá)到較高強(qiáng)度；氣味大、有毒，耐熱、耐水性有限。 主要用于各種鋁銘牌、地板磚的粘貼；也可用于金屬、塑料、珠寶首飾、玻璃及復(fù)合材料粘接。膠粘劑AdhesiveC C H H2 2C CC C O O O OC C H H2 2C C H H2 2O O( (C C O O O O C C) )n nC C H H2 2C C H H3 3C C H H3 3 (4)厭氧膠粘劑 與氧接觸下能長(zhǎng)期保存，在隔絕氧時(shí)能自行固化的膠粘劑。 厭氧膠的組成： 一般由單體、配合劑（引發(fā)劑、 促進(jìn)劑、穩(wěn)定劑、填料、染料、增塑劑、增稠劑等）組成。 A、單體 a、三縮四乙二醇雙甲基丙烯酸酯：膠粘劑AdhesiveNHCOOCH3CHCH2OOCCCH3RCH2NHCOOCHCH2OOCCCH3RCH2 b、二異氰酸雙甲基丙烯酸烷酯：C CH H2 2C CC CO OO OC