[材料科學(xué)]膠黏劑與粘接技術(shù)

1、材料膠接技術(shù)緒論 應(yīng)用已十分普遍，有幾千年的歷史（漿糊，泥墻） 在高分子學(xué)科的發(fā)展之后真正作為一門學(xué)科即是合成膠黏劑出現(xiàn),高分子材料五大分支之一來闡述的?；靖拍睿喊褍蓚€或多個物體通過另外一種材料在其兩相界面間產(chǎn)生的分子間力連接在一起，稱為粘接，被粘接的物體稱為被粘物，粘接所使用的材料稱為膠黏劑，通過粘接得到的組件稱為膠接接頭（膠接件），減弱粘接稱為脫粘。膠粘劑概述一、膠粘劑基本組成基料、固化劑、溶劑、增塑劑、填料、偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑、引發(fā)劑、促進(jìn)劑、增韌劑、增黏劑、稀釋劑、防老劑、阻聚劑、阻燃劑、光敏劑、消泡劑、防腐劑、穩(wěn)定劑、乳化劑 二、膠粘劑的分類三、常見膠黏劑成分組成1 、基料 又稱膠料,

2、是膠粘劑主要成分.2 、固化劑 使單體或低聚物變?yōu)榫€形或網(wǎng)狀體型高聚物。 又稱硬化劑、熟化劑、交聯(lián)劑、硫化劑3 、溶劑 4 、增塑劑 降低玻璃化溫度和熔融溫度,改善膠層脆性, 內(nèi)增塑、外增塑.5 、填料 降低成本,改善機(jī)械性能,降低膨脹系數(shù)6 、偶聯(lián)劑 同時與極性和非極性物質(zhì)產(chǎn)生結(jié)合力的化合物.7 、交聯(lián)劑 在線形大分子間形成化學(xué)鍵8 、引發(fā)劑 引起單體分子或預(yù)聚物活化而產(chǎn)生自由基.9 、促進(jìn)劑 降低引發(fā)劑分解溫度或加快固化反應(yīng)速度。10、增黏劑 提高初粘力透明膠水：白乳膠，滑石粉，水，乙二醇；蔗糖；尿素；香精分類1、按化學(xué)成分分類無機(jī)鹽類硅酸鹽:硅酸鈉(水玻璃),硅酸鹽水泥；硼酸鹽:溶接玻璃

3、磷酸鹽:磷酸-氧化銅；硫酸鹽:石膏陶瓷氧化鋁，陶土低熔點金屬錫-鉛有機(jī)天然動物膠骨膠、蟲膠、蛋白質(zhì)植物膠淀粉、天然橡膠、松香、阿拉伯（樹）膠礦物膠礦物蠟、瀝青、粘土合成合成樹脂熱塑性烯類聚合物（聚乙烯類,PVC類, 聚乙烯醇,PVA,聚乙烯醇縮醛,聚丙烯酸類）,飽和聚酯,聚酰胺,纖維素類（硝酸、醋酸）熱固性環(huán)氧樹脂,酚醛樹脂,不飽和聚酯,聚酰亞胺,脲醛樹脂,間苯二酚甲醛樹脂,聚異氰酸酯合成橡膠氯丁橡膠,丁苯膠,丁腈膠,丁基膠,聚硫橡膠,有機(jī)硅橡膠復(fù)合型酚醛-氯丁橡膠,酚醛-丁腈橡膠,酚醛-聚乙烯醇縮醛,環(huán)氧-酚醛,環(huán)氧-丁腈橡膠, EVA,環(huán)氧-聚酰胺分類2 、按形態(tài)分類液態(tài)：水溶液、溶液、乳

4、液、無溶劑型固態(tài)型：粉狀、 塊狀、細(xì)繩狀、 膠膜帶狀：黏附型;熱封型膏狀與膩子3 、按應(yīng)用方法分類室溫固化型（溶劑揮發(fā)型、潮氣固化型、厭氧型、加固化劑型）壓敏型（接觸壓膠、自粘(冷粘)型、 緩粘(熱粘)型、 永粘型）熱固型 、熱熔型 4 、按用途分類結(jié)構(gòu)用（實際粘接強(qiáng)度大于6.9MPa，通常是熱固性）非結(jié)構(gòu)用、壓敏膠、特種用常見膠黏劑成分 膠水、固體膠聚乙烯醇類建筑用107、108膠聚乙烯醇縮甲醛萬能膠環(huán)氧膠粘劑，主要組分是環(huán)氧樹脂AB膠（哥倆好）通常是雙組分丙烯酸改性環(huán)氧膠或環(huán)氧膠502膠，504膠（醫(yī)用）瞬間膠粘劑，-氰基丙烯酸酯厭氧膠（鐵錨300系列，Y150膠）甲基丙烯酸雙酯膠帶丙烯酸

5、脂共聚物、天然橡膠、二烯苯乙烯嵌段共聚物補(bǔ)胎膠水、乒乓球拍天然橡膠，溶劑粘鞋橡膠類膠黏劑、聚氨酯系列703、704、FS203等有機(jī)硅膠粘劑, 主要組分是有機(jī)硅氧烷。CH505酚醛-丁腈橡膠膠粘劑鐵錨801強(qiáng)力膠酚醛-氯丁橡膠膠粘劑，混合溶劑。 百得膠、FN303膠、XY401膠、CH406膠等。 為什么要使用膠黏劑？材料加工，主要包括變形、切分與結(jié)合。 組合連接分類一般有三種，機(jī)械緊固、焊接與粘接。 膠接優(yōu)點：1 不破壞被粘物2 不造成應(yīng)力集中3 改善疲勞性能4 同時起密封效果5 連接不同金屬不形成電池6 特殊場合（如粘接炸藥）7 粘接形狀復(fù)雜的被粘物 8 設(shè)備簡單膠接缺點：1需要更大的接觸

6、面積 2表面工藝條件高，甚而苛刻 3存在的不確定性，難以監(jiān)測 4有些有毒5 存儲壽命有限 6不能重復(fù)利用7學(xué)科起步晚，設(shè)計缺信心第一章 粘接理論基礎(chǔ)粘接是一種材料界面、表面的科學(xué)獲得好的粘接效果有兩個必要條件（過程）：（1）足夠面積的緊密接觸（清理表面、潤濕、擴(kuò)散）（2）分子間的吸引力甚或成粘合鍵（固化） 為滿足第一個條件，膠粘劑應(yīng)能擴(kuò)展到固體的表面，并取代存在于表面的空氣或其他附著物。 固體表面都是高低不平的，拋光后接觸面積不到總面積的1/100；液體可以完全浸潤。膠粘劑與被粘物連續(xù)接觸的過程叫潤濕。 膠粘劑浸入固體表面的凹陷與空隙就形成良好潤濕；如果膠粘劑在表面的凹處被架空，便減少了膠粘劑

7、與被粘物的實際接觸面積，從而降低了接頭的粘接強(qiáng)度。 獲得良好潤濕的條件是：a 液體的接觸角應(yīng)為0，或接近于0；（浸潤熱力學(xué)）b 粘度要低，即不得大于幾毫帕秒；（動力學(xué)）c 能驅(qū)除被粘物接頭間所夾的空氣和其他附著物。1.1界面理論 表面張力是分子間力的直接表現(xiàn)，是由于物體主體對表面層吸引的結(jié)果，表面分子能量狀態(tài)高，物體有減少自身表面的趨勢。增加表面積即能量增加，也有了表面自由能。 存在的最普遍的分子間吸引力為Vander Waals力，它來源于幾種不同的作用。靜電力（取向力），永久偶極之間，13-21kJ/mol；誘導(dǎo)力，偶極在其他分子上引起的誘導(dǎo)偶極,6-13kJ/mol；色散力(London

8、力)，偶極矩自由運動產(chǎn)生,0.88kJ/mol； 另外還有氫鍵，不超過40 kJ/mol。共價鍵100-400 kJ/mol，離子鍵一般大于300 kJ/mol，金屬鍵？。表面張力表面張力 固體表面分為高能表面，s=100達(dá)因/cm，如金屬和無機(jī)物；低能表面，s=100達(dá)因/cm，如塑料。 達(dá)因，10-5N。水72mJ/m。聚合物隨分子量增加表面張力增加。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， 分子間力的另一表現(xiàn)，內(nèi)聚力，是在同種物質(zhì)內(nèi)部

9、相鄰各部分之間的相互吸引力，只有在各分子十分接近時（小于10-8米）才顯示出來。浸潤的熱力學(xué)完全浸潤、浸潤平衡 (1) Young氏方程： sl+lcos=s ，接觸角要小于90 (2) 膠粘劑液體在固體表面自動展開的條件是l=C （C為極限表面張力，接觸角為0時的值） (3) 浸潤接觸角與表面粗糙度，粗糙使cos的絕對值增加：當(dāng)90時，表面粗糙度增加，則增加。 表面張力的測定。液體，液滴法、液面；固體，接觸角（液滴，前進(jìn)、后退）、表面力儀。楊-拉普拉斯公式浸潤的動力學(xué)浸潤速度與被粘物的表面結(jié)構(gòu)、膠粘劑粘度和表面張力有關(guān)。浸潤時間T=2k/（ l cos） k-與表面結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù) 有機(jī)液體的

10、表面張力l 相差不會很大。 越小，浸潤速度越快 液體粘度越低，浸潤時間越短，便充分浸潤縫隙；a膠粘劑的表面張力小于固體的臨界表面張力b膠粘劑黏度低 膠粘劑對固體表面的粘附功最大，或者界面能最低時，解到最好膠接強(qiáng)度。 許多合成膠粘劑都容易潤濕金屬被粘物，而多數(shù)固體被粘物的表面張力都小于膠粘劑的表面張力。這就是環(huán)氧樹脂膠粘劑對金屬粘接極好的原因，而對于未經(jīng)處理的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯和氟塑料很難粘接。浸潤的條件(1)機(jī)械互鎖理論； (拋錨理論)(2)擴(kuò)散理論；(3)電子理論（靜電）；(4)吸附理論。為滿足第二個條件，固化后應(yīng)形成跨過界面的粘接力，而此力的本質(zhì)和大小對粘接效果都是極重要的。目前主要

11、有四種理論解釋粘接力產(chǎn)生機(jī)理：1.2 粘接機(jī)理 膠粘劑滲透到被粘物表面的縫隙或凹凸之處，固化后在界面區(qū)產(chǎn)生了嚙合力，其本質(zhì)是摩擦力。 要求：a膠粘劑必須滲入被粘物表面的空隙內(nèi) b排除其界面上吸附的空氣 在粘合多孔材料、紙張、織物等時，機(jī)構(gòu)連接力是很重要的因素，但對某些堅實而光滑的表面，這種作用并不顯著。從物理化學(xué)觀點看，機(jī)械作用并不是產(chǎn)生粘接力的因素，而是增加粘接效果的一種方法。 缺點：不能解釋平面 應(yīng)用：表面粗糙問題：膠粘劑粘接經(jīng)表面打磨的材料效果要比表面光滑的材料好，這是因為？一、機(jī)械作用力理論 問題：膠粘劑粘接經(jīng)表面打磨的材料效果要 比表面光滑的材料好，這是因為？（1）機(jī)械鑲嵌；（2）形

12、成清潔表面；（3）生成反應(yīng)性表面；（4）表面積增加。 由于打磨確使表面變得比較粗糙，可以認(rèn)為表面層物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了改變，從而提高了粘接強(qiáng)度。 兩種聚合物在具有相容性的前提下，當(dāng)它們相互緊密接觸時，由于分子的布朗運動或鏈段的旋擺產(chǎn)生相互擴(kuò)散現(xiàn)象。這種擴(kuò)散作用是穿越膠粘劑、被粘物的界面交織進(jìn)行的。擴(kuò)散的結(jié)果導(dǎo)致界面的消失和過渡區(qū)的產(chǎn)生，由此形成粘接。 當(dāng)膠粘劑和被粘物都是具有能夠運動的長鏈大分子聚合物時，粘接體系借助擴(kuò)散理論基本是適用的。熱塑性塑料的溶劑粘接和熱焊接可以認(rèn)為是分子擴(kuò)散的結(jié)果。 缺點：不能解釋聚合物材料與金屬、玻璃或其他硬體膠粘，因為聚合物很難向這類材料擴(kuò)散。 應(yīng)用：材料相容性好

13、，溶劑溶脹，升溫二、擴(kuò)散理論當(dāng)膠粘劑和被粘物體系是一種電子的接受體-供給體的組合形式時，電子會從供給體（電負(fù)性低如金屬）轉(zhuǎn)移到接受體（電負(fù)性高如聚合物），在界面區(qū)兩側(cè)形成了雙電層，從而產(chǎn)生了靜電引力。 但靜電作用僅存在于能夠形成雙電層的粘接體系，因此不具有普遍性，也決不是起主導(dǎo)作用的因素。 有些學(xué)者指出：雙電層中的電荷密度必須達(dá)到1021電子/厘米2時，靜電吸引力才能對膠接有效果，實際1019電子/厘米2（有的認(rèn)為只有1010-1011電子/厘米2）。 此外，不能解釋溫度、濕度等因素對粘接的影響。 三、靜電理論 粘接力的主要來源是兩材料接觸時的分子間作用力，包括范德華力和氫鍵力。 經(jīng)計算，理想

14、平面距離1nm時，范德華力產(chǎn)生的吸引力990Mpa，距離0.3nm時，吸引力100Mpa。聚乙烯20 Mpa，尼龍66，80Mpa。Bikerman：“正常的粘接頭在機(jī)械力作用下粘附破壞是不可能的”。 分子間作用力是提供粘接力的因素，但不是唯一因素。在某些特殊情況下，其他因素也能起主導(dǎo)作用。 缺點：理論與實際的差距，只有物理吸附，其他物理吸附比膠黏劑容易要求：充分潤濕，親密接觸四、吸附理論化學(xué)鍵形成理論化學(xué)鍵理論認(rèn)為膠粘劑與被粘物之間除分子力間外，有時還有化學(xué)鍵產(chǎn)生：1）離子鍵 2）共價鍵 3）金屬鍵 化學(xué)鍵的強(qiáng)度比范德化作用力高得多；化學(xué)鍵形成可以提高粘附強(qiáng)度，還可以克服脫附使膠接接頭破壞的

15、弊病。 但化學(xué)鍵的形成必須滿足一定的量子化件，膠粘劑與被粘物之間的接觸點不可能都形成化學(xué)鍵。單位粘附界面上化學(xué)鍵數(shù)要比分子間作用的數(shù)目少得多，因此粘附強(qiáng)度主要來自分子間的作用力。酸堿相互作用理論（與靜電理論類似） 路易斯酸堿相互作用，提供接受電子對。 多數(shù)普通玻璃是堿性的，使用酸性膠黏劑。 每種理論都有大量的實驗為依據(jù)，只是研究的角度、方法、條件不同，共同目標(biāo)是最求形成黏結(jié)現(xiàn)象的本質(zhì)，更好的應(yīng)用。沒有統(tǒng)一的定論，理解各派理論兼容并包靈活運用，調(diào)動提高粘接強(qiáng)度的一切因素。小結(jié)相溶的膠黏劑（擴(kuò)散性）自發(fā)浸潤的膠黏劑，填充凸凹不平的表面（表面張力）表面處理粗糙使具有微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)（機(jī)械互鎖）合適的黏度

16、與固化時間（黏度）惡劣環(huán)境中的膠接件盡量產(chǎn)生化學(xué)鍵1發(fā)動機(jī)罩，熱固化乙烯基塑料溶膠車身外的貼花加工，采用丙烯酸酯壓敏膠；擋風(fēng)玻璃粘接，采有聚硫多組分反應(yīng)性膠粘劑；聚氯乙烯頂篷縫粘接，采用聚酯、聚酰胺熱熔膠；頂篷隔音襯墊粘接，采用氯丁橡膠為基體的溶劑型膠粘劑或聚丙烯酸酯乳液膠粘劑； 聚氯乙烯頂篷粘接，采用氯丁橡膠為基體的溶劑型膠粘劑或聚丙烯酸酯乳液膠粘劑； 頂篷拱型加固梁與頂篷的結(jié)構(gòu)粘接，采用熱固化的高含固量的聚氯乙烯塑料溶膠； 頂篷襯里粘接，采用丁苯橡膠為基體溶劑型膠劑； 后蓋板防雨條粘接，采用氯丁橡膠為基體的溶劑型膠粘劑或聚丙烯酸酯乳液膠粘劑； 后蓋隔音材料粘接，采用高含固量的再生膠 11聚

17、氯乙烯成型防護(hù)側(cè)條粘接，采用丙烯酸酸壓敏膠； 12接縫裝飾條粘接，采用丙烯酸酯壓敏膠或橡膠型壓敏膠； 13剎車襯里與閘瓦粘接，采用酚醛縮醛膠、酚醛丁腈膠或酚醛縮醛有機(jī)硅膠等熱固性膠粘劑； 14木紋聚氯乙烯側(cè)面裝飾板粘接，采用丙烯酸酯壓敏膠； 15座椅襯墊與聚氯乙烯塑料片粘接，丁苯膠或乙烯醋酸乙烯共聚體熱熔膠；16車門內(nèi)裝飾板粘接，采用氯丁橡膠溶劑型膠粘劑或聚丙烯酸酯乳液膠粘劑；17車門防風(fēng)防雨條粘接，采用氯丁橡膠溶劑膠粘劑； 18電動機(jī)皮帶與離合器的結(jié)構(gòu)粘接，采用酚醛丁腈膠等熱固陛膠粘劑； 19閘瓦底座與圓盤襯墊的粘接組裝，采用酚醛樹脂膠；20裝飾板、商標(biāo)等粘接，采用丙烯酸酯型壓敏膠。A汽缸蓋

18、墊片，半干性粘彈型密封膠B螺栓，氯丁膠乳液或厭氧膠C絕熱隔板接縫，再生膠D絕熱隔板密封，采用環(huán)氧樹脂或聚氨酯膠；E外層窗玻璃密封，采用丁基橡膠一聚異丁烯膠；F后窗玻璃密封，采用丁基膠；G后窗外層輔助密封，采用軟性丁基橡膠一聚異丁烯膠；H頂篷排水槽外密封，采用聚氯乙烯塑料溶膠；I頂篷至車舷后部位塑料擋板粘接密封，采用高含固量聚氯乙烯塑料溶膠；J油箱輸油管密封，采用高含固量、可膨脹、熱固化氯丁膠；K行李箱接縫密封，采用高固含量聚氯乙烯塑料溶膠；L后蓋排水槽外縫密封，采用高固含量熱固化聚氯乙烯塑料溶膠；M非膨脹性焊接內(nèi)縫密封，采用高固含量熱固化聚氯乙烯塑料溶膠；N可膨脹性焊接內(nèi)縫(后蓋擋板及擋泥板)

19、密封，采用可膨脹、熱固化丁苯膠； ，O擋泥板高低板填充密封，采用高含固量聚氯乙烯塑料溶膠；P底板內(nèi)縫密封，采用以瀝青為基體的高固含量膠粘劑；Q罩板總裝的膨脹性焊接縫密封，采用丁苯膠；R減震器墊片密封，采用熱固化氯丁膠；S在油漆層下的外縫密封，采用高固含量、熱固化型聚氯乙烯塑料溶膠。化學(xué)因素1.極性 2.分子量 3.側(cè)鏈 4.PH值 5.交聯(lián) 6.溶劑和增塑劑 7.填料 8.結(jié)晶性 9.分解 ：水解、熱解物理因素 1.表面粗糙度 2.表面處理 3.滲透 4.遷移 5.壓力 6.膠層厚度 7.負(fù)荷應(yīng)力 8.內(nèi)應(yīng)力9.環(huán)境：熱、水、光、氧氣等 1.3 粘接的影響因素與破壞機(jī)理 在實際的接頭上作用的應(yīng)

20、力是復(fù)雜的，包括正應(yīng)力、剪切應(yīng)力、剝離應(yīng)力和交變應(yīng)力。 （1） 正應(yīng)力： （2）切應(yīng)力：接頭在剪切應(yīng)力作用下，被粘物的厚度越大，接頭的強(qiáng)度則越大。 （3）剝離應(yīng)力：力集中于粘接界面上，因此接頭很容易破壞。 在設(shè)計時盡量避免產(chǎn)生剝離應(yīng)力。 （4）交變應(yīng)力：在接頭上膠粘劑因交變應(yīng)力而逐漸疲勞，在遠(yuǎn)低于靜應(yīng)力值的條件下破壞。強(qiáng)韌的、彈性的膠粘劑（如某些橡膠態(tài)膠粘劑）耐疲性能良好。 膠接頭的力學(xué)行為-外力 內(nèi)應(yīng)力使膠接強(qiáng)度和耐久性下降。產(chǎn)生的原因： 1、收縮應(yīng)力：膠粘劑固化時，因揮發(fā)、冷卻和化學(xué)反應(yīng)而體積發(fā)生收縮，引起收縮應(yīng)力。2、熱應(yīng)力：膠粘劑和被粘物的熱膨脹系數(shù)不同，溫度的變化將引起熱應(yīng)力。3）在

21、老化過程中膠層吸水而發(fā)生溶脹，在不連續(xù)處將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。 降低內(nèi)應(yīng)力：（1）共聚或提高聚合物分子量以降低體系中官能團(tuán)濃度。（2）加入增韌劑，降低固化收縮應(yīng)力。（3）加入無機(jī)填料。（4）膠接熱膨脹系數(shù)大的材料時選擇較低的固化溫度。（5）使膠粘劑的熱膨脹系數(shù)接近于被粘物。（6）選用彈性良好的膠粘劑。膠接頭的力學(xué)行為-內(nèi)力 大多數(shù)合成膠粘劑的主要成分是非晶態(tài)高聚物。在材料內(nèi)部存在很多細(xì)小的缺陷，形成應(yīng)力集中。當(dāng)局部應(yīng)力超過局部強(qiáng)度時，缺陷就發(fā)展成為裂縫真正破裂。因此內(nèi)應(yīng)力集中造成的破壞將降低粘接強(qiáng)度。 固體材料的強(qiáng)度與分子作用力的大小、材料中的缺陷大小分布情況以及缺陷周圍的應(yīng)力分布有關(guān)。（1）減少材料

22、的缺陷即提高分子量，形成結(jié)晶。（2）加入增韌劑增加對裂縫擴(kuò)展的抵抗力。 膠接頭的力學(xué)行為-應(yīng)力集中膠接件破壞的一般形式有四種（見圖）：被粘物破壞，發(fā)生于粘接強(qiáng)度大于被粘物強(qiáng)度時；內(nèi)聚破壞，膠粘劑破壞，強(qiáng)度取決于膠粘劑內(nèi)聚力；界面破壞（粘附破壞），破壞發(fā)生在被粘物與膠粘劑的界面（膠粘界面完整脫離），此時粘接強(qiáng)度決定于粘附力；混合破壞，既有內(nèi)聚破壞，又有界面破壞。 破壞現(xiàn)象 膠粘劑或被粘材料破壞是理想的破壞形式，即100%的內(nèi)聚破壞，因為這種破壞在材料粘接時能獲得最大強(qiáng)度。 粘接破壞發(fā)生在接頭最薄弱的地方，不一定總是發(fā)生在界面上。說明粘接強(qiáng)度不僅與膠粘劑、被粘物之間作用力有關(guān)，也與聚合物粘料分子之

23、間的作用力有關(guān)。高聚物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，以及聚集態(tài)都強(qiáng)烈地影響膠接強(qiáng)度。弱邊界層（WBL）來自膠粘劑、被粘物、環(huán)境，或三者之間任意組合。當(dāng)發(fā)生破壞時，盡管多數(shù)發(fā)生在膠粘劑和被粘物界面，但實際上是弱邊界層的破壞。正是這些內(nèi)聚強(qiáng)度較低的物質(zhì)存在，致使粘接強(qiáng)度會表現(xiàn)的比預(yù)期降低。1）不良浸潤，有空氣泡或灰塵、油等雜質(zhì)殘留形成弱區(qū)；2）溶于液態(tài)膠粘劑的不溶雜質(zhì)，在固體化后形成另一相3）內(nèi)應(yīng)力在被粘體與膠粘劑整體間產(chǎn)生弱界面層4）聚合物中低分子量有機(jī)物 WBL除工藝因素外，在聚合物成網(wǎng)或熔體相互作用的成型過程中，膠粘劑與表面吸附等熱力學(xué)現(xiàn)象中產(chǎn)生界層結(jié)構(gòu)的不均勻性界面層也會有WBL出現(xiàn)。這種WBL的應(yīng)力松

24、弛和裂紋的發(fā)展都會不同，因而極大地影響著材料和制品的整體性能。 應(yīng)用：避免弱邊界層 粘接膠帶隔離層通常是經(jīng)過化學(xué)剪裁的弱邊界層 弱邊界層理論 膠接頭在存放或使用過程中由于受到熱、水、光、氧氣等環(huán)境因素作用，性能逐漸下降，使接頭完全破壞，這就是膠接頭的老化。 金屬膠接頭的老化A、接頭的大氣老化機(jī)理，水的作用 （1）水對界面的作用 （2）水對膠層的作用 （3）水的化學(xué)降解作用 （4）水和氧氣同時存在引起金屬被粘表面的電化學(xué)（5）水對接頭界面的應(yīng)力集中起促進(jìn)作用 （6）腐蝕性氣體腐蝕 B、金屬接頭的熱老化機(jī)理，主要是膠粘劑的熱老化 物理變化 ；化學(xué)熱分解和氧化分解 ，過渡元素的氧化物或離子對氧化分解

25、起到催化作用 木材、塑料和橡膠膠接頭的老化 環(huán)境溫度產(chǎn)生的熱應(yīng)力和水的降解是木材老化的主要原因，尤其是水解的影響最大。膠粘劑、木材質(zhì)量和加工性能影響到木材膠接頭老化。而膠層厚度越大，膠合板耐老化性能越好。 塑料橡膠的表面是疏水性的，水難以滲透到膠接界面里，因此其老化性能穩(wěn)定得多 第三章 膠黏劑3.1 膠粘劑概述一、膠粘劑基本組成基料、固化劑、溶劑、增塑劑、填料、偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑、引發(fā)劑、促進(jìn)劑、增韌劑、增黏劑、稀釋劑、防老劑、阻聚劑、阻燃劑、光敏劑、消泡劑、防腐劑、穩(wěn)定劑、乳化劑 二、膠粘劑的分類三、常見膠黏劑成分組成1 、基料 又稱膠料,是膠粘劑主要成分.2 、固化劑 使單體或低聚物變?yōu)榫€形或

26、網(wǎng)狀體型高聚物。 又稱硬化劑、熟化劑、交聯(lián)劑、硫化劑3 、溶劑 4 、增塑劑 降低玻璃化溫度和熔融溫度,改善膠層脆性, 內(nèi)增塑、外增塑.5 、填料 降低成本,改善機(jī)械性能,降低膨脹系數(shù)6 、偶聯(lián)劑 同時與極性和非極性物質(zhì)產(chǎn)生結(jié)合力的化合物.7 、交聯(lián)劑 在線形大分子間形成化學(xué)鍵8 、引發(fā)劑 引起單體分子或預(yù)聚物活化而產(chǎn)生自由基.9 、促進(jìn)劑 降低引發(fā)劑分解溫度或加快固化反應(yīng)速度。10、增黏劑 提高初粘力透明膠水：白乳膠，滑石粉，水，乙二醇；蔗糖；尿素；香精分類1、按化學(xué)成分分類無機(jī)鹽類硅酸鹽:硅酸鈉(水玻璃),硅酸鹽水泥；硼酸鹽:溶接玻璃磷酸鹽:磷酸-氧化銅；硫酸鹽:石膏陶瓷氧化鋁，陶土低熔點

27、金屬錫-鉛有機(jī)天然動物膠骨膠、蟲膠、蛋白質(zhì)植物膠淀粉、天然橡膠、松香、阿拉伯（樹）膠礦物膠礦物蠟、瀝青、粘土合成合成樹脂熱塑性烯類聚合物（聚乙烯類,PVC類, 聚乙烯醇,PVA,聚乙烯醇縮醛,聚丙烯酸類）,飽和聚酯,聚酰胺,纖維素類（硝酸、醋酸）熱固性環(huán)氧樹脂,酚醛樹脂,不飽和聚酯,聚酰亞胺,脲醛樹脂,間苯二酚甲醛樹脂,聚異氰酸酯合成橡膠氯丁橡膠,丁苯膠,丁腈膠,丁基膠,聚硫橡膠,有機(jī)硅橡膠復(fù)合型酚醛-氯丁橡膠,酚醛-丁腈橡膠,酚醛-聚乙烯醇縮醛,環(huán)氧-酚醛,環(huán)氧-丁腈橡膠, EVA,環(huán)氧-聚酰胺分類2 、按形態(tài)分類液態(tài)：水溶液、溶液、乳液、無溶劑型固態(tài)型：粉狀、 塊狀、細(xì)繩狀、 膠膜帶狀：黏

28、附型;熱封型膏狀與膩子3 、按應(yīng)用方法分類室溫固化型（溶劑揮發(fā)型、潮氣固化型、厭氧型、加固化劑型）壓敏型（接觸壓膠、自粘(冷粘)型、 緩粘(熱粘)型、 永粘型）熱固型 、熱熔型 4 、按用途分類結(jié)構(gòu)用（實際粘接強(qiáng)度大于6.9MPa，通常是熱固性）非結(jié)構(gòu)用、壓敏膠、特種用常見膠黏劑成分 膠水、固體膠聚乙烯醇類建筑用107、108膠聚乙烯醇縮甲醛萬能膠環(huán)氧膠粘劑，主要組分是環(huán)氧樹脂AB膠（哥倆好）通常是雙組分丙烯酸改性環(huán)氧膠或環(huán)氧膠502膠，504膠（醫(yī)用）瞬間膠粘劑，-氰基丙烯酸酯厭氧膠（鐵錨300系列，Y150膠）甲基丙烯酸雙酯膠帶丙烯酸脂共聚物、天然橡膠、二烯苯乙烯嵌段共聚物補(bǔ)胎膠水、乒乓球

29、拍天然橡膠，溶劑粘鞋橡膠類膠黏劑、聚氨酯系列703、704、FS203等有機(jī)硅膠粘劑, 主要組分是有機(jī)硅氧烷。CH505酚醛-丁腈橡膠膠粘劑鐵錨801強(qiáng)力膠酚醛-氯丁橡膠膠粘劑，混合溶劑。 百得膠、FN303膠、XY401膠、CH406膠等。每種膠黏劑要求掌握：分子式特點（是什么） 固化機(jī)理（固化劑、熱固）粘接特點（粘接件優(yōu)缺點）應(yīng)用方法（單、雙組份，溶劑型，加熱， 配方，應(yīng)用領(lǐng)域）3.2 環(huán)氧樹脂類粘接劑 環(huán)氧樹脂是結(jié)構(gòu)膠粘劑中份額最大的一類。一般是指至少含有兩個環(huán)氧基的高分子化合物，以環(huán)氧乙烷為反應(yīng)單元。品種很多，雙酚A型最普遍。(8)室溫下可用多種固化劑快速固化(9)摻和性能好缺點:未改

30、性的性脆;個別稀釋劑固化劑對人體有一定傷害;配制后的膠使用期短2、分類(1)縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂(2)縮水甘油酯型環(huán)氧樹脂(3)縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂(4)線型脂肪族環(huán)氧樹脂(5)脂肪族環(huán)氧樹脂(6)混合型環(huán)氧化烯烴二、雙酚A型環(huán)氧樹脂雙酚A(二酚基丙烷)環(huán)氧氯丙烷雙酚A型環(huán)氧樹脂是由雙酚A和環(huán)氧氯丙烷在氫氧化鈉存在下縮聚而得,都是雙官能團(tuán)化合物,生成的環(huán)氧樹脂是線形結(jié)構(gòu),聚合度一般在019,分子量3007000,當(dāng)n1（至多25倍），越大生成的2 、3羥甲基酚愈多。羥甲基與余下的活性點反應(yīng)使分子量繼續(xù)增大。把反應(yīng)的全過程分為A、B、C 三個階段。 A階樹脂(稱為甲階酚醛樹脂)溶解于酒精、丙酮及

31、堿的水溶液中，它是熱塑性的，又稱可熔酚醛樹脂，加熱后能轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗鄣墓腆w。 B階樹脂亦稱半熔酚醛樹脂。B階樹脂的分子結(jié)構(gòu)比可熔酚醛樹脂要復(fù)雜的多（三官能作用），熱塑性較差。 C階樹脂為不溶不熔的固體物質(zhì)酚醛樹脂膠黏劑的特點 （1）優(yōu)點耐熱性能高：可在150以上使用。環(huán)氧膠、有機(jī)硅膠改性后則能在200 以上使用。粘接強(qiáng)度高：極性大。耐老化性能好，耐水、油、化學(xué)介質(zhì)具有優(yōu)良的抗疲勞性能。價格低廉容易與其他高分子相配合獲得性能優(yōu)異的膠黏劑（2）缺點：脆性大，剝離強(qiáng)度不高，需加熱固化，收縮率大，顏色深，有酚類氣味，固化時會釋放水。酸性酚醛樹脂為固態(tài)熱塑性樹脂，加固化劑熱固型膠黏劑甲階酚醛樹脂為固態(tài)熱固型

32、膠黏劑，也可加入酸性催化劑(對氯苯磺酸、磷酸的乙二醇溶液、鹽酸的乙醇溶液等)室溫固化 主要用的是甲階水或乙醇溶液。用途純的主要用于木材加工間苯二酚甲醛樹脂膠可在室溫下迅速固化，用于粘接尼龍等一般膠黏劑不易粘接的材料。 更多的應(yīng)用是改性酚醛樹脂3.0 脲醛樹脂 產(chǎn)量最大的膠黏劑 。尿素與甲醛水溶液在酸或堿的催化下聚合得到線性脲醛低聚物。酸催化時易導(dǎo)致凝膠，中性、堿性時易交聯(lián)固化。工業(yè)上以堿作催化劑，甲醛尿素摩爾比為1.52.0，以保證樹脂能固化。反應(yīng)第一步生成一和二羥甲基脲，然后羥甲基與氨基進(jìn)一步縮合，得到可溶性樹脂，產(chǎn)物需在中性條件下才能貯存。線性脲醛樹脂以氯化銨為固化劑時可在室溫固化。 脲醛

33、樹脂膠優(yōu)點：價廉(原料易得、生產(chǎn)工藝簡單)、使用方便耐弱酸、弱堿及油脂等介質(zhì)，絕緣性能好，耐磨性極佳，堅硬耐刮傷，具有一定的韌性 ，固化后顏色比酚醛樹脂淺，呈半透明狀、耐光性好不變色。 缺點易于吸水，耐水性及耐老性較差，遇強(qiáng)酸、強(qiáng)堿易分解耐候性較差。耐電性能較差，耐熱性也不高。生產(chǎn)和使用過程中有甲醛逸出，污染環(huán)境、危及人體健康 應(yīng)用脲醛樹脂可用于制作水溶性粘合劑，以粘接木材。 3.0 聚醋酸乙烯膠黏劑 聚醋酸乙烯(PVAc)及其共聚物膠黏劑，在膠黏劑中產(chǎn)量居第2位。以醋酸乙烯酯(VAc) 為單體，數(shù)均聚合度一般在5001500，其反應(yīng)通式為： 聚醋酸乙烯以微粒(粒徑在0.011um)的形式分散

34、在水中成穩(wěn)定乳狀液，可直接作為膠黏劑，也可加入其他添加劑以改進(jìn)其性能，配制成所需要的膠黏劑。聚醋酸乙烯乳液膠黏劑，是乳液膠黏劑的主力軍，也稱乳白膠、白膠，“白乳膠”。水為分散介質(zhì)，通過乳液聚合制得。 優(yōu)點：在室溫下自干，水基膠黏劑，無污染，不燃燒，使用方便粘接度可自由調(diào)節(jié)，有較好的早期粘接強(qiáng)度化學(xué)穩(wěn)定性好，容易跟填料、增塑劑等相互混合無毒、價格低廉、耐油、貯存期較長等特點對多孔材料如木、紙、布、皮革、陶瓷有很強(qiáng)的粘合力 因而被廣泛應(yīng)用于紙張、書籍裝訂、瓦楞箱、木材加工、皮革加工、家具制造、建筑裝修、織物處理、卷煙接嘴、汽車內(nèi)裝飾、鉛筆生產(chǎn)、瓷磚粘貼、標(biāo)簽固定、造紙工業(yè)、乳膠漆制造等很多領(lǐng)域。

35、聚醋酸乙烯材料基體非常脆，常與其他單體共聚。特別是與乙烯、丙烯酸酯、馬來酸酯、羥甲基丙烯酰胺等共聚得到共聚改性聚醋酸乙烯膠黏劑，大大地拓寬了其使用范圍。乙烯-醋酸乙烯脂無規(guī)共聚（EVA）是一種熱熔膠，醋酸乙烯含量（18%-52%），熔指0.6-500g/10min，相當(dāng)寬的材料選擇范圍。 缺點：耐水性差，尤其沸水；易吸濕，潮濕環(huán)境易開膠不耐久；耐熱性差，固化后的膠層具有熱塑性；軟化點低(4080)，隨著溫度升高，強(qiáng)度急劇下降；耐凍融性差，-5以下凍結(jié)，產(chǎn)生破乳現(xiàn)象，在冬季貯存、運輸中需特別注意保溫。 3.5 丙烯酸樹脂類主要有三類：丙烯酸脂膠黏劑；厭氧膠；瞬間固化膠黏劑。自由基聚合陰離子聚合優(yōu)

36、點：在粘接時形成化學(xué)鍵，粘接強(qiáng)度比較大，可用于結(jié)構(gòu)件的粘接。高反應(yīng)性、固化快、可油面粘接、耐沖擊抗剝離、綜合性能優(yōu)良，耐水油介質(zhì)老化熱寒性能好。缺點：氣味較大，儲存期較短。 膠液一般是雙組分，但不要調(diào)配，只要把膠液分別涂于被粘接的材料上，粘合后幾分鐘內(nèi)就有一定的強(qiáng)度，適合金屬和非金屬（聚烯烴和氟、硅塑料除外）材料的自粘和互粘。雙組分：AMMA、MA、增韌橡膠、引發(fā)劑、穩(wěn)定劑；B促進(jìn)劑。第二代的丙烯酸酯膠粘劑（簡稱SGA）紫外線固化膠黏劑（UV膠）又叫第三代丙烯酸酯膠粘劑（TGA）紫外線照射光引發(fā)劑分解產(chǎn)生自由基。優(yōu)點：單組份固化快（以秒計）并可控制無溶劑環(huán)保無污染適合高度自動化加工厭氧膠 主要

37、成分是甲基丙烯酸雙酯，氧氣為阻聚劑。它在室溫、有空氣時不能固化，排除空氣（即無氧條件）就能迅速固化。根據(jù)不同需要，可加入引發(fā)劑、促進(jìn)劑、增稠劑、阻聚劑和染料等組分?；驘嶂乱l(fā)劑分解。優(yōu)點：單組份、無溶劑、低粘度，使用方便，耐熱、耐溶劑、耐酸堿性好、適用期長、儲存穩(wěn)定。主要用途：作螺紋的緊固密封和軸承的裝配。對非活性金屬，如不銹鋼、鋅、銀等需加入促進(jìn)劑以加速固化。不宜粘接多孔材料和填充較大縫隙。瞬間膠粘劑 由-氰基丙烯酸酯單體和少量穩(wěn)定劑、增韌劑等組成優(yōu)點：常溫常壓下迅速固化（合適條件下不到一分鐘）黏度低，組分簡單，無溶劑，不用配料使用時，被粘物表面不需特殊處理，能滿足工業(yè)自動化流水線的需要。毒

38、性小，因而應(yīng)用范圍廣，還用于醫(yī)療方面的粘結(jié)。缺點：不適宜于大面積和多孔材料的粘接；脆性大，耐久性差，價格貴502膠，醫(yī)用為504膠。3.4 聚氨酯膠黏劑 主鏈上含有氨基甲酸酯基(-NHCOO-)和異氰酸酯基(-NCO)的膠黏劑，簡稱聚氨酯膠黏劑，俗名“烏利當(dāng)”。是近年來發(fā)展最快的膠黏劑之一。異氰酸酯不但能和多羥基化合物反應(yīng)生成氨基甲酸酯，還可以和其他具有“活性氫”的化合物反應(yīng)生成各種相應(yīng)的化學(xué)鏈節(jié)，從而改變聚氨酯的鏈節(jié)結(jié)構(gòu)和性能，有目的地引入各種鏈節(jié)和基團(tuán)，改變高聚物性能。 因此聚氨酯類高聚物有“可縫制的高聚物”之稱。RNCO+R-OH RNHCOOR 氨基甲酸酯 2RNCO+H2O RNHC

39、ONHR+CO2 取代脲RNCO + RNH2 RNHCONHR 伯胺 取代脲 由于結(jié)構(gòu)中含有極性基團(tuán)NCO，它們與含有活潑氫的材料，如泡沫塑料、木材、皮革、織物、紙張、陶瓷等多孔材料和金屬、玻璃、橡膠、塑料等表面光潔的材料都有著很強(qiáng)的化學(xué)粘接力。 而聚氨酯膠黏劑與被粘接材料之間產(chǎn)生的氫鍵作用會使粘接更加牢固。 聚氨酯膠黏劑還具有韌性可調(diào)節(jié)性、粘接工藝簡單、極佳的耐低溫性能。 耐沖擊、震動、疲勞性好、耐油耐溶劑、耐磨、絕緣，可粘接多種材料。缺點：耐熱、耐水、耐濕熱、耐強(qiáng)酸堿性差。主要原料是甲苯二異氰酸酯，有些人嚴(yán)重過敏，使用甲苯二異氰酸酯封端的低聚體。二聚體、三聚體。3.6 橡膠基彈性膠黏劑

40、氯丁橡膠是主力軍。以氯丁橡膠（Polychloroprene)為主體材料制成的膠粘劑稱為氯丁（橡膠）膠粘劑。氯丁橡膠是由氯丁二烯以乳液聚合方法而得。氯丁橡膠經(jīng)溶劑溶解就可以配制成氯丁橡膠膠粘劑，加入各種配合劑，如樹脂、硫化劑、促進(jìn)劑、防老劑、填料等。 特點1.初始粘力大，經(jīng)適當(dāng)晾置，接觸后能瞬時結(jié)晶。2.粘接強(qiáng)度高，強(qiáng)度建立的速度很快。 3.對多種材料都有較好的粘接性，也有“萬能膠”之稱。4.耐大氣老化性好，優(yōu)良的防燃性、耐光性、抗臭氧性。5.膠層柔韌，彈性良好，耐沖擊與振動。6.耐介質(zhì)性好，耐油、耐水、耐堿、耐酸、耐溶劑性能。7.可以配成單組分，使用方便，價格低廉。缺點：溶液型氯丁橡膠膠粘劑

41、稍有毒性；貯存穩(wěn)定性差，容易分層、凝膠、沉淀；耐熱性較差，耐寒性不佳。 最近，以氯丁膠為粘接材料的包括筆記本計算機(jī)， iPod ， 遙控器等。3.7 有機(jī)硅膠黏劑可分為兩大類：以有機(jī)硅樹脂為基料和以硅橡膠為基料 硅樹脂是以硅-氧鍵為主鏈的立體結(jié)構(gòu)，加人固化劑、填料和有機(jī)溶劑混配制成有機(jī)硅膠黏劑。一般需要在加壓(470MPa)、高溫(200270)下固化。 可用于高溫下非結(jié)構(gòu)部件如金屬、合金、陶瓷及復(fù)合材料的粘接及密封，螺釘?shù)墓潭ㄒ约霸颇笇訅浩恼辰拥?。所得膠接件可在-601200溫度范圍內(nèi)使用。而硅橡膠則是一種線型的以硅氧鍵為主鏈的高分子量彈性體，它們必須在固化劑及催化劑的作用下才能縮合成為有

42、若干交聯(lián)點的彈性體。單組分室溫硫化硅橡膠：端羥基聚二甲基硅氧烷、填料、交聯(lián)劑、偶聯(lián)劑、催化劑。固化劑：甲基三乙酰氧基硅烷，脫酸；甲基三甲氧基硅烷，脫甲醇 硅橡膠膠黏劑優(yōu)點：優(yōu)良的耐紫外線、耐臭氧、耐化學(xué)介質(zhì)和耐潮濕很好的熱穩(wěn)定性和低溫柔韌性。 缺點：強(qiáng)度低 主要用于電子工業(yè)中的灌封、電器元件連接部位和接頭處的密封，以防止灰塵和潮氣等的侵害。還可作建筑工程的防水密封材料。 室溫硫化型的主要產(chǎn)品牌號有703、704。3.8 復(fù)合型膠一般來講，合成樹脂基膠黏劑強(qiáng)度較高，但脆；橡膠基彈性膠黏劑韌性好，強(qiáng)度低復(fù)合型膠黏劑綜合其優(yōu)點膠黏劑改性：增強(qiáng)（橡膠類），增韌（環(huán)氧、酚醛）改性酚醛樹脂膠黏劑缺點：脆性

43、大，剝離強(qiáng)度不高，需加熱固化，收縮率大，顏色深，有酚類氣味，固化時會釋放水。酚醛-丁腈橡膠膠粘劑 由酚醛樹脂和丁腈混煉膠溶于溶劑中而制得的。這種膠韌性好、耐油、耐水、耐沖擊，能在-60150的寬范圍溫度下長期使用，是一種應(yīng)用比較普遍的結(jié)構(gòu)膠。在低溫、中溫下的剝離強(qiáng)度較高，可達(dá)1728Pa。用于沖擊和剝強(qiáng)度要求高的結(jié)構(gòu)件的粘接。 熱熔膠：指使用時受熱在熔融條件下進(jìn)行涂布浸潤被粘物，經(jīng)冷卻固化和結(jié)晶成型而產(chǎn)生粘接強(qiáng)度的無溶劑膠黏劑。乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA) 粘合劑特點：快速粘合,強(qiáng)度高,耐老化,無毒害,熱穩(wěn)定性好,膠膜韌性用途：木材,塑料,纖維,織物,金屬,家具,燈罩,皮革,工藝品,玩具電子

44、,電器元器件,紙制品,陶瓷,珍珠棉包裝等互粘固體,能普遍為工廠,家庭使用硅烷封端聚氨酯密封膠（SPUR） 3.0 壓敏膠（PSA） press sensitive adhere 特點：粘性強(qiáng)力持久；僅用指壓即可粘附；不需要任何能量源激活；有足夠的能力束縛被粘物；有足夠的內(nèi)聚強(qiáng)度，使其能夠從被粘物上干凈的去除。 當(dāng)壓敏膠施加到被粘物上時，人們期望在很小或無壓力作用下膠黏劑在被粘物表面自由鋪展（初粘性要求），具有液體的特性；當(dāng)剝離或懸掛重物時人們期望膠黏劑能抵抗這些力，要求較大的內(nèi)聚力，應(yīng)具有固體的特性。于是，高分子粘彈性正好滿足，短時間固體，長時間液體。要求初粘性、抗剝離、抗剪切基體成分主要三類

45、：天然橡膠基，丙烯酸脂，苯乙烯嵌段增黏劑：松香，等；使產(chǎn)生初粘力 加入增黏劑會使PSA獲得初粘性能，過多時呈剛性失去初粘性。 提高增黏劑的含量，會改善PSA的抗剝離性能。高剝離速率下，增黏劑提高剛性。低剝離速率下內(nèi)聚破壞，中剝離速率下內(nèi)聚破壞轉(zhuǎn)變?yōu)檎掣狡茐?，隨速率剝離力增加，高剝離速率下剝離力降低，粘滑破壞，不穩(wěn)定剝離震蕩剝離。 提高增黏劑的含量，會降低PSA的剪切保持功率。低剪切速率下（高溫，時溫等效）增黏劑起到增塑作用；高剪切速率下，增黏劑反增塑。提高分子量可提高3.9 無機(jī)天然膠黏劑 3.10 特種膠黏劑 耐高溫：大多為含芳雜環(huán)的耐高溫聚合物為基料，如聚酰亞胺、聚苯并咪唑、聚苯硫醚、有機(jī)

46、硅氧烷。超低溫膠：多以聚氨酯及其改性產(chǎn)物為基料，能在-180度以下工作。導(dǎo)電：加導(dǎo)電填料如銀粉、銅粉、鋁粉、炭黑等。環(huán)氧、聚氨酯基料。不能受熱。導(dǎo)磁：加導(dǎo)磁鐵粉導(dǎo)熱：金屬粉或其他導(dǎo)熱性好的粉料點焊膠：是將金屬點焊和粘接技術(shù)結(jié)合起來運用的先進(jìn)工藝方法。主要由環(huán)氧樹脂和改性劑、助劑等制成。分為先點焊后涂膠和先涂膠后點焊兩類。在汽車、飛機(jī)、坦克制造中用得較多。密封膠：在汽車、飛機(jī)、建筑中用得較多。光敏膠：受紫外線照射發(fā)生固化反應(yīng)的膠黏劑。適用于透光材料與金屬、塑料的粘接。廣泛用于電子工業(yè)中的微型電路光刻。 性能環(huán)氧樹脂酚醛樹脂脲醛樹脂聚醋酸乙烯丙烯酸樹脂類聚氨酯氯丁橡膠有機(jī)硅SGA厭氧瞬間強(qiáng)度高高高

47、高較高低韌性脆脆脆好脆可調(diào)好好價格稍貴便宜便宜貴便宜貴儲存配后短（長）短穩(wěn)定差組份雙單單單雙單單不定單都有溶劑可不含水/醇水水無無無無有機(jī)無固化副產(chǎn)物多種化無副加熱有水固化劑無自由基聚合快自由基聚合快陰離子聚合快多羥基潮氣交聯(lián)固化劑有老化介質(zhì)耐不耐水不耐水好耐不耐久不耐，反應(yīng)優(yōu)良很好耐熱高差差耐熱冷耐耐寒差很高毒境溶劑酚氣味甲醛無氣味大無TDI過敏溶劑無多孔粘不粘不粘粘其他易改性收縮小穩(wěn)定易改性顏色深收縮大顏色淺粘度范圍可調(diào)冷破乳基體為單體品種多第4章 粘接技術(shù) 在粘接技術(shù)中如果要獲得良好的粘接效果，首先要求如下的三個良好條件：粘接接頭的設(shè)計膠粘劑的選用粘接工藝的實施。2.1 粘接接頭的設(shè)計接

48、頭在實際應(yīng)用中的受力分析 一個好接頭與粘接強(qiáng)度密切相關(guān)。首先是受力方向和接頭之間的關(guān)系，粘接接頭在實際的工作狀態(tài)中其受力主要有下列幾種基本類型：剪切、均勻扯離、不均勻扯離和剝離。 實驗證明一般情況下，膠粘劑承受剪切和均勻扯離的作用能力比承受不均勻扯離和剝離作用的能力大得多。(1)剪切 外力平行于粘接面。這種受力形式的接頭最常用，因為它不但粘接效果好而且簡單易行，易于推廣應(yīng)用。(2)均勻扯離 有時也稱為拉伸。作用力垂直作用在粘接平面，應(yīng)力均勻分配。高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠拉伸強(qiáng)度可達(dá)到58.8MPa。(3)不均勻扯離 均勻扯離在實際使用中是很難碰到的，一旦外力方向偏斜，就產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中，主要集中在邊緣的

49、區(qū)域內(nèi)，接頭容易破壞。這種類型的接頭，其承載能力很低，一般只有理想的均勻扯離強(qiáng)度的110左右。 (4)剝離或撕離 兩種薄的軟質(zhì)材料受扯離作用時，稱為撕離；兩種剛性不同的材料受扯離作用時，稱為剝離。粘接試件受扯離作用時，應(yīng)力集中在膠縫的邊緣附近，而不分布在整個粘接面上，這種情況稱為剝離或撕離。高強(qiáng)度環(huán)氧膠實驗 鋁合金搭接接頭，剪切強(qiáng)度很高，但橫向負(fù)載能力不高。這樣接頭就不能用在受橫向負(fù)載較大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件上。 粘接玻璃鋼、板材，剪切強(qiáng)度比較低，搭接接頭是不合適。 粘接車刀、鉆頭等受力大的部件，采用簡單的平面對接，即使是高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠粘劑，剪切強(qiáng)度達(dá)49MPa，仍然要失敗。 如改變接頭形式，采用套接、嵌

50、接等使應(yīng)力的很大部分由金屬被粘物本身去承擔(dān)，就可能成功。如圖。例子接頭設(shè)計的基本原則 （1）膠粘劑的拉伸剪切強(qiáng)度較高，設(shè)計接頭盡量承受拉伸和剪切負(fù)載。板材搭接接頭承受剪切負(fù)載的是比較理想的。保證粘接面上應(yīng)力分布均勻，盡量避免剝離和劈裂負(fù)載。剝離和劈裂破壞通常是從膠層邊緣開始，在邊緣處采取局部加強(qiáng)或改變膠縫位置的設(shè)計都是切實可行的。最理想的辦法是各種局部的加強(qiáng)。如平面粘接的防剝措施如圖24所示。接頭設(shè)計的基本原則 （2）在允許的范圍內(nèi)，盡量增加粘接面的寬度(搭接)。增加寬度能不增大應(yīng)力集中系數(shù)的情況下增大粘接面積，提高接頭的承載力。木材或?qū)訅褐破返恼辰右乐箤娱g剝離。在承受較大作用力的情況下，如

51、果采用粘掊，可采用復(fù)式膠粘劑的選擇美觀，利于加工 常用的幾種接頭形式 （1）平板接頭的形式 幾種接頭相對強(qiáng)度比較 常用的幾種接頭形式 （2）角接和T型接頭形式 常用的幾種接頭形式 （3）管材、棒材接頭形式 常用的幾種接頭形式 （4）復(fù)合連接形式 膠鉚和膠螺 兩種類型： 先膠后鉚或螺。接頭強(qiáng)度較高，但應(yīng)選柔韌性較好的膠粘劑。 先鉆好孔，粘接后再鉚接，最后固化。這時不需另加壓，位置準(zhǔn)確。但膠層的厚薄不易控制。 常用的幾種接頭形式 （4）復(fù)合連接形式 兩種類型： 先涂膠后點焊。對膠要求較低（用固化時無須加壓的） 先點焊后灌膠。對膠的要求較苛刻（粘度低，又不能太低）膠焊復(fù)合連接工藝近幾年來發(fā)展很迅速，

52、特別在航空工業(yè)更為突出，由于這種工藝對膠粘劑的特殊要求，致使又發(fā)展了一類新膠種-點焊膠。膠焊復(fù)合連接 測試結(jié)果：點焊44.1MPa粘接63.7MPa粘接點焊73.5MPa復(fù)合連接方式其連接接頭強(qiáng)度絕不是兩個連接強(qiáng)度的簡單疊加。如圖，點焊試樣比單純點焊有更高的疲勞強(qiáng)度。 2.2 膠粘劑的選擇不存在能滿足所有材料，所有應(yīng)用條件的萬能膠粘劑。判定哪些性能或條件是最重要的，哪些是不那么重要的。只有了解粘接件所要求的全部信息以及粘接條件，才能決定選哪種膠粘劑，或是設(shè)計和制造一種新膠粘劑，或是不能采用膠粘劑。當(dāng)幾種化學(xué)成分完全不同的膠粘劑，都可以滿足一種粘接接頭的物理性質(zhì)方面的要求時，要注意，額外的增益常

53、常是犧牲了另外性質(zhì)的結(jié)果，或者增加了成本。不要超規(guī)格使用有粘劑，因為片面的追求高指標(biāo)，將有可能導(dǎo)致粘合件的可靠性不足。實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)選擇膠粘劑的因素 （1）被粘物材料的種類、性質(zhì)、大小和硬度；（2）被粘物的形狀結(jié)構(gòu)和工藝條件（致密/多孔，新/舊表面，形狀復(fù)雜）；（3）膠接件使用環(huán)境（承受的負(fù)荷和形式，溫濕度，酸堿，光照，氣體，耐久性）；一般熱固性膠黏劑強(qiáng)度較高。（4）特殊要求如導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐高溫和耐低溫；（5）成本（低檔/尖端產(chǎn)品，強(qiáng)度件/功能件，機(jī)械化）被粘物材料的性質(zhì)特點（1） 金屬：表面氧化膜處理后，容易膠接；線膨脹系數(shù)相差大；膠接部位因水作用易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。 （2） 橡膠、

54、塑料：極性越大，膠接效果越好。表面往往有脫模劑或其它游離出的助劑，妨礙膠接效果。 （3） 木材：屬多孔材料，易吸潮，引起尺寸變化，可能因此產(chǎn)生應(yīng)力集中。拋光比表面粗糙的木材膠接性能好。 （4） 玻璃：微觀表面是凹凸不平，膠粘劑濕潤性要好；si-o-表面層易吸附水；玻璃極性強(qiáng)，極性膠粘劑易與表面發(fā)生氫鍵結(jié)合，形成牢固粘接。玻璃易脆裂而且又透明。 膠黏劑的特點1-強(qiáng)度0 良好， # 中等， * 差。 膠粘劑抗剪抗拉剝離繞曲扭曲沖去蠕變疲勞Epoxy環(huán)氧0#*0*酚醛樹脂0#*0*氰基丙烯酸酯0#*0*有機(jī)硅樹脂*#000*0熱固+熱塑（橡膠）00000000(1)增加橡膠型膠粘劑的強(qiáng)度，通常采用的

55、辦法是引入極性基團(tuán)或者加入極性較大的樹脂。 例如，天然橡膠或丁苯橡膠膠粘劑可以通過橡膠的氯化，使粘接強(qiáng)度大大提高；在氯丁橡膠膠粘劑中添加45的叔丁基酚醛樹脂后，對棉帆布的粘接強(qiáng)度可提高40270。(2)對酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等脆性膠粘劑來說，增加粘接強(qiáng)度的辦法是減小內(nèi)應(yīng)力，或者增加韌性。 例如 a、 改性環(huán)氧樹脂柔韌性：環(huán)氧-聚硫環(huán)氧-聚酰胺環(huán)氧-胺固化劑； b、 改性酚醛柔韌性：酚醛-聚酰胺酚醛-聚醋酸乙烯酯酚醛-環(huán)氧； 橡膠改性酚醛因剝離強(qiáng)度高，很有使用價值，但剪切強(qiáng)度相對低些。膠黏劑的特點2-耐熱最高耐熱溫度膠粘劑最高耐熱溫度膠粘劑800-1000無機(jī)315有機(jī)硅540聚苯并咪唑（短時）2

56、60酚醛-環(huán)氧480聚酰亞胺（短時）200酚醛-丁晴環(huán)氧-酸酐400酚醛樹脂（短時）150環(huán)氧-胺360聚苯并咪唑聚酰亞胺80熱熔型環(huán)氧-尼龍 耐高溫膠粘劑通常具有剛性的高分子結(jié)構(gòu)，很高的軟化溫度和穩(wěn)定的化學(xué)基團(tuán)。 膠黏劑的特點3-低溫超低溫膠粘劑在液態(tài)氫和室溫下的強(qiáng)度比較膠粘劑類型拉伸剪切強(qiáng)度（Mpa）T剝離強(qiáng)度（kN/M）-253C室溫-253C室溫聚氨酯51.710.312.33.57.0尼龍環(huán)氧膠模24.834.50.7018.2環(huán)氧尼龍膠粘劑在-73c的低溫范圍強(qiáng)度最高，尼龍柔性； 在液氮溫度(-196C)時，與聚氨酯相差很?。?在液態(tài)氫溫度(-253c)下，新型聚氨酯膠粘劑強(qiáng)度最高

57、。環(huán)氧酚醛的低溫強(qiáng)度和高溫性能都相當(dāng)好。酚醛縮醛膠粘劑低溫強(qiáng)度較高，但其強(qiáng)度隨溫度降低而減小。 膠黏劑的特點4-濕氣和浸水 濕氣通過兩種方式影響粘接強(qiáng)度。水解喪失強(qiáng)度和硬度，嚴(yán)重時液化，尤其是聚氨酯；水還會滲入膠層，取代粘接界面的膠粘劑，普通存在。 水解的速率取決于膠粘劑基料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、催化劑類型、用量、以及膠粘劑的柔性。 酯、氨酯、酰胺和脲，能被水解。酯鍵水解速率最快。在大多數(shù)情況下，以酰胺固化的環(huán)氧樹脂的水解穩(wěn)定性比酸酐固化的好。2.3 粘接工藝 選定了合適的膠粘劑，制備了可靠的粘接接頭，還需有合理的粘接工藝，才能實現(xiàn)最后的粘接目的。粘接工藝與粘接質(zhì)量關(guān)系極大，雖然比較簡單，卻是粘接成敗的

58、關(guān)鍵。粘接工藝包括粘接件表面處理、膠粘劑的調(diào)配、涂膠、固化、清理、檢查等步驟。一、被粘接材料的表面處理作用主要有三個方面： 去污及疏松質(zhì)層；提高表面能；增加表面積。具體包括： 表面清洗、機(jī)械處理、化學(xué)處理、偶聯(lián)劑處理等過程 根據(jù)要求，采取全過程，也可采取其中一、兩個。 表面清洗：除去油垢和灰塵等。金屬粘接件常帶有油層和污垢。常用有機(jī)溶劑(汽油、丙酮等)清洗、或堿洗（金屬鋁鎂）。 機(jī)械處理：噴砂、鋼絲刷、砂紙打磨，對黏度高的膠黏劑有一定程度不適合。 化學(xué)處理：強(qiáng)度要求高的情況，或者難粘的材料。1）金屬表面常用化學(xué)法（酸蝕去銹、鉻酸氧化等）處理；重要的鋁質(zhì)結(jié)構(gòu)件的被粘表面，需用陽極氧化法處理；2）

59、氟塑料等難粘材料表面，可采用化學(xué)溶液侵蝕法、輻射接枝、等離子法處理、火焰處理等。二、膠粘劑的涂布刷涂法：方便，不精確，不能流水作業(yè)，最常用輥涂法：生產(chǎn)效率高噴涂法：均勻，薄層；黏度要低，有溶劑。 采用靜電場噴涂可節(jié)省膠粘劑和改善勞動條件。流涎；浸膠；刮涂；膠膜一般用手工敷貼，采用熱壓粘貼可以提高貼膜質(zhì)量。注意控制：涂膠量和涂覆遍數(shù)，膠層厚度，均勻，適時粘接。三、膠粘劑的固化-壓力壓力：使膠粘劑更容易充滿被粘體表面上的坑洞，甚至流入深孔和毛細(xì)管，減少粘接缺陷。也促使被粘體表面上的氣體逸出，減少粘接區(qū)的氣孔。 對粘度較小的膠粘劑，加壓時會過度地流淌，應(yīng)待粘度較大時再施加壓力。 對較稠的或固體的膠粘

60、劑，必需施加壓力。常需適當(dāng)升溫，以降低膠粘劑的稠度或使之液化。例如，絕緣層壓板的制造、飛機(jī)旋翼的成型都是在加熱加壓下進(jìn)行。 固化方法分兩種：室溫固化法是將膠粘劑涂布于被粘表面，待膠粘劑潤濕被粘物表面并且溶劑基本揮發(fā)后，壓合兩個涂膠面即可。加熱固化法是將熱固性樹脂膠粘劑（酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛丁腈、環(huán)氧尼龍等膠粘劑）涂布于被粘表面上，待溶劑揮發(fā)后疊合涂膠面，然后加熱加壓使膠粘劑交聯(lián)固化以達(dá)到粘接目的。三、膠粘劑的固化-溫度 加熱固化時，必須嚴(yán)格控制膠縫的實際溫度，保證滿足膠粘劑固化溫度要求。工業(yè)上常用的固化設(shè)備有三種：熱壓機(jī)，由加熱平板傳遞壓力和熱量，用于平面零件；熱壓罐，由空氣傳遞熱量和壓力