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1、胶粘剂与涂料 你使用过胶粘剂吗 什么情况下使用的胶粘剂 你知道几种胶粘剂 他们的主要成分是什么 绪论本绪论要点 1 胶粘剂的定义 2 胶粘剂与胶接技术的特点 3 在林产品加工中的应用 4 发展方向 一 胶粘剂的定义 胶粘剂就是在一定条件下通过粘附作用能把被粘物结合在一起的物质 又叫粘合剂 胶黏剂 习惯上称为胶 但不宜称作胶水 几个常用术语 粘附 两个表面靠化学力 物理力或两者兼有的力使之结合在一起的状态 胶合 胶接 粘接 粘结 用胶粘剂将被粘物连接在一起的过程 胶接技术 选择适宜的胶粘剂 选择适当的接头形式 采用合理的粘接工艺而达到粘接目的的方法 粘度 流体层间的剪切应力与层间剪切速率之比 粘
2、度是流体流动阻力的量度 单位 mPa S 胶接强度 胶接面破坏时 单位面积破坏所需的力 单位 MPa kg cm2 二 胶粘剂与胶接技术的特点及在国民经济中的地位与作用 1 胶粘剂与胶接技术的特点胶粘剂和胶接技术与传统的铆接 螺接 焊接等连接技术相比有很多特点 1 胶接适用范围广胶接不受被胶接材料的类型 几何形状的限制 厚 薄 硬 软 大 小 材质不同 2 胶接应力分布均匀 很少产生传统连接常出现的应力集中现象 可以提高抗疲劳强度 一般胶接的反复疲劳强度破坏为4 106次 而铆接只有2 105 薄板胶接耐振性比铆接或螺接高50 左右 3 胶接工艺简单 设备投资少 易实现机械化 生产效率高 4
3、胶接可以减轻结构件重量 节约材料 采用胶接可使飞机重量下降20 以上 成本下降30 以上 胶粘剂的使用量是现代汽车水平的一个重要标志 5 胶接受力面大 机械强度高 6 胶接制件表面光滑 平整 美观 能提高空气动力学特性和美观性 7 胶接的密封性能优良 并且具有耐水 防腐和电绝缘等性能 可以防止金属的电化学腐蚀 8 胶接可以实现精细加工和独特组装 也可功能性胶接 如集成电路 人体组织胶接 9 胶接工艺温度低 对热敏部件损害小 10 粘接修补 密封堵漏快捷高效 水下修补 带电操作 总之 胶粘剂以其胶接方便 快速 经济 节能而著称 已从木材加工业逐步扩展到航空 航天 航海 原子能 交通运输 机械制造
4、 建筑 纺织 电子 化工 医疗 文化体育等各个领域和人民生活的各个方面 当然 胶粘剂和胶接技术还不是十全十美的 也存在着一些缺点 1 胶接质量容易受各种因素影响 产品性能的重现性较差 2 无损检测还不成熟 胶接的可靠性还较差 常常需要进行破坏性实验 周期性长 浪费试件 时间 资金 3 胶接物常需要表面处理 胶接工艺要求严格 PE等的胶合常常要进行表面处理 普通白乳胶不能在0 以下胶接 酚醛树脂要在较高温度下胶合 4 胶接的力学性能和耐老化性等的研究与金属等材料相比还十分不成熟 规律性性差 重现性差 5 高分子胶粘剂的胶接的温度使用范围限制大 6 贮存期短 总之 胶接一般强度不够高 耐热性低 耐
5、久性较差 重复性差 无损检测还不成熟 胶接在很多方面还不能完全代替传统的连接方式 如焊接 铆接等 但胶接是一门古老而年轻的技术 它的缺点通过技术进步是可以得到改进的 2 胶粘剂在国民经济主要部门中的作用1 航空工业胶粘剂的使用使飞机的强度提高 结构变轻 抗疲劳性提高 寿命延长 生产效率提高 2 航天工业在人造卫星 宇宙飞船和运载火箭等中胶粘剂也是大显身手 胶粘剂的使用使航天器的结构轻量化 合理化 推力大为提高 3 汽车工业汽车的发展趋势应该是轻量化 以便于节能 提高车速 4 电子工业国外 胶粘剂10 20 用于电子工业 三 胶粘剂在林产品 木材工业中的应用 70 以上的木制品使用胶粘剂 木材加
6、工业是胶粘剂用量最大的部门 据报道 前苏联约有80 胶粘剂用于木材加工业 日本76 美国大约60 我国大约30 50 也有说70 的 1 提高木材利用率 2 低劣质木材 小径材 残废材 加工剩余物 农副产品的有效利用 3 提高木质材料性能 5 建筑工业建筑工业是胶粘剂和密封剂最大的应用市场之一 6 制鞋工业世界鞋年产量100亿双 中国最多 为30亿 70 80 是胶粘鞋 7 包装工业 四 胶粘剂的发展历史与展望 一 历史几千年前人类就开始使用胶粘剂 主要是一些天然的无机胶粘剂和动植物胶粘剂 而只有合成胶粘剂的出现才使得胶粘剂得以长足发展 也才使得胶粘剂成为一门科学 一门发展最快的新兴的边缘学科
7、 合成树脂胶粘剂的发展可大致分为3个阶段 诞生期 20世纪初至30年代 成长期 20世纪30年代至60年代 成熟期 60年代以后 我国胶粘剂品种已从1983年的600种 猛增到3500种 2003年产量已达到430万吨 我国人造板2003年产量为4553万M3 其用胶量约为 4553万M3 0 1吨 M3 455 3万吨 如果换算成液体胶大概为900万吨 二 胶粘剂的发展方向与前景1 遵循4E原则21世纪的发展强调绿色环保可持续发展 开发胶粘剂和密封剂新品种不能只强调使用价值 还必须考虑环保价值 国际产业的发展要求是生态环境 Environment 节约能源 Energy 经济效益 Econo
8、my 并举 简称3E要求 而对于胶粘剂则提出了4E要求 低成本 Economics 节约能源 Energy 高性能 Excellence 无公害 Environment 出于对环境保护的要求 胶粘剂的发展方向出现了新特征 主要是水性化 固体化 无溶剂化 低毒化 高固体含量化等 2 采用新技术共混与复合技术 纳米技术 生物工程技术 辐射固化技术 可降解技术国外已经将纳米级SiO2用于胶粘剂 美国康涅狄格大学仿照贝壳胶粘剂 研制出一种可在几分 秒 内固化 形成高强度的胶粘剂 可用于治疗骨折或肌肉创伤 3 重视开拓市场和重视基础研究4 加强国内 国际合作与交流 第一章胶接理论基础本章要点 1 胶接理
9、论定义 2 胶粘剂在国民经济建设 特别是木材加工工业 中的地位 3 几种胶接理论的要点 局限性 4 接触角的概念与意义 胶粘剂对被粘物表面的湿润以及接触角与胶接质量的关系 胶接是一个复杂的物理化学过程 它包括胶粘剂与被粘物的接触 胶粘剂的液化流动 对被粘物的润湿 扩散 渗透 固化等 胶接涉及到高分子化学 高分子物理学 界面化学 材料力学 热力学 流变学等多门学科 因此 它是一门跨学科的科学技术 胶接理论在20世纪40年代开始提出 胶接技术在航空航天飞行器等尖端科技领域的应用 使得胶接理论的研究获得了新动力 胶接界面的作用力与胶接强度直接相关 一般认为有3种主要的界面力 1 锚合 摩擦作用产生的
10、机械力 可达1 4 7MPa 2 分子间力 7 102 7 103MPa 3 化学键力 7 103 7 104MPa 不同情况下 作用不同 事实上 胶接强度只有理论值的很少部分 第一章胶接理论基础 第一节胶接理论胶接理论就是解释胶接力形成机理 解释胶接现象的理论 胶接理论对于指导胶接技术 指导胶粘剂的研究开发具有十分重要的作用 一 机械理论由Mcbain和Hopkis提出 要点 机械理论认为胶粘剂渗入被粘物的凹陷处 缝隙或 和孔隙内 固化后产生锚合 钩合 楔合等作用 使被粘物胶接在一起 简而言之 机械理论就是只把胶接看成是纯粹的机械嵌定作用 机械作用一般有 嵌装 钩合 可以是分子级的 锚合 钉
11、合 树根固定等 机械理论是最早提出的胶接理论 它对解释木材等多孔性材料及表面粗糙的材料的胶接很有贡献 已在胶接实践中得到验证 如 为了得到高的胶接强度 塑料 金属 玻璃等通过砂光 喷砂处理等使表面粗糙后再胶接 适度胶接温度与压力 是产生足够胶钉的条件 有些材料按照润湿 分子间力等的概念是难以得到良好胶接的 但机械理论却可以解释它们最终可以获得良好胶接的原因 如聚乙烯塑料胶接木材单板制造胶合板 局限性 机械理论无法解释非多孔性材料 如玻璃 金属等物体的胶接现象 也无法解释材料表面的化学变化对胶接作用的影响 二 吸附理论要点 吸附理论认为胶粘剂分子通过布朗运动向被粘物表面移动 使二者的极性分子基团
12、和链段靠近 当分子间距小于0 5 1nm时 便产生分子间力 即范德华力 而形成粘接 20世纪40年代提出的 为大多数学者所认可 吸附理论认为胶接作用是胶粘剂分子与被粘物分子在界面相互吸附而产生的 胶接作用是物理吸附与化学吸附共同作用产生的 物理吸附才是胶接作用的普遍性原因 吸附理论已被很多事实所证明 如 改性乳胶胶接玻璃 金属时 随着共聚物中 COOH的量的增加胶接强度提高 环氧树脂胶接铝合金 胶接强度跟 OH的量呈正向变化 吸附理论的特点1 分子间力普遍存在 同一种胶粘剂可以胶接不同材料 说明了吸附作用的普遍存在 2 吸附理论建立在热力学平衡基础上 据此可以推断出胶接功 进而可以比较理论强度
13、 实际上 实际强度比理论强度低1到几个数量级 3 润湿是影响胶接强度的重要因素 是吸附理论的核心内容 胶接力的产生一般认为可分成两个阶段 1 胶粘剂分子通过布朗运动向物体表面运动 使分子链段或极性基团相互靠近 通过提高温度 降低粘度 加压等有利于布朗运动 2 吸附引力产生 与胶粘剂和被粘物的极性 分子间距 吸附点数等有关 吸附理论的局限性 1 不能解释胶接的内聚破坏这一现象 2 无法解释测定的胶接强度的大小与剥离速度有关的现象 3 无法解释非极性材料的胶接 4 被胶接物表面经硅烷偶联剂处理后 对环氧树脂的润湿性变差 但胶接强度却上升 三 扩散理论要点 扩散理论认为胶粘剂和被粘物分子相互扩散 大
14、分子相互缠结交织或在界面发生互溶 导致界面消失和过渡区的产生 从而固化后形成牢固的胶合 扩散理论又称为分子渗透理论 适用于解释同种或结构 性能相近的高分子材料之间的胶接 如聚合物在溶剂或热作用下的自粘 溶解性相近的聚合物的表面粘接 几条规律 1 胶接强度随时间增加 温度升高 压力增大和胶层厚度减小而升高 2 分子量过高 缠结 卷曲等不利于润湿 扩散 3 分子链柔顺 交联度小 有利于扩散 提高胶接强度 扩散理论的局限性 不能解释聚合物胶粘剂与金属 玻璃 陶瓷等无机物的胶接过程 无法解释一些胶粘剂与被胶接物的溶解度参数近似却难以得到良好的胶接的现象 四 静电理论静电理论要点 又称为双电层理论 它认
15、为胶粘剂与被粘物接触的界面上形成双电层 由于静电的相互吸引而产生胶接力 静电理论的局限性 不能解释性能相同或相近的聚合物之间的胶接 无法解释导电胶粘剂以及用碳黑作填料的胶粘剂的胶接过程 静电理论无法解释温度等因素对剥离实验结果的影响 实际上 一般静电力小于0 04MPa 静电力对胶接强度的贡献是微不足道的 几个事实 1 从一个表面剥离胶合膜 实际功为10 3 10J cm2 而理论值为10 5 10 4J cm2 2 剥离功 粘附力 与剥离速度有关 快速剥离时电荷逸出少 剥离功大 与理论分析不符 3 在干燥的暗室里剥离薄膜时 有撕裂声并伴随闪光 4 用吸附理论及其他理论不能满意解释非极性聚合物
16、 形成化学键胶接的几种方法 1 胶粘剂和被胶接物之间的活性基团在一定条件下反应形成化学键 2 加入偶联剂 3 通过表面处理产生活性基团 化学键理论的局限性 不能解释大多数不发生化学反应的胶接现象 化学键的形成是有条件的 很多情况下难以形成化学键 五 化学键理论化学键理论要点 认为胶接作用是由于胶粘剂分子与被粘物表面通过化学反应形成化学键的结果 化学键能比分子间力要高1 2个数量级 如能形成化学键 则会获得高强度 抗老化的胶接 对于木材等的胶接很有指导意义 几个事实 1 硫化橡胶与黄铜表面形成硫化亚铜 产生化学键 2 聚烯烃材料难以胶合 但通过等离子处理产生 COOH OH等基团 能够与环氧树脂发生化学反应 提高胶接强度 3 聚氨酯 异氰酸酯胶接木材能够产生化学键 第二节 胶接界面化学 胶接作用的形成 一是润湿 一是粘合力 二者缺一不可 一 润湿润湿是液体在固体表面的铺展现象 接触角是液体与固体接触后 固液气三相交界处形成的角度 即通过固液气三相点所作液滴曲面的切线与液体接触一面的固体平面的夹角 常用 表示 SL L S L LV 表示液体表面张力 S SV 表示固体表面能 SL为固液界
