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1、涂料涂料与胶粘剂胶粘剂 （Coatings Coatings and and AdhesivesAdhesives）张军营张军营 教授教授北京化工大学材料学院北京化工大学材料学院胶接材料与原位固化技术研究室胶接材料与原位固化技术研究室联系方式：科技大厦联系方式：科技大厦816 816 房间房间( (办办) )电话：电话：010-6442 5439010-6442 5439，010-6442 6965010-6442 6965（O O）1391010444113910104441（mobile) mobile) Email:Email:东区 教302室3-11 周 周二 6-9节2014-09-
2、16, 2014-09-23, 2014-09-30, 2014-10-7 2014-10-14, 2014-10-21, 2014-10-28, 2014-11-4 (考试)预修课程:高分子化学或有机化学,物理化学课程简介：主要介绍涂料与胶粘剂的基本知识，使学生初步撑握涂料与胶粘剂的粘附原理、性能特点、固化成膜原理、结构与性能关系及应用领域。内容分为四部分，第一部分（前二章）：介绍分类及粘附基本原理; 第二部分（第三至四章）介绍涂料和胶粘剂的基本性能及评价方法; 第三部分介绍各种类型的涂料和胶粘剂; 第四部分介绍涂料和胶粘剂的功能及应用领域。该课程对聚合原理、材料力学、表面物理与化学等领域知
3、识亦有汲及。WWW: What? Why? Way 课程代号：课程代号：PSE511 学时：学时：32 学分：学分：2.0 授课方式：讲课、答疑、讨论。授课方式：讲课、答疑、讨论。 自学：预习基础知识自学：预习基础知识 讨论：结合自己感兴趋的问题或研究方向，查讨论：结合自己感兴趋的问题或研究方向，查 阅资料，进行讨论或报告。阅资料，进行讨论或报告。 安排相关领域专家进行讲座。安排相关领域专家进行讲座。考试：考试：70 其它：其它：30 周二周二 6-9节节 涂料与胶粘剂涂料与胶粘剂 （311周）周） 1. 1. 陈道义陈道义, ,张军营张军营. .胶接基本原理胶接基本原理. .北京北京: :科
4、学出版社科学出版社,1992,19922. 2. 洪啸吟洪啸吟. .涂料化学涂料化学. .北京北京: :科学出版社科学出版社,1997,19973. 3. AlphonsusAlphonsus V. V. PociusPocius ，Adhesion and AdhesivesAdhesion and Adhesives， hanser-gardnerhanser-gardner Publications Publications， June 2000June 20004. Adhesives4. Adhesives，American Society for Testing L-G：蒸发与冷凝
5、(evaration and condensation)，雾 fogging;L-L：牛奶(milk)，乳液 (emulsion) ; G-S：升华(sublimation)，固体分解(decomposition of solid)S-S：接头(joint)，合金(alloy)；研究不均匀相物系中，存在于异相界面上的物理现象，化学现象、界面的规律性、应用基础及其研究方法的一门学科。 chemistry of inter surface : physical phenomena, chemical phenomena, law, research method and its applicati
6、on 材料界面科学是一综合学科，是高分子化学和物理，现代表面分析测试技术，界面化学和物理学等学科新兴边缘学科Science of materials interface: physics and chemistry of interface, physics and chemistry of polymer, analysis of surface.被粘材料被粘材料被粘材料2.1.2 破坏的四种类型 failure type of debonding joint(B) 粘附破坏 Failure of adhesion被粘材料被粘材料(A) 胶粘剂内聚破坏cohesion failure in
7、adhesive (C) 被粘材料内聚破坏 cohesion failure in substrate被粘材料（adherend）被粘材料(substrate)被粘材料(D) 混合破坏 Mixed failure粘附 在固体表面与胶粘剂表面分子之间因相互 作用而产生的吸附作用。2.1.3 粘接理论的说明粘接理论的说明 (theory for adhesion)(1) (1) 机械的作用力机械粘接理论机械的作用力机械粘接理论(mechanical interaction)(mechanical interaction)(2) (2) 分子水平的微观粘合作用分子水平的微观粘合作用 adhesion
8、 between molecular adhesion between molecular 界面分子间的相互作用吸附理论界面分子间的相互作用吸附理论 ( bond energy-absorption)( bond energy-absorption) 界面分子相互溶解和扩散层相互作用界面分子相互溶解和扩散层相互作用- -扩散理论扩散理论(mixing and diffusion)(mixing and diffusion) 界面分子间电子转移形成双电层相互作用界面分子间电子转移形成双电层相互作用- -静电理论静电理论 (static electricity )(static electrici
9、ty )(3) (3) 粘附表面热力学粘附表面热力学(thermodynamics of adhesion surface)(thermodynamics of adhesion surface)粘附现象与粘接的吸附理论粘附现象与粘接的吸附理论粘附现象指的是胶粘剂与被粘物在粘接界面上的相互作用粘附现象指的是胶粘剂与被粘物在粘接界面上的相互作用. . 粘接是指物体的通过胶粘剂和特定的工艺 把两个物体边接在一起bonding: for two objects by adhesive 粘附：在固体表面与胶粘剂表面分子之间 因相互作用而产生的吸附作用adhesion: for two molecule
10、s at the interface1.分子(原子）间的距离与作用力 the relation of the force and distance among molecules(atoms) 2.2.1 粘接的吸附理论粘接的吸附理论与表面吸附现象与表面吸附现象 adsorption theory and adsorption phenomena on surface内聚力 粘附力化学键化学键(chemical bond) 分子间作用力(force among molecules)-范德华力氢键（hydrogen bond） 取向力 诱导力和色散力2. 化学键化学键（a) 离子键离子键(Ion
11、ic bond; electrovalent bond)MeOHCH3HOCOCH3O-COMe+OH2+(b). 共价键共价键(covalent bond) 原子轨道重合形成分子轨道 对电子云的吸引产生作用力 强度大：理论值1.6104MPa 实际的差距： 不可能在粘接界面处紧密的排列 不可能使所有的CC键同时破坏。Cellulose OHON RCelluloseONR OHSI OHR O SISi O Si+在粘附界面产生化学键的例子 Example for the Chemical adhesion between interface CelluloseOHONRCelluloseO
12、NR OHSI OH CH3CH3ROSICH3CH3CH3Si OSiCH3CH3CH3CH3 CH3CH3CelluloseOHCH2CHORCelluloseO CH2CHROHSIOHCH3 CH3CH3CH2CHORSIO CH2CHROH+3.分子间作用力(interactions between molecules) 普遍意义(a)极性分子间的作用力极性分子间的作用力 Interactions between polar molecules 电负性X=I(电离电位)+(电子亲和势) 偶极矩=电荷电量电荷中心距离 分子的偶极矩=键的偶极矩的向量和 偶极子的相互作用产生作用力(取向力
13、) U0=-24/(3KTR6) U0=-21222/(3KTR6)(b) 偶极分子和非偶极分子的相互作用偶极分子和非偶极分子的相互作用Interactions between dipole molecules and non- dipole molecule 诱导偶极矩 i=E =-3V(n-1)/(4N(n+2) 因诱导偶极矩产生的相互作用(诱导力) Ui(1,2)=-(122+221)/R6 UiPE=-0.4710-23J(c) 非偶极分子之间的作用力非偶极分子之间的作用力Interactions between non- dipole molecule 正负电荷瞬间不重合引发相邻分子
14、的振动 谐振子相互作用（色散力） Ud=-3I2/（4R6) Ud=-3I1I212/2(I1+I2)R6 Ud=-1.110-21J(d) 氢键氢键(hydrogen bond) 电负性较大的原子与氢原子形成的键 氢键有一定的方向性 氢键键能较大 O H O 0.99A 1.77A粘接的吸附理论与表面吸附现象粘接的吸附理论与表面吸附现象 Adsorption Theory and absorptive phenomena of the surface 胶接力固体表面分子与胶粘剂分子作 用力 理想平面10A时吸力10100MPa 3-4A时1001000MPa 力学强度是力学性质，不是分子性质
15、 应力集中及缺限的存在 提高分子间作用力对提高胶接强度有利 认为胶接力是由于在粘附界面分子（原子） 之间的作用产生，并以此解释和解决胶接 过程的问题的理论称为胶接的吸附理论。第一章和第二章第一节 总结 胶粘剂：通过界面分子相互作用，把两个固体表面连接在 一起的物质（胶粘剂）。起到传递应力的作用。 涂料：通过界面分子相互作用，粘附于固体表面,并能形 成固体膜或层,达到保护表面和改变表面外观与功能的物 质。为达到这些功能，在胶接前或涂装前必需是液体（能 够改变形态，适于表面），必需能够润湿，必须能够固化 （成膜），必需具有特定功能。胶接理论：吸附理论：粘接力是由分子之间作用力（粘附力） 的宏观表现形式，并以此解释和解决胶接过程的问题的理 论。是胶接理论的基础。 局限性：粘接力是一个速度过程，受测试速度影响较大。 分子间作用力与材料类型关系较大，难于处理。无法解释 表面形态影响。2.2 粘接的扩散理论粘接的扩散理论 Compatibility and diffusion theory 分子或链段的热运动引起胶粘剂分子或链段与被粘物的分 子或链段能够相互扩散,使粘附界面消失,形成一个过渡区,
