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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
2、 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、按化学成分分类无机盐类硅酸盐:硅酸钠(水玻璃),
3、硅酸盐水泥；硼酸盐:溶接玻璃 磷酸盐:磷酸-氧化铜；硫酸盐:石膏 陶瓷氧化铝，陶土 低熔点金属锡-铅 有 机天 然动物胶骨胶、虫胶、蛋白质 植物胶淀粉、天然橡胶、松香、阿拉伯（树）胶 矿物胶矿物蜡、沥青、粘土 合 成合 成 树 脂热塑 性烯类 聚合物（聚乙烯类 ,PVC类, 聚乙烯醇,PVA,聚乙烯醇 缩醛 ,聚丙烯酸类）,饱和聚酯,聚酰胺,纤维 素类（硝酸、 醋酸） 热固 性环氧树脂,酚醛树 脂,不饱和聚酯,聚酰亚 胺,脲醛树 脂,间苯 二酚甲醛树 脂,聚异氰酸酯 合成橡胶氯丁橡胶,丁苯胶,丁腈胶,丁基胶,聚硫橡胶,有机硅橡胶 复合型酚醛-氯丁橡胶,酚醛-丁腈橡胶,酚醛-聚乙烯醇缩醛 ,环氧
4、- 酚醛,环氧-丁腈橡胶, EVA,环氧-聚酰胺分类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
5、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。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
6、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
7、/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 Waal
8、s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/mol；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，s90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
9、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
10、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
11、，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
12、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）
13、。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
14、，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
15、，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
16、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
