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1、胶黏剂应用基础,32学时,绪 论,教学目的,通过本门课程的学习掌握胶粘剂与涂料的基本知识、 基本理论和基本原理，了解胶粘剂改性的基本内容和研 究发展概况，结合各种胶粘剂的特性，对胶接工艺及胶 粘剂提出相应的改进或改性方法；利用胶接基础理论知 识分析和解决胶接过程及胶接制品出现的胶接技术问题。,叶楚平，李陵岚等,张军营,邱建辉，张继源，生楚君主编,胶黏剂（adhesive） ： 又称粘合剂、粘接剂，简称胶。它是一种能够把 两种同类或不同类材料紧密地结合在一起的物质。 采用胶黏剂将各种材料或部件连接起来的技术 称为胶接技术。,胶黏剂是一类古老而又年轻的材料。 早在数千年前，人类的祖先就已经开始使用
2、胶黏剂。 许多出土文物表明，5000年前我们祖先就会用粘土、淀 粉和香松等天然产物做胶黏剂；4000千多年前就会用生 漆做胶黏剂和涂料制造器具；3000年前的周朝已用动物 胶作木船的填缝密封胶。,两千年前的秦朝用糯米浆 与石灰作砂浆粘合长城的 基石，使万里长城成为中 华民族伟大文明的象征之一。,秦俑博物馆中出土的大型彩绘铜车马的制造中，用了 磷酸盐无机胶黏剂。,公元前200年东汉时期用糯米浆糊制成棺木密封胶，配以防腐剂，使马王堆古尸出土时肌肉及关节仍有弹性,足见中国胶接技术之高超。 到上世纪初，合成酚醛树脂的发明，开创了胶黏剂的现代发展史。目前，与三大合成高分子材料的产量比较，胶黏剂只占第五位
3、，但年增长速度则居第一位。,目前，胶黏剂的应用已渗入到国民经济中的各个部门,成为工业生产中不可缺少的技术，在高技术领域中的应用也十分广泛。如据报导：国外在生产一辆汽车中要使用510kg胶黏剂；一架波音飞机的粘接面积达到2400m2 ；一架宇航飞机需要粘接30000块陶瓷片。,内饰装配粘接： 顶棚，车门内护板， 地毯，挡风玻璃等。,汽车结构件粘接： 发动机中罩与前后加强梁，通常用改性环氧树脂胶黏剂,粘接使用的部件由原来机内装饰、非结构件、发展到结构件、受力件，甚至整个机体。,随着科学技术的发展,目前不同行业对胶黏剂及粘接技术的要求越来越高。1997年世界胶黏剂总需求量为1700万，预测2010年
4、将达2500万。 我国目前已有1200多家企业，品种牌号3000多个，胶黏剂生产能力300万。其中产量最大的仍然是三醛胶(酚醛、脲醛和三聚氰胺甲醛)和乳液型胶，二者分别占总产量的45.2%和29.2%。,从市场应用看，建筑业用量最大，约占总胶量51.8%，其次是纸包装业，约占总胶量的12.6%，第三是制鞋业，约占9.0%。 木材胶黏剂用量日益扩大增多，全世界木材胶黏剂产量占胶黏剂总产量的3/4，如美国约60%的合成胶黏剂用于木材加工业，俄罗斯为79%，日本为75%，在我国60%70%的胶黏剂也用于木材加工业。,预计2010年我国合成胶黏剂的需求量将达到480万-500万吨。2004年中国大陆胶
5、黏剂产量总计379万吨 。 随着我国汽车、电子电器等行业的飞快发展，纳米材料等新材料、新技术在胶黏剂工业中得到应用，今后胶黏剂的性能将更加优异，应用范围将不断扩大。,1.胶黏剂组成 胶黏剂通常是由基料、固化剂、促进剂、填料、增韧剂、稀释剂、偶联剂、稳定剂，防老剂、增粘剂、增稠剂等配合而成。 基料又称粘料，是胶黏剂的主要成分。有天然聚合物、合成聚合物及无机物三大类。,固化剂： 是使液态基料通过化学反应，发生聚合、缩 聚或交联反应，转变成高分子量固体，使胶接接头具有 力学强度和稳定性的物质。不同的基料应选用固化快、 质量好、用量少的固化剂。,填料： 是不参与反应的惰性物质，可提高胶接强度、 耐热性
6、、尺寸稳定性并可降低成本。其品种很多，如石 棉粉、铝粉、云母、石英粉、碳酸钙、钛白粉、滑石粉 等。各有不同效果，根据要求选用。,增韧剂： 能提高胶黏剂的柔韧性，降低脆性，改善抗冲击性等。 稀释剂： 降低胶黏剂的粘度，便于施工操作，有能参与固化反应的活性稀释剂和惰性稀释剂两种。,偶联剂 ： 具有能分别和被粘物及粘合剂反应成键的两种 基团，提高胶接强度。多为硅氧烷或聚对苯二甲酸酯 化合物。 稳定剂 ：为防止胶黏剂长期受热分解或贮存时性能变化 的成分。,2 胶黏剂的特点,2.1 耐温性 耐温性是无机胶黏剂的优良特性之一。无机高温胶黏剂通常使用范围在15001750，而磷酸氧化铜胶黏剂的耐温范围更广，
7、可在 1801400范围内使用。,2.2 粘接无破坏性 材料的连接主要有螺栓连接、铆接、焊接和粘接等，使用螺栓连接等技术虽然可实现快速连接，但却因对材料部件打空或局部加热而对材料有所破坏，并在使用中不能避免应力集中。 相比之下，粘接技术是一种非破坏性连接技术，并因粘接界面整体承受负荷而提高负载能力，延长了使用寿命。,2.3 轻质性 胶黏剂的密度较小，大多在0.92之间，约是金属或无机材料密度的20%25%，因而可以大大减轻被粘物体连接材的重量。这在航天、航空、导弹上，甚至汽车、航海上，都有减轻自重，节省能源的重要价值。,3 胶黏剂（adhesive）简述 胶黏剂的种类很多，其牌号在千种以上。每
8、一种类又有衍生和改性的许多品种，同一品种不同配方又发展了系列牌号，不同厂家对同类品种又各自编出许多牌号。要详细了解各种粘合剂的结构、性能、主要成分及使用工艺，可以查阅手册。,环氧树脂胶黏剂,1927年问世，1950年商品化。粘合强度高，收缩率小，尺寸较稳定，电性能优良，耐介质性好，易于改性，几乎能粘合各种材料，用途广泛。 环氧树脂是热塑性线型结构，不能直接使用，必须加入固化剂，固化交联之后，才能发挥其优良的粘合性。固化剂种类也很多，分脂肪胺、芳香胺、改性胺、低分子聚酰胺、咪唑及其衍生物、酸酐及潜伏性固化剂等类。,酚醛树脂,由酚类和醛类缩聚而成。有线型及可溶性酚醛树脂两大类。酚醛树脂有极性大、粘
9、合力强、耐热性好、耐老化、耐水、耐油、耐化学介质、耐霉菌、电绝缘性优良、等特点。 但脆性大，剥离强度不高，需加热加压固化，收缩率较大，颜色深，有酚类气味等不足之处。酚醛-丁腈、酚醛-环氧、酚醛-聚乙烯醇缩醛类都是优良的结构粘合剂。,聚氨酯胶黏剂,主链上含有氨基甲酸酯基(NHCOO)的胶黏剂。 聚氨酯胶黏剂可分为三类， 多异氰酸酯可直接用作胶黏剂；预聚体类聚氨酯胶黏剂，由异氰酸酯和含端羟基的聚酯或聚醚反应而得，这是最主要的品种；端封型聚氨酯胶黏剂，用苯酚或羟基将异氰酸基封闭，可制成水溶液或乳液胶黏剂，使用时加热，端基重新活化而起粘合作用。,丙烯酸脂类胶黏剂,以丙烯酸乙酯、丁酯、异辛酯为主，与甲基
10、丙烯酸酯类、苯乙烯或醋酸乙烯共聚而得。具有良好的耐水性和广泛的粘接性，改变共聚组分，可获得一系列有用的胶黏剂。这一类胶黏剂还可详细分为以下几种。,1.溶液型丙烯酸酯胶黏剂：可以粘塑料。 2.乳液型丙烯酸酯胶黏剂：可合成多种共聚乳液，供无纺布、织物、植绒、复合薄膜，纸张上光、建筑密封及涂料应用。 3 .氰基丙烯酸酯 ： 为单液型，粘度低，固化特别快，见潮即可在几十秒内聚合，常称为瞬干胶。 强度高、透明、毒性小、使用方便；但脆性大、耐久性差、价格昂贵。可粘各种材料，最适于应急修补。,4.厌氧胶： 是由丙烯酸和甲基丙烯酸的双酯或某些特殊的丙烯酸酯，如甲基丙烯酸羟丙酯为主构成的，在隔绝空气下(无氧)可
11、自行室温固化的胶黏剂。现已发展成几百个品种，具有单组分、无溶剂、低粘度、使用方便、常温快速固化、耐热、耐溶剂、耐酸碱性好、适用期长、贮存稳定的特点。 主要用于管道螺纹、法兰面及机械箱体防漏；螺纹螺栓紧固；轴承、插件、嵌件固定。,5.丙烯酸结构胶黏剂 ： 70年代杜邦公司开发的新型二液型改性丙烯酸酯胶黏剂，又称第二代丙烯酸酯胶黏剂(SGA)。分底涂型及双主剂型两大类。 底涂型的主剂中包括聚合物 、丙烯酸酯单体(如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯等)、氧化剂(过氧化物)、稳定剂(如对苯二酚)； 底剂中包括促进剂(如胺类还原剂)、助促进剂(如环烷酸钴金属盐)及溶剂。,双主剂型不用底剂，两组分均为主剂。
12、其中，一个主剂含氧化剂，另一个含促进剂及助促进剂。两剂分别涂于被粘物的一面，叠合后很快发生反应而固化。此胶室温固化快，胶接强度高，可以在油面上直接涂胶粘接，耐水、耐油、耐介质、耐老化、耐热、耐寒性好，使用方便，不需精确计量，应用面广；但气味较大，贮存期较短。,不饱和聚酯胶黏剂,在主链上含有不饱和双键的聚酯，称不饱和聚酯。将其溶于苯乙烯中，即得不饱和聚酯胶黏剂或涂料。使用时加入过氧化物作引发剂，即可加热固化；若再加入少量环烷酸钴，则可常温固化。这种胶黏剂具有黏度小，使用方便，价廉，耐酸碱等特点；但收缩性大，有脆性。除用作胶黏剂外，还大量用于玻璃钢胶黏剂、人造大理石、胶合板及家具面漆。,脲醛树脂胶
13、黏剂,是一类以尿素与甲醛缩聚为基料配制的水基型热固性树脂胶黏剂。这类胶黏剂无色，不污染制品，毒性小，胶接强度优于动植物胶，工艺性好，使用方便，价廉，但耐水性差，性脆。主要用于木材制品、胶合板、纤维板、及家具。加入氯化铵，可室温固化。,橡胶类胶黏剂,以橡胶或弹性体为基料，配以助剂、溶剂而成的一大类胶黏剂。是构成现代溶剂型非结构胶黏剂的一大支柱。具有弹性好，耐冲击，抗疲劳强度好，应用面广的特点。产品有胶液、胶膜、胶带、腻子等多种形式。其中胶液用量最大，又分溶液、乳液和预聚液三类。基料包括氯丁、丁腈、丁基、异丁烯、丁苯、硅氧烷等合成橡胶，天然橡胶，SBS等。不但品种多，而且各具特色。,氯丁橡胶胶黏剂
14、(简称氯丁胶)：粘合强度高，初粘力大，可粘大多数材料。 丁腈胶：耐油性、耐水性最好，有良好的耐热、耐磨；耐老化及耐介质性。 丁基胶：密封性特优，有优良的电绝缘性，耐老化、耐酸碱、氧、臭氧及化学介质。 聚异丁烯胶：有透明、耐老化、耐氧化、耐低温和优良电绝缘性，能粘聚乙烯、聚丙烯等难粘材料。,丁苯胶：耐热、耐磨、耐老化、价廉。 硅橡胶：有优异的耐高低温和耐老化性能，电绝缘性、耐水性和透气性好，但粘合性差、强度低，多用于耐高温、耐低温场合。 天然橡胶：初粘力大，弹性及电绝缘性优良、价廉，但耐热性差、粘合强度略低，是传统的橡胶粘合剂。,热熔胶黏剂,常称热熔胶，是无溶剂热塑性受热熔化冷却固化的一大 类粘
15、合剂。常温下是固体，具有单组分、无溶剂、无污 染、无毒害、贮存运输安全、价廉、粘合性优、能反复 使用、基本无废料、应用面广等特点。是当今胶黏剂的主要发展方向之一。 按基料分有EVA、聚氨酯、聚酰胺、聚酯等几类。可用于粘接金属、玻璃、木材，塑料等各种材料。,无机胶黏剂,是由无机盐类、酸类、碱类、金属氧化物及氢氧化物 组成的一大类胶黏剂。具有耐高温、耐低温、毒性小、 不易燃、耐辐射、耐油、耐老化、价廉、使用方便， 但脆性大的特点。只能用于套接、槽接。可粘金属、 玻璃、陶瓷、石料等。应用较普遍，性能优良的是以 氧化铜和磷酸为主料配制成的无机胶黏剂。,特种胶黏剂,具有特殊功能的胶黏剂。多以其特殊的功能
16、来命名。 1.耐高温胶黏剂： 可在200以上长期工作。大多为含芳杂环的耐高温聚合物为基料配制成的。如聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚亚苯基、聚苯硫醚、有机硅氧烷等。 2.超低温胶黏剂： 多以聚氨酯及其改性产物为基料构成，能在-180以下工作。,3.导电胶黏剂： 具有导电能力的胶黏剂。由导电填料如银粉、铜粉、铝粉、炭黑等与粘合基料如环氧树脂、聚 氨酯树脂等配制而成。用于需导电而又不能受热的电 子工业产品中。,4.导磁胶黏剂： 由导磁铁粉及粘合树脂配制而成。用于导磁性元器件的粘接。 5.导热胶黏剂： 由金属粉或其他传热性好的材料粉末与粘合树脂制成。根据传热系数及工作温度要求，可以选择导热材料及用量。,6.密封胶黏剂: 可防止气体或液体渗漏，水分、灰尘侵入的胶黏剂。密封腻子为可塑性很大的固态密封物质。在汽车、飞机等交通工具及建筑上应用较多。 7.光敏胶黏剂： 受紫外光照射，发生固化反应的胶黏剂。两种被粘物中，至少有一种能透光，才能应用。适用于透光零件或透光材料与金属、塑料的粘接。电子工业中，广泛用于微型电路的光刻。,压敏胶黏剂,对压力敏感，只需轻微施压或用手指一按，
