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1、胶黏剂应用基础胶黏剂应用基础32学时学时绪论教学目的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、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。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，李陵岚等叶楚平，李陵岚等张军营张军营邱建辉，张继源，
2、生楚君主编邱建辉，张继源，生楚君主编胶黏剂胶黏剂（adhesive）：又称粘合剂、粘接剂，简称胶。它是一种能够把又称粘合剂、粘接剂，简称胶。它是一种能够把两种两种同类同类或或不同类不同类材料紧密地结合在一起的物质。材料紧密地结合在一起的物质。采用采用胶黏剂胶黏剂将各种材料或部件连接起来的技术将各种材料或部件连接起来的技术称为称为胶接技术胶接技术。胶黏剂是一类胶黏剂是一类古老古老而又而又年轻年轻的材料。的材料。早在数千年前，人类的祖先就已经开始使用胶黏剂。早在数千年前，人类的祖先就已经开始使用胶黏剂。许多出土文物表明，许多出土文物表明，5000年前年前我们祖先就会用粘土、淀我们祖先就会用粘土、淀
3、粉和香松等天然产物做胶黏剂；粉和香松等天然产物做胶黏剂；4000千多年前千多年前就会用生就会用生漆做胶黏剂和涂料制造器具；漆做胶黏剂和涂料制造器具；3000年前年前的周朝已用动物的周朝已用动物胶作木船的填缝密封胶。胶作木船的填缝密封胶。两千年前两千年前的秦朝用的秦朝用糯米浆糯米浆与与石灰石灰作砂浆粘合长城的作砂浆粘合长城的基石，使万里长城成为中基石，使万里长城成为中华民族伟大文明的象征之华民族伟大文明的象征之一。一。秦俑博物馆中出土的大型彩绘秦俑博物馆中出土的大型彩绘铜车马铜车马的制造中，用了的制造中，用了磷酸盐无机胶黏剂。磷酸盐无机胶黏剂。公元前公元前200年年东汉时期用糯米浆糊制成棺木密封
4、胶，配东汉时期用糯米浆糊制成棺木密封胶，配以防腐剂，使以防腐剂，使马王堆马王堆古尸出土时肌肉及关节仍有弹性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。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，胶黏剂只占较，胶黏剂只占第五位第五位，但年增长速度则居，但年增长速度则居第一位第一位。目前，目前，胶黏剂胶黏剂的应用已渗入到国民经济中的各个部门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，在高技术领域中的成
5、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应用也十分广泛。如据报导：国外在生产一辆汽车中要使用要使用510kg胶黏剂；一架波音飞机的粘接面积达到胶黏剂；一架波音飞机的粘接面积达到2400m2；一架宇航飞机需要粘接；一架宇航飞机需要粘接30000块陶瓷片。块陶瓷片。内饰装配粘接：内饰装配粘接：顶棚，车门内护板，顶棚，车门内护板，地毯，挡风玻璃等。地毯，挡风玻璃等。汽车结构件粘接：汽车结构件粘接：发动机中罩与前后发动机中罩与前后加强梁，通常用加强梁，通常用改改性环氧树脂胶黏剂性环氧树脂胶黏剂粘接使用的部件由粘接使用的部件由原来机内装饰、非原来机内装饰
6、、非结构件、发展到结结构件、发展到结构件、受力件，甚构件、受力件，甚至整个机体。至整个机体。随着科学技术的发展随着科学技术的发展,目前不同行业对胶黏剂及粘接目前不同行业对胶黏剂及粘接技术的要求越来越高。技术的要求越来越高。1997年年世界胶黏剂总需求量为世界胶黏剂总需求量为1700万万，预测，预测2010年将达年将达2500万万。我国目前已有我国目前已有1200多家企业，品种牌号多家企业，品种牌号3000多个，胶多个，胶黏剂生产能力黏剂生产能力300万。其中产量最大的仍然是万。其中产量最大的仍然是三醛胶三醛胶(酚醛、脲醛和三聚氰胺甲醛酚醛、脲醛和三聚氰胺甲醛)和和乳液型胶乳液型胶，二者分别占，
7、二者分别占总产量的总产量的45.2%和和29.2%。从市场应用看，从市场应用看，建筑业建筑业用量最大，约占总胶量用量最大，约占总胶量51.8%，其次是，其次是纸包装业纸包装业，约占总胶量的，约占总胶量的12.6%，第三，第三是是制鞋业制鞋业，约占，约占9.0%。木材胶黏剂木材胶黏剂用量日益扩大增多，全世界木材胶黏剂产用量日益扩大增多，全世界木材胶黏剂产量占胶黏剂总产量的量占胶黏剂总产量的3/4，如美国约，如美国约60%的合成胶黏剂的合成胶黏剂用于木材加工业，俄罗斯为用于木材加工业，俄罗斯为79%，日本为，日本为75%，在我，在我国国60%70%的胶黏剂也用于木材加工业。的胶黏剂也用于木材加工业
8、。预计预计2010年年我国合成胶黏剂的需求量将达到我国合成胶黏剂的需求量将达到480万万-500万吨万吨。2004年年中国大陆胶黏剂产量总中国大陆胶黏剂产量总计计379万吨万吨。随着我国汽车、电子电器等行业的飞快发展，纳米材随着我国汽车、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。胶黏剂的性能将更加优异，应用范围将不断扩大。1.胶黏剂组成胶黏剂组成胶黏剂胶黏剂通常是由基料、固化剂、促进剂、填料、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
9、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。增粘剂、增稠剂等配合而成。基料又称基料又称粘料粘料，是胶黏剂的主要成分。有，是胶黏剂的主要成分。有天然天然聚合物聚合物、合成聚合物及、合成聚合物及无机物无机物三大类。三大类。固化剂：固化剂：是使液态基料通过是使液态基料通过化学反应化学反应，发生聚合、缩，发生聚合、缩聚或交联反应，转变成聚或交联反应，转变成高分子量固体高分子量固体，使胶接接头具有，使胶接接头具有力学强度力学强度和和稳定性稳定性的物质。不同的基料应选用固化快、的物质。不同的基料应选用固化快、质量好、用量少的固化剂。质量好、用量少的固化剂。填料：填料：是是不参与反应的惰
10、性物质不参与反应的惰性物质，可提高胶接强度、，可提高胶接强度、耐热性、尺寸稳定性并可降低成本。其品种很多，如石耐热性、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。等。各有不同效果，根据要求选用。增韧剂：增韧剂：能提高胶黏剂的能提高胶黏剂的柔韧性柔韧性，降低脆性降低脆性，改善，改善抗冲抗冲击性击性等。等。稀释剂：稀释剂：降低胶黏剂的降低胶黏剂的粘度粘度，便于施工操作，有能参与，便于施工操作，有能参与固化反应的固化反应的活性稀释剂活性稀释剂和和惰性稀释剂惰性稀释剂两种。两种。
11、偶联剂偶联剂：具有能分别和被粘物及粘合剂具有能分别和被粘物及粘合剂反应成键反应成键的两种的两种基团，提高胶接强度。多为基团，提高胶接强度。多为硅氧烷硅氧烷或或聚对苯二甲酸酯聚对苯二甲酸酯化合物。化合物。稳定剂稳定剂：为防止胶黏剂：为防止胶黏剂长期受热分解长期受热分解或贮存时性能变化或贮存时性能变化的成分。的成分。2 胶黏剂的特点胶黏剂的特点2.1耐温性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剂通常使用范围在15001750，而磷酸氧化铜胶黏而磷酸氧化铜胶黏剂的耐温范围更广剂的耐温范围更广，可在可在 1801400范围内使
12、用。范围内使用。 粘接无破坏性粘接无破坏性材材料料的的连连接接主主要要有有螺螺栓栓连连接接、铆铆接接、焊焊接接和和粘粘接接等等，使使用用螺螺栓栓连连接接等等技技术术虽虽然然可可实实现现快快速速连连接接，但但却却因因对对材材料料部部件件打打空空或或局局部部加加热热而而对对材材料料有有所所破破坏坏，并并在在使使用中不能避免用中不能避免应力集中应力集中。相相比比之之下下，粘粘接接技技术术是是一一种种非非破破坏坏性性连连接接技技术术，并并因因粘粘接接界界面面整整体体承承受受负负荷荷而而提提高高负负载载能能力力，延延长长了了使使用用寿命。寿命。2.3轻质性轻质性胶黏剂的胶黏剂的密度密度较小较小，大多在大
13、多在0.92之间之间，约是金属或无约是金属或无机材料密度的机材料密度的20%25%，因而可以大大减轻被粘物因而可以大大减轻被粘物体连接材的重量。这在航天、航空、导弹上体连接材的重量。这在航天、航空、导弹上，甚至汽甚至汽车、航海上车、航海上，都有减轻自重都有减轻自重，节省能源的重要价值。节省能源的重要价值。3胶黏剂（胶黏剂（adhesive）简述简述胶黏剂的种类很多，其牌号在胶黏剂的种类很多，其牌号在千种以上千种以上。每一种类又有衍生和改性的许多品种，同一品每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
14、牌号。要详细了解各种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，粘合剂的结构、性能、主要成分及使用工艺，可以查阅手册。可以查阅手册。环氧树脂胶黏剂环氧树脂胶黏剂1927年问世，年问世，1950年商品化。粘合年商品化。粘合强度高强度高，收缩率收缩率小小，尺寸较稳定，电性能优良，耐介质性好，易于改，尺寸较稳定，电性能优良，耐介质性好，易于改性，性，几乎能粘合各种材料几乎能粘合各种材料，用途广泛。，用途广泛。环氧树脂环氧树脂是是热塑性线型结构热塑性线型结构，不能直接使用，必须，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加入固化剂，固化交联之后
15、，才能发挥其优良的粘合性。性。固化剂固化剂种类也很多，分脂肪胺、芳香胺、改性胺、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、酸酐及潜伏性固化低分子聚酰胺、咪唑及其衍生物、酸酐及潜伏性固化剂等类。剂等类。酚醛树脂酚醛树脂由由酚类酚类和和醛类醛类缩聚而成。缩聚而成。有线型有线型及及可溶性酚醛树脂可溶性酚醛树脂两两大类。酚醛树脂有大类。酚醛树脂有极性大极性大、粘合力强、耐热性好、耐老、粘合力强、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、化、耐水、耐油、耐化学介质、耐霉菌、电绝缘性优良、等特点。等特点。但但脆性大脆性大，剥离强度不高，需，剥离强度不高，需加
16、热加压固化加热加压固化，收缩率收缩率较较大，大，颜色深颜色深，有酚类气味等不足之处。酚醛，有酚类气味等不足之处。酚醛-丁腈、酚醛丁腈、酚醛-环氧、酚醛环氧、酚醛-聚乙烯醇缩醛类都是优良的结构粘合剂。聚乙烯醇缩醛类都是优良的结构粘合剂。聚氨酯胶黏剂聚氨酯胶黏剂主链上含有主链上含有氨基甲酸酯基氨基甲酸酯基(NHCOO)的胶黏剂的胶黏剂。聚氨酯胶黏剂可分为聚氨酯胶黏剂可分为三类三类，多异氰酸酯多异氰酸酯可直接用作可直接用作胶黏剂；胶黏剂；预聚体类聚氨酯胶黏剂预聚体类聚氨酯胶黏剂，由异氰酸酯和含端，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；羟基的聚酯或聚醚反应而得，这是最主要的品种；端端封型聚氨酯胶黏剂封型聚氨酯胶黏剂，用苯酚或羟基将异氰酸基封闭，用苯酚或羟基将异氰酸基封闭，可制成可制成水溶液水溶液或或乳液乳液胶黏剂，使用时加热，端基重新胶黏剂，使用时加热，端基重新活化而起粘合作用。活化而起粘合作用。丙烯酸脂类胶黏剂丙烯酸脂类胶黏剂以丙烯酸乙酯、丁酯、异辛酯为主，与甲基丙烯酸以丙烯酸乙酯、丁酯、异辛酯为主，与甲基丙烯酸酯类、苯乙烯或醋酸乙烯共聚而得。具有良好的酯类、苯乙烯或醋
