胶黏剂—胶合原理与胶粘剂优秀课件

胶合原理与胶粘剂 林学院 张晓燕 1 内容提要 1胶粘剂的概念和分类2胶粘剂的发展简史3胶粘剂在木材加工中的作用4胶粘剂的发展趋势 绪论 2 1胶粘剂的概念和分类概念 通过粘附作用 能使被胶接材料的表面紧密地胶合在一起的物质叫胶粘剂 用胶粘剂把两个被胶接物牢固连接在一起称为胶接 分类 根据起胶接作用的物质种类分 天然胶粘剂 原料来源广 成本低 不耐水 如植物胶 动物胶 以动物的皮 骨 筋等为原料 将其中所含的胶原蛋白经过部分水解 萃取和干燥制成的固体蛋白质 合成胶粘剂 胶合强度高 耐水性好 如合成树脂 合成橡胶 3 4 优点 可实现不同种类或不同形状材料之间的连接 尤其是薄片材料 粘接为面际连接 应力分布均匀 不易产生应力破坏 延长结构寿命 密封性能良好 有很好的耐腐蚀性能 隔开被粘物 可减少不同金属连接的电位腐蚀 5 优点 提高生产效率 降低成本 减轻结构质量 通过交叉粘接能使各向异性材料的强度质量比及尺寸稳定性得到改善 得到挠度小 结构差异小 质量轻的结构 可赋予被粘物体以特殊的性能 导电胶 导磁胶 耐高温胶 电绝缘胶 6 缺点 耐候性差 胶接的不均匀使得扯离和剥离强度低 容易在接头边缘首先破坏 与机械物理连接法相比 溶剂型胶粘剂的溶剂易挥发 而且某些溶剂易燃 有毒 会对环境和人体产生危害 胶接质量因受多种因素的影响 不够稳定 7 胶粘剂的污染问题 常见的胶粘剂质量问题主要是溶剂挥发产生的有害物质 苯是一种致癌物质 人吸入过量 会出现头晕 恶心 乏力 皮肤干燥 意识模糊等现象 重者可导致昏迷甚至死亡 甲苯和二甲苯 对皮肤和粘膜刺激性大 长期接触易引起膀胱癌 甲醛挥发较慢 吸入后会引起恶心 导致支气管炎 甚至出现肺水肿 卤代烃也是致癌物质 长期吸入会损伤肝脏等器官 2胶粘剂的发展简史早期的胶粘剂以天然高分子物质为材料 多属水溶性 沿用了几千年 如我国古代劳动人民在很早就使用天然动 植物胶胶接各种材料 早在2000多年前 秦朝人以糯米浆与石灰制成的灰浆用作长城基石的胶黏剂 公元前200年 西汉人用糯米制成的胶粘剂作棺木的密封剂 再配用防腐剂 使尸体保存完整 肌肉和关节仍有弹性 古埃及人从金合欢树中提取阿拉伯胶 从鸟蛋 动物骨骼中提取骨胶 从松树中收集松脂制成胶黏剂 还用白土与骨胶混合 再加上颜料 用于棺木的密封及涂饰 8 2胶粘剂的发展简史20世纪 化学工业的发展 出现了以合成高分子物质为基础的新型胶粘剂 合成胶粘剂 使胶粘剂进入了一个崭新的发展时期 1912年美国的L H 贝克兰首先将酚醛树脂作为胶粘剂用于木材的粘接 20年代末至30年代初 脲醛树脂作为胶粘剂也用于木材工业 从此 胶粘剂开始了以合成树脂胶粘剂为主的发展阶段 9 2胶粘剂的发展简史40 50年代 不饱和聚酯 环氧树脂和聚氨酯胶粘剂问世 合成橡胶和热塑性树脂在粘接领域得到广泛应用 此后 又开发了合成橡胶改性的合成树脂胶粘剂 即橡胶 树脂胶粘剂 并成功的用于粘接飞机机身部件 于是胶粘剂进入了粘接金属结构部件的发展阶段 以后 合成胶粘剂又增加了新品种 如50年代末 单液型 在常温下能快速 几十秒 固化的氰基丙烯酸酯胶粘剂实现工业化生产 10 2胶粘剂的发展简史目前世界合成胶粘剂品种已达5000余种 总产量超过1000万吨 销售额年均增长5 产量水系胶占45 热熔胶占20 溶剂胶占15 反应型胶占10 其它10 随着胶粘剂工业的发展 胶合理论的研究也逐渐得到人们的重视 为了解释胶接现象 自20世纪40年代以来 人们提出了多种关于胶接机理的理论 吸附理论 机械胶接理论 静电理论 扩散理论 化学键理论等 11 胶粘剂的应用方面 汽车工业航空航天电子 电器工业机械工业建筑工业轻工业造船工业医疗 3胶粘剂在木材加工中的作用 12 13 1 汽车工业的应用现代汽车工业的技术进步要求结构材料轻量化 驾驶安全化 节能环保化 美观舒适化等 因此一定采用铝合金 玻璃钢 蜂窝夹层结构 塑料 橡胶等新型材料 必然要大量以粘接代替焊接 胶粘剂用量明显增加 3胶粘剂在木材加工中的作用 14 2 航空航天的应用航空工业是最早使用胶粘剂的行业 飞机制造业是结构胶粘剂的主要用户 宇航工业和空间技术等都大量采用蜂窝结构 高强度高模量复合材料 玻璃钢 泡沫材料 密封材料等 这些材料的制造和连接都离不开胶粘剂和密封材料 3胶粘剂在木材加工中的作用 15 3 电子 电器工业的应用集成电路 计算机等电子元器件 零部件和整机生产与组装中 都要使用胶粘剂和密封胶 如光刻胶 导电胶 导磁胶等 各种家用电器设备 大量使用胶粘剂和密封胶 如洗衣机 冰箱 柜 空调 电饭煲 吸尘器等 3胶粘剂在木材加工中的作用 16 4 机械工业的应用代替焊 铆 螺栓连接等 可以节约原材料减轻质量 减少应力集中 缩短工期 简化工艺 从而提高效率 降低成本 铸件砂眼 零件缺陷能修复后再用 可以减少废品 3胶粘剂在木材加工中的作用 17 5 建筑工业的应用各种装修材料的粘贴与固定都要大量的胶粘剂和密封剂 胶粘剂用于修补混凝土结构件缺陷 裂缝 操作简便 不仅保证使用性能 而且外观平整 3胶粘剂在木材加工中的作用 18 6 轻工业的应用 制鞋工业 家具工业 纺织工业 无纺布 包装工业 如箱 桶 盒 袋 纸 薄膜复合包装 密封 印刷工业 无线装订 此外 工艺美术 儿童玩具 体育用品 卫生器具 婴儿尿布 文教用品等 3胶粘剂在木材加工中的作用 19 7 造船工业的应用在船舶装配时不论是玻璃钢 木材 还是金属结构件都要用到胶粘剂 除了用常规的胶粘剂进行零部件的结构粘接之外 由于船舶航行于江 湖 海的特殊环境 还大量使用密封剂用于甲板缝 舱孔 舷窗以及各种油 水管路和电缆贯通的密封 3胶粘剂在木材加工中的作用 8 医疗方面的应用接骨植皮 修补脏器 代替缝合 有效止血 粘接血管 以及牙齿的粘接 镶嵌 填充 美饰等 3胶粘剂在木材加工中的作用 20 木材加工业对胶粘剂的要求 原料来源广泛 价格便宜 对木材没有侵蚀性 具有适当的流动性 对木材表面有很好的润湿性 因为润湿是胶接的首要条件 流动性能保证胶粘剂均匀地分布于木材表面 适当的粘度可保证胶层有足够的胶量 21 木材加工业对胶粘剂的要求 使用方便 如适用期长 固化时间短 常温固化 压力低等 固化时能形成坚固的胶层 胶接强度大 固化后胶层有一定弹性 使胶接制品能进行弯曲加工并抵抗膨胀收缩产生的应力 提高耐久性 22 4胶粘剂的发展趋势甲醛类胶粘剂 脲醛树脂胶 减缓树脂老化 降低收缩率 降低低甲醛释放 提高胶合耐水性和耐老化性能 酚醛树脂胶 降低碱含量 降低固化温度 提高固化速度 降低成本 三聚氰胺树脂胶 提高树脂韧性 降低成本 开发新型浸渍用树脂 23 4胶粘剂的发展趋势乳液胶粘剂 是胶粘剂发展的趋势 各种性能优良的树脂都被研究制备成乳液应用 胶粘剂有由溶液型向乳液型转变的倾向 热熔胶粘剂 降低熔融粘度 提高其对被胶接材料的粘附性 调节收缩应力 调节共聚物中单体的比例 分子量以合成出理想的共聚物 总之 胶粘剂向快固化 单组分 高强度 耐高温 无溶剂 低粘度 不污染 省能源 多功用等方向发展 24 第一章木材胶接基础 25 内容提要 1 1胶接的各种理论1 2胶接结构的耐久性与胶接破坏1 3影响胶接强度的因素1 4胶粘剂的组成与分类1 5木材胶粘剂的合理选择 26 1 1胶接的各种理论 1 1 1吸附理论1 1 2机械胶合理论1 1 3扩散理论1 1 4静电理论1 1 5化学键理论 27 1 1 1吸附理论 理论提出年代 20世纪40年代 理论基础 表面吸附理论 分子极性 相异 理论 聚合物分子运动及分子间作用理论等 吸附理论内容 胶接作用是胶粘剂分子与被胶接物分子在界面层上相互吸附产生的 胶接作用是物理吸附和化学吸附共同作用的结果 而物理吸附则是产生胶接作用的普遍性原因 28 吸附理论认为胶接过程分两个阶段 胶粘剂分子通过布朗运动 向被胶接物体表面移动扩散 使二者的极性基团或分子链段相互靠近 在此过程中 升温 降低胶粘剂的粘度和施加接触压力等都有利于布朗运动的进行 吸附引力的产生 当胶粘剂和被胶接物体的分子间距达到5 10 10m以下时 便产生分子间引力 即范德华力 1 1 1吸附理论 29 范德华力和氢键是产生胶接力的根源 范德华力 作用能E如公式所示 包括偶极力诱导偶极力色散力氢键 属于弱的化学键 可以包括在范德华力之内 看作是一种特殊的偶极力 也可以不包括在范德华力内 看作是一种弱的配位键 式中 分子偶极矩 分子极化率 I 分子电离能 R 分子间距离 K 玻尔兹曼常数 T 绝对温度 1 1 1吸附理论 30 不足之处把胶接力与分子间力结合在一起 在一定的范围内解释了胶接现象 吸附理论把胶接作用主要归于分子间的作用力 它不能圆满地解释胶粘剂与被胶接物之间的胶接力大于胶粘剂本身的强度相关这一事实 在测定胶接强度时 为克服分子间的力所作的功 应当与分子间的分离速度无关 事实上 胶接力的大小与剥离速度有关 吸附理论不能解释极性的 氰基丙烯酸酯能胶接非极性的聚苯乙烯类化合物的现象 对高分子化合物极性过大 胶接强度反而降低的现象也都无法解释 1 1 1吸附理论 31 理论基础 由Mcbain Hopkis提出 是胶接领域中最早提出的胶接理论 任何物体的表面即使肉眼看起来十分光滑 但放大看还是十分粗糙 有些材料还是多孔性的 理论内容 液态胶粘剂充满被胶接物表面的缝隙或凹陷处 或者在毛细管张力的作用下 从表面敞开的管孔渗到细胞腔内 固化或硬化后在界面产生啮合连接 1 1 2机械胶接理论 32 注意要点 机械连接形式与浸润 分子间作用力无关 通常称为锚固作用或紧固作用 对于木材来讲 机械结合理论显得更为重要 因为木材是多孔性材料 木材表面存在大量的纹孔和暴露在外的细胞腔 这是木材胶接形成胶接力 胶钉作用 的有利条件 佐伯等人利用扫描电子显微镜观察经过化学处理后的婆罗洲樟木胶合板的胶接层 发现由导管腔至细胞壁纹孔的各种木材组织内腔中都有胶粘剂渗入 1 1 2机械胶接理论 33 贡献及不足之处 对多孔性材料的胶接有贡献 机械结合理论不能解释非多孔性材料 如表面光滑的玻璃等物体的胶接现象 也无法解释由于材料表面化学性能的变化对胶接作用的影响 不能解释空隙多的木材比孔隙少的木材胶接强度低 表面粗糙的比经刨床精加工的胶接强度低 许多事实证明 机械结合力与物理吸附和化学吸附作用相比 它是产生胶接力的第二位主要原因 1 1 2机械胶接理论 34 1 1 3扩散理论 理论基础 Voyutskii基于高分子链段越过界面相互扩散产生分子缠绕强化结合而产生胶接强度 提出扩散理论 扩散理论对于同属于线性高分子的胶接体系或轻度交联的高分子胶接体系是有效的 扩散理论内容 胶粘剂和被胶接物分子通过相互扩散而形成牢固的接头 且胶接作用与它们的互溶特性有关 35 贡献及不足之处贡献 它能圆满解释许多工艺因素 温度 时间等 对胶接性能的影响 而且也能解释胶粘剂组分对胶接强度的影响 因为在胶接体系中 适当降低分子量 有助于提高扩散系数 改善胶接性能 提高两种聚合物的接触时间和胶接温度 都将增强扩散作用 从而提高胶接强度 局限性 它不能解释金属和陶瓷 玻璃等无机物的胶接现象 1 1 3扩散理论 36 1 2 4静电理论 理论基础 1949年前苏联学者根据胶膜从被粘物表面剥离时的放电现象 提出了静电理论 理论内容 在胶接接头中存在双电层 胶接力主要来自双电层的静电引力 当胶粘剂从被粘物剥离时 两个表面间产生了电位差 并且随着被剥离距离的增大而增加 达到一定的极限时 便产生放电现象 37 将双电层等效为电容器的极板 粘附功就等于电容器瞬时放电的能量 可按下式计算 式中 WA 粘附功 Q 电荷的表面密度 h 放电距离 相当于电容器的极板间距 介质的介电常数 1 2 4静电理论 38 贡献及不足之处解释了粘附力与剥离速度有关的实验事实 克服了吸附理论的不足 因为当胶接接头以极慢的速度剥离时 电荷可以从极板部分逸出 降低了电荷间的引力 减少了剥离时消耗的功 当快速剥离时 电荷没有足够的逸出 粘附功偏高 静电引力对胶接强度的贡献可以忽略不计 静电作用仅存在于能形成双电层的胶接体系中 不具有普遍现象 1 2 4静电理论 39 1 2 5化学键理论 理论内容 胶接作用主要是化学键力作用的结果 胶粘剂与被粘物通过分子间化学反应产生主价键结合而获得高强度 化学键包括离子键 共价键和金属键 在胶接体系中主要是前二者 化学键力比分子间力大得多 胶接体系产生化学键连接时 将有利于提高胶接强度 防止裂缝扩展 也能有效地抵抗应力集中和气候环境老化等因素的影响 40 成键形式 化学键是在化学反应中形成的 胶接界面的化学键可通过下述途径发生化学反应而形成 通过胶粘剂和被胶接物中的活性基团形成化学键通过偶联剂使胶粘剂与被粘物分子间形成化学键通过表面处理获得活性基团与胶粘剂形成化学键 1 2 5化学键理论 41 1活泼氢与 NCO COOH及 COCl反应 42 2羟基与 NCO R CH CH2 及R CH2 OH反应O 43 偶联剂 一般含有两类反应基团 其中一类可与胶粘剂分子发生化学反应 另一类基团或其水解形成的基团 偶联剂有若干类型 应用最多的是硅烷及其衍生物 其通式为 X3Si CH2 nY 其中X为可水解的基团 水解后生成羟基并与被胶接表面的基团发生反应 Y是能与胶粘剂发生反应的基团 硅烷基过氧化物偶联剂 它在热的作用下分解成自由基 可与烯类聚合物发生作用 从而促进烯类聚合物的胶接 通过偶联剂使胶粘剂与被粘物分子间形成化学键 1 2 5化学键理论 44 许多被胶接表面经过表面处理后可获得活性基团 在胶接过程中与胶粘剂分子发生化学反应 例如聚乙烯薄膜经电晕放电处理可产生 OH ONO2 NO3 等活性基团 胶接时 与相应的胶粘剂分子可发生化学反应 金属材料的表面处理 如氧化 阳极化处理或酸洗处理均可产生活性氧化层 与水可以形成水合结构Me OH 胶接时 与胶粘剂可发生化学反应 通过表面处理获得活性基团与胶粘剂形成化学键 1 2 5化学键理论 45 贡献与不足化学键理论为许多事实所证实 在相应的领域中是成功的 但是 它的不足也是显而易见的 它无法解释大多数不发生化学反应的胶接现象 1 2 5化学键理论 46 1 2胶接结构的耐久性与胶接破坏 1 2 1胶接耐久性1 2 2胶接破坏接头的结构胶接接头的破坏类型影响接头破坏的因素 47 1 2 1胶接耐久性 概念 胶接结构的耐久性是标志胶接结构在大气环境作用下所能保持实用强度的一种特征 也是标志胶接结构使用寿命的特征 影响胶接结构耐久性的因素应力作用 水分作用 热氧化作用 1 2胶接结构的耐久性与胶接破坏 48 应力作用 包括收缩膨胀应力和热应力 木材的多孔性及亲水性会使胶接结构在吸水和排水时产生膨胀或收缩 不同树种及不同组织细胞的膨胀收缩有很大差别 在某些部位产生很大的膨胀收缩应力 环境温度变化的情况下 会产生热应力 应力的作用会加速湿热老化和热老化 因为应力会在胶接界面或胶层中产生裂纹有助于水分的进一步渗透 而水的进入又促进裂纹进一步增大 49 水分的作用 水分作用于胶接界面处 体积小 极性强的水分子很容易沿着亲水性物质向胶接界面渗透 破坏界面氢键 减弱胶粘剂分子与被胶接材料表面的作用力 水对胶层有水解作用 也是降低胶接耐久性的一个因素 因为水能渗透到胶层的本体中 破坏胶粘剂分子间的氢键 降低胶粘剂的力学性能和物理性能 水还可以使胶粘剂的化学键水解 引起胶粘剂降解 50 热氧化作用 胶粘剂受热产生两种作用 化学变化 表现为热分解 软化和熔融胶粘剂受热超过热变形温度或玻璃化温度时 胶粘剂软化 力学性能会显著下降 如果受热温度达到胶粘剂的分解温度 胶粘剂就失去作用 51 1 2 2胶接破坏 接头结构 胶接接头在材质上不完全连续 通常是应力集中部位 在外力和环境应力作用下 可能导致接头破坏 单位胶接面积或单位胶接长度上所能承受的最大载荷称为接头的破坏强度 1 9 被胶接物2 8 被胶接物的表面3 7 胶粘剂与被胶接物的界面层4 6 受界面影响的胶粘剂层5 胶粘剂胶接接头结构组成示意图 1 2胶接结构的耐久性与胶接破坏 52 胶接接头的破坏类型根据接头破坏的位置可以划分为四种类型 胶接头破坏类型示意图 1 被胶接物破坏 2 内聚破坏 3 界面破坏 4 混合破坏 1 2 2胶接破坏 53 胶接接头的破坏类型 1 被胶接物破坏 发生在胶接部位的邻近处 那里应力最为集中 主要取决于二种材料自身的强度 当然还与材料内部的缺陷 构成接头后体系内部胶层厚度 被胶接表面处理状况 组分间相互作用等有关 此时 接头强度并不等于材料自身强度 一般略低于材料强度 2 内聚破坏 即胶粘剂层破坏 取决于胶粘剂自身的内聚强度 54 3 界面破坏 是由被胶接材料的可粘性差造成的 由于材料的非均一性及表面处理 工艺实施等环节的不均一性 完全的界面破坏是不存在的 在理想的条件下 即没有界面区存在时 其破坏强度主要取决于胶粘剂与被胶接物之间的粘附强度 还与胶粘剂和被胶接物的表面强度有关 4 混合破坏 在胶接结构各部分的强度相近时特别容易发生 也是内聚破坏和界面破坏的一种过渡状态 胶接接头的破坏类型 55 接头破坏类型会随着各种条件的变化而转变 对于粘弹性高聚物 当温度升高时 分子链段热运动增加 应力松弛过程加快 受载时变形较大而强度较低 同样加载速度降低 外力作用时间增加了 应力松弛更充分 因此受载时 变形较大 强度较低 大量的测试结果表明 胶膜变厚 慢速测试和升高测试温度三者是等效的 往往导致内聚破坏 胶膜变薄 快速测试和降低测试温度也是等效的 结果导致界面破坏 1 2 2胶接破坏 56 影响接头破坏的因素 1 弱界面层弱界面层理论认为被胶接材料和胶粘剂中 由于材料表面与内部存在着性质上的差异而造成结构不均匀性 弱界面层 它也可能由于体系的低分子物或杂质通过扩散 吸附或聚集 在界面内产生低分子物富集的 弱界面层 接头在外力的作用下出现胶接的弱界面破坏或胶接强度的急剧下降 实质上是低分子物质解吸界面区内胶粘剂分子的过程 57 2 内应力胶接结构的内应力主要指收缩应力和热应力两种 在胶接过程中如何减少或缓和内应力是一个非常重要的课题 内应力的来源 胶粘剂的固化或硬化过程中体积的收缩 胶粘剂与被胶接材料的热膨胀系数不同 在温度变化时产生热应力 被胶接材料的各向异性 在水分变化的情况下收缩膨胀的不同产生内应力 比重不相同的被胶接材料 其体积的收缩膨胀往往有差异 在大面积胶接中产生较大的内应力 58 3 环境应力包括外界的机械作用力 温度波动的热冲击 以及油 水等介质对胶接界面的化学作用 油在胶接过程中形成弱界面层 降低接头强度 导致接头界面破坏 水能解吸胶粘剂体系 接头在外力和水分的共同作用下 其破坏类型可能由胶粘剂的内聚破坏转化为界面破坏 多种环境因素的联合作用 当水分被接头材料和胶粘剂吸收时 在氧气存在下可能生成酸性物质 进而腐蚀接头 59 1 3影响胶接强度的因素 1 3 1与木材相关的因素密度和树种湿润性木材含水率胶接面的纹理与纤维方向表面粗糙度与加工精度抽提物木材缺陷 生长特性胶接面的污染及其它 1 3 2与胶粘剂有关的因素分子量及其分布粘度浸透性极性pH值胶层厚度 60 1 3 1胶接与木材相关的因素 木材胶接制品的胶接性能好坏 除了遵循一般胶接原理外 在很大程度上受木材自身的性能所左右 影响木材胶接性能的因素除了木材固有的因素之外 还有被胶接材在加工过程中所产生的因素 前者包括木材的密度 树种 湿润性 抽提物等 后者包括被胶接材的含水率 表面粗糙度等 61 1 3 1胶接与木材相关的因素 1 密度和树种木材破坏率 木破率 通常将木材破坏面积占整个胶接面积的比率叫做木材破坏率 它和胶接强度一起作为评价木材胶接性能的重要指标 不同密度的树种 评价其胶接好坏的指标 木破率不同 密度低的树种 木破率高 则认为胶接良好 密度高的树种 木破率低 如果胶接强度足够高 也认为胶接良好 62 2 湿润和湿润性湿润性表征的是某些液体 水 胶粘剂 染色剂 油漆涂料等 与木材接触时 在木材表面上润湿 铺展及粘附的难易程度和效果 被胶接材料的湿润性不好其胶接也不好 抽提物含量高的及含松脂树种的木材 湿润不好 容易引起胶接阻碍 油漆性能也不好 1 3 1胶接与木材相关的因素 63 3 含水率胶接木质材料时 含水率是一个重要的参数 选择吸附性因木材含水率的不同而不同 从选择吸附性的角度出发 胶接木材时其含水率应保证在适当的范围内 若被胶接材的含水率过高 涂布后的胶粘剂被稀释 粘度下降 向木材内部过度浸透产生缺胶 导致胶粘剂固化迟缓 胶接木材时的适宜含水率因胶粘剂种类 性状 胶接条件的不同而不同 一般为7 15 1 3 1胶接与木材相关的因素 64 4 胶接面的纹理与纤维方向胶接力受被胶接材表面纹理方向组合的影响变化较大 胶接端切面时 胶粘剂向导管等内腔的浸透量大 为不便其缺胶 应在被胶接材的两个端切面上都涂胶 木材的强度因纤维方向的不同而异 这种方向性差异也直接影响其胶接性能 一般说来 纤维方向的角度越大 胶接强度越低 纤维方向相互平行胶接时 胶接力最大 纤维相互垂直胶接对其胶接力最小 1 3 1胶接与木材相关的因素 65 5 表面粗糙度与加工精度表面的粗糙度与胶接性能的关系受被胶接材的种类 胶粘剂的韧性 涂胶量 粘度 加压压力 热压温度以及胶粘剂的种类等影响 被胶接表面越平滑涂胶量越少 即使在较低的压力作用下也容易得到良好的胶接 材面若粗糙 必须增大涂胶量 提高加压压力 还要使用适当的填充剂才能获得满意的胶接效果 1 3 1胶接与木材相关的因素 66 6 抽提物抽提物是阻碍木材胶接的特殊成分 它影响胶粘剂的湿润 或者阻碍胶粘剂的固化 造成胶接困难 抽提物造成胶接困难的原因 阻碍湿润 导致胶粘剂层和木材之间的界面破坏 使胶粘剂固化不良 导致胶粘剂层的内聚破坏 使胶粘剂过度渗透 导致界面缺胶 1 3 1胶接与木材相关的因素 67 7 木材缺陷和生长特征木材自身的缺陷 即天然缺陷 如节子等一般会使胶接力下降 然而 如针叶树的应力木因其压缩强度大 也有使其胶接力提高的情况 不过由于应力木纵向收缩率异常地大 同正常木材混用 会导致翘曲 变形和开裂 旋转纹理和交错纹理其表面如果采用净光刨刨削后 不会对胶接产生影响 可是这种木材加工困难 通常的加工表面粗糙 结果导致胶接性能下降 1 3 1胶接与木材相关的因素 68 7 木材缺陷和生长特征树脂道中树脂的扩散阻碍湿润 致使此部位不能被胶接 这是导致针叶材胶合板鼓泡及放炮的原因之一 脆心材其纤维呈破损状 拉伸强度异常地低 不能做结构材用 这种木材胶接后 虽然木破率很高 但是胶接力极低 湿心材其心材的含水率很高 加工后由于其反常收缩 导致变形 翘曲 造成胶接不良 边心材 心材在某种程度上含有树脂与抽提物 与边材相比其胶接性不好 1 3 1胶接与木材相关的因素 69 8 被胶接面的污染及其他被胶接面的污染对胶接性能影响很大 材面受污染首先妨碍胶粘剂的湿润 致使胶接不能顺利进行 被胶接材表面切削或研磨后长时间放置 会导致胶接性能下降 其原因是阻碍胶接的树脂或抽提物析出表面 光劣化等造成表面钝化 1 3 1胶接与木材相关的因素 70 8 被胶接面的污染及其他胶合板与素材或者其他材料胶接时 采用砂光等处理将木材表面的污染物除去 可提高胶接效果 特别是胶合板 应注意其因热压表面受脱模剂等的污染 所以在表面装饰 贴面等二次加工时 尤其应予以注意 用溶剂清拭表面时 对于多孔性材料应注意由于残余溶剂蒸发而导致的水分凝结 常常会造成胶接不良 1 3 1胶接与木材相关的因素 71 1 3 2胶接与胶粘剂相关的因素 1 分子量及其力布聚合物的分子量大小及其分布对胶接性能有较大的影响 而且还影响胶粘剂向被胶接材料里渗透的速度及在被胶接材料表面的的固化速度 也影响胶粘剂的内聚强度 一般胶粘剂所用聚合物应具有相应的分子量大小或聚合度范围 胶粘剂才能有良好的胶接性能和较高的胶接内聚强度 聚合物的平均分子量相同而分子量分布不同时 其胶接强度也不同 低聚物含量较高时 接头破坏呈内聚破坏 高聚物含量高时 接头破坏呈界面破坏 72 2 粘度及交联度粘度与胶接性能无直接关系 只是粘度过低时 加压的时候胶粘剂容易从胶接层渗出 向木材中过度浸透 造成缺胶 受粘度影响最大的是胶粘剂的涂饰性能 涂饰方式不同时 粘度的适宜范围是不同的 水溶性胶粘剂的粘度可以通过添加增量剂 填充剂或者加水来进行调节 1 3 2胶接与胶粘剂相关的因素 73 3 浸透性胶粘剂向木材中进行一定程度的浸透可以提高木材这种多孔性材料之间的机械结合力 但是 浸透过度 胶粘剂将在木材中扩散 不能形成均匀的胶接层 产生表面缺胶 造成胶接不良 胶粘剂的粘度对其浸透性影响很大 但是所用溶剂的种类 胶粘剂的浓度等也有影响 当被胶接体是木材时 特别是水溶性胶粘剂其浸透性受木材含水率的影响较大 1 3 2胶接与胶粘剂相关的因素 74 4 极性被胶接材料的极性与湿润性关系极大 用极性的胶粘剂胶接极性材料 用非极性胶粘剂胶接非极性材料 都可得到很好的胶接强度 且表面极性越强的纤维材料 与胶粘剂形成氢键的能力越强 胶接强度越高 木材胶接用胶粘剂最常用的是热固性树脂 如脲醛树脂 三聚氰胺树脂和酚醛树脂等 这些都是极性物质 可以获得良好的胶接 1 3 2胶接与胶粘剂相关的因素 75 5 pH值胶粘剂与胶接层呈极端的强酸性或强碱性时 会导致木材自身的脆弱化 或者变色 这是造成胶接性能低下 污染的原因 脲醛树脂固化时残留的酸导致木材老化 它作为催化剂加速了树脂的水解 将这些酸中和 可大大地提高其胶合耐水性 胶粘剂的固化若受pH影响非常大时 由于胶粘剂选择不当可能导致胶接失败 1 3 2胶接与胶粘剂相关的因素 76 6 胶接层的厚度一般认为获得最好的胶接强度和刚性 胶层的厚度在胶层不产生缺胶的情况下 应该尽量的薄 并且均匀才能获得良好胶接 一般希望胶接层的厚度在20 50 m 其理由为 胶接层越薄 凝聚力降低 可减少胶接层中的应力集中点 在胶接层中产生的内应力变小 而且能使其易于向被胶接材移动 老化性也降低 1 3 2胶接与胶粘剂相关的因素 77 6 胶接层的厚度由于被胶接体表面形状的原因 不得不增加胶接层的厚度时 应使用空隙填充性胶粘剂 或者通过添加填充剂赋予它填充性 1 3 2胶接与胶粘剂相关的因素 78 1 4胶粘剂的组成与分类 1 4 1胶粘剂的组成胶料 基料 主剂 固化剂木材含水率增塑剂和增韧剂填充剂 填料 稀释剂 溶剂其它助剂 1 4 2胶粘剂的分类固化方式分按物理形态分按化学成分分按用途分按耐水性分 79 1 4 1胶粘剂的组成 实际胶接所用的胶粘剂是以基料为主剂 配合各种固化剂 增塑剂 稀释剂 填料以及其它助剂等配制而成 最早使用的胶粘剂大都是来源于天然的胶接物质 如淀粉 糊精 骨胶 鱼胶等 以水作溶剂 通过加热配制而成 由于组分单一 不能适应各种用途上的要求 当今的胶粘剂大都是采用合成高分子化合物为主剂 制成的胶粘剂有良好的胶接性能 可供各种胶接场合使用 80 1 4 1胶粘剂的组成 1 胶料 主剂 基料 是胶粘剂的主要成分 起胶接作用 决定胶粘剂的基本特性 也是区分胶粘剂类别的重要标志 胶粘剂要求胶料有良好的粘附作用 湿润性和相容性 因为胶接制品的强度 耐久性 耐水性 耐候性等 取决于粘料的物理 化学及力学等方面的特性 81 1 胶料 主剂 基料 作为胶粘剂的胶料有 热固性树脂 酚醛树脂 脲醛树脂等 热塑性树脂 聚醋酸乙烯乳液等 热熔性树脂 乙烯热熔胶等 合成橡胶 氯丁橡胶 丁腈橡胶等 天然高分子 淀粉 蛋白质 天然橡胶等 无机化合物 硅酸钠 磷酸盐等 1 4 1胶粘剂的组成 82 1 4 1胶粘剂的组成 2 固化剂和促进剂固化剂是直接参与化学反应 使胶粘剂发生固化的成分 是某些胶粘剂的主要添加成分促进剂 催化剂 是加速粘料与固化剂反应或促进粘料自身反应 缩短固化时间 降低固化温度的一种添加剂 固化剂的选择 要根据胶料分子结构中特征基团的反应特性 不同的胶料用不同的固化剂 同种胶料 固化剂的种类和用量不同时 都可能产生性能差异悬殊的胶粘剂 总之 参照胶料的性质 固化条件及胶接制品的要求妥善采用 83 1 4 1胶粘剂的组成 3 增塑剂和增韧剂增塑剂是一种高沸点液体或低熔点固体化合物 因而能增加胶粘剂的流动性 有利于湿润 扩散和吸附 能与树脂混溶 但不参与固化反应 主要通过隔离 屏蔽或偶合作用削弱聚合物分子间作用力而达到增塑目的 常用增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯 磷酸三苯酯等 84 1 4 1胶粘剂的组成 3 增塑剂和增韧剂增韧剂是一种粘稠液体 属于单官能团或多官能团的化合物 能与胶粘剂的粘料起反应 成为固化体系的一部分 对增进胶粘剂的抗冲击和伸长率以及开裂等缺陷有较好效果 常用增韧剂有不饱和聚酯 橡胶类 聚酰胺树脂 缩醛类树脂及聚氨酯树脂等 重要的结构胶粘剂 都是以体型结构的热固性树脂为粘料 并配以热塑性树脂或橡胶胶粘剂等增韧剂 例如 酚醛 缩醛胶粘剂 酚醛 氯丁橡胶胶粘剂等等 85 1 4 1胶粘剂的组成 4 填充剂 填料 概念 为改善胶粘剂的加工性 耐久性 强度及其它性能或降低成本而加入的非粘性固体物质 使用填充剂的目的是改善胶粘剂的某些特性 降低胶粘剂固化过程中的体积收缩率 降低成本或赋予胶粘剂某些性能 86 1 4 1胶粘剂的组成 4 填充剂 填料 填充剂的作用 提高机械性能 如金属粉末 金属氧化为和矿物质可提高胶粘剂的抗压强度 降低收缩率 橡胶中加入炭黑可提高抗张强度 硬度 耐磨性 赋予胶粘剂以新的性能 如胶粘剂中加入银粉可导电 用铜粉 铝粉作填充剂 可改善胶粘剂的导热性 87 1 4 1胶粘剂的组成 4 填充剂 填料 填充剂的作用 提高粘度 改善操作工艺 填充剂可起到增粘作用 适应垂直 悬置施工 避免胶液因在固化过程中的流动 渗透而造成胶接界面缺胶或透胶现象 纤维状填充剂增粘作用比较显著 降低收缩应力和热应力 填充剂可调节胶粘剂固化或硬化过程中的收缩率 减少胶粘剂与被胶接物间热膨胀系数的差别 并防止裂缝的产生和延伸 因此可提高胶接强度 88 1 4 1胶粘剂的组成 4 填充剂 填料 填充剂的作用 补强作用 有些胶粘剂分子间的作用力弱 内聚能低 因而力学性能不高 选择适当颗粒大小的填充剂与胶料大分子链相互结合形成交联结构 当其中一条分子链受到应力作用时 可通过交联点将应力分散传递到其他分子上 其他作用 蛋白质或含有单宁的填充剂 有降低甲醛系胶粘剂的游离甲醛的作用 面粉还有延长胶粘剂适用期的作用 但加量过大会降低胶粘剂耐水性 89 1 4 1胶粘剂的组成 5 稀释剂和溶剂稀释剂是一种用来降低胶粘剂粘度 增加胶粘剂渗透能力 改进工艺性能的物质 稀释剂种类活性稀释剂 分子中含活性基团 在稀释过程中参加反应 同时还能起增韧作用 活性稀释剂多用于环氧树脂 其它类型胶粘剂用得较少 非活性稀释剂 溶剂 分子中不含活性基团 在稀释过程中不参加反应 只是起到降低粘度的作用 它多用于橡胶类胶粘剂 酚醛树脂 聚酯树脂和环氧树脂等 常用的非活性稀释剂有乙醇 丙酮 甲苯等 90 1 4 1胶粘剂的组成 6 偶联剂偶联剂在胶粘剂与被胶接材料间起架桥作用 通过它把胶粘剂的表面与被胶接材料的表面连接起来 偶联剂有若干类型 以硅烷及其衍生物为主 不同的偶联剂所具有的官能团也是不同的 官能团的活性不同 对胶接强度的改善也不同 偶联剂与胶粘剂的胶料的相溶性十分重要 相容性好的偶联剂 可在被胶接材料的表面形成一个均一的面 对粘料有最好的反应效果 91 1