胶粘剂分类粘结原理

1、Company LOGO3.1 胶粘剂的定义及特点v胶粘剂（黏合剂）胶粘剂（黏合剂）eltadhesive： a定义：靠界面间作用使各种材料牢固地粘接 在一起的物质。vb胶粘剂的组成胶粘剂的组成： 第三章 胶粘剂固化剂和固化促进剂 粘料 增塑剂和增韧剂 偶联剂 和其他助剂 稀释剂 填料 组成c胶粘剂的分类vc胶粘剂的分类：胶粘剂种类繁多，组分各异，有多种分类方式。1、按物理形态分类： 水溶液型、溶液型、乳液（胶乳）型、无溶剂型、固态型、膏状或糊状。 2、按化学成分分类： 1）无机胶粘剂 2）有机胶粘剂 3、按来源分类 1）天然胶粘剂 2）合成胶粘剂 第三章 胶粘剂d.胶粘剂的性能耐温性低污染性

2、粘接无破坏性轻质性第三章 胶粘剂e.胶粘剂的应用 第三章 胶粘剂防腐蚀 用于军事领域 用作生物医用 防恐反恐 胶粘剂除有传统的粘接用途，还有一些新的、巧妙的应用。 f.胶粘剂发展趋势v 1）发展无溶剂性胶粘剂 现行的许多胶粘剂都含有大量挥发性很强的溶剂,这些溶剂不仅危害人的身心健康,而且会破坏大气层中的臭氧层。近年来,引起了公众和政府的高度重视,这样自然给胶粘剂工业带来了一种新的发展趋势,即向无溶剂的胶粘剂发展。 v 2)发展纳米胶粘剂 纳米胶粘剂是材料领域的重要组成部分,发展纳米胶粘剂,有可能在席卷全球的“纳米经济”急战中,抢夺一个技术制高点。纳米胶粘剂将成为一颗耀眼的新的科技明星。v 3)

3、发展多功能胶粘剂 当一种胶粘剂同时具有多种功能的时候,它的应用价值往往陡增,所以多功能胶粘剂是胶粘剂工业的发展趋势之一。v 4)发展军事、国防用胶粘剂 发展军事、国防用胶粘剂是未来战争和防恐、反恐的需要,因此它必定有着长足发展。第三章 胶粘剂第三章 胶粘剂相关定义v胶接接头（adhesive joint）：通过胶粘剂而得到的组件。v被粘物（adherends）：接头中除胶粘剂外的固体材料。v粘结（adhesion）：胶粘剂把被粘物所受的载荷传递到胶接接头的现象。v粘附力（practical adhesion）：强度由被粘物和胶粘剂的力学性能决定。第三章 胶粘剂胶粘剂的固化v固化：通过适当方法使

4、胶层由液态变成固态的过程。热熔胶的固化溶液型胶的固化增塑糊型胶粘剂的固化按按固固化化方方式式反应型胶粘剂的固化乳液型胶的固化第三章 胶粘剂3.3 粘结接头的设计v1 接头及其受力情况：相当复杂，主要机械力剪切力不均匀扯离力剥离力拉伸力第三章 胶粘剂接头形式选择原则2 接头形式选择原则：v 胶层承受剪切力和拉伸力， 避免剥离力和不均匀扯离力。v 增加粘结面积v 防止层间剥离v 避免应力集中v 胶层均匀v 加工容易，方便第三章 胶粘剂粘结接头类型v粘结接头类型：型样各异，变化多端对接接头（butt joint）斜接接头（scarf joint）搭接接头（lap joint）套接接头（dowel j

5、oint)第三章 胶粘剂3.2 粘接原理v吸附理论v胶接作用是胶粘剂分子与被胶接物分子界面发生吸附作用。（物理吸附和化学吸附）v特点：1. 范德华力和氢键力2. 具有热力学平衡3. 根据胶接功可计算胶接强度4. 润湿影响胶接强度第三章 胶粘剂偶极力：极性分子间的引力，即偶极距间的相互作用力。式中： 偶极矩R距离；T绝对温度K波尔兹曼常数KTRuuEk622213221,uu诱导偶极力：由于受到极性分子电场的作用而产生的。式中： 分子极化率； 偶极矩（永久，诱导）6222211RuauaED21,aa21,uu21, II在范氏力中在范氏力中起主要作用起主要作用范德华力色散力：非极性分子间的作用

6、力。式中： 分子电离能621212123RaaIIIIEL21,II第三章 胶粘剂吸附理论v吸附理论认为胶接过程分两个阶段v第一阶段：胶粘剂分子通过布朗运动，向胶接物体表明移动扩散，使二者的极性基团或分子链段互相靠近。v第二阶段：吸附力产生。作用能E如下IkTRE224683)3/(2第三章 胶粘剂试中： 分子偶极矩；I分子电离能；R分子间距离 极化率；k波耳兹蔓常量；T热力学温度出处：Hofrichter C H.Ind.Eng.Chem,1948,40:物质的极性有利于获得高胶接强度，但过高会妨碍湿润过程的进行胶粘剂与被胶接材料表面间的距离是产生胶接力的必要条件胶接体系内分子接触区（界面）

7、的稠密程度是决定胶接强度的主要因素胶粘剂湿润被胶接材料的表面产生物理吸附第三章 胶粘剂吸附理论：1. 解释不了胶粘剂与被胶粘物之间的胶接力大于胶粘剂本身的强度。2. 解释不了胶接强度大小与分子间的分离速度关系。3. 解释不了对于高分子化合物极性过大，反而胶接强度降低。4. 解释不了水的影响。第三章 胶粘剂静电理论v该理论认为：在胶接接头中存在双电层，胶接力来自双电层的静电引力。v胶接功等于电容器瞬间放电的能量，计算公式如下：hQWA22WA胶接功；Q电荷表面密度；h放电距离；介质的介电常数前苏联：Mcbain J W.J Phys Chem，1926，30：114第三章 胶粘剂将被胶接材料和固

8、化的胶粘剂层理想化为电容器，即在胶接将被胶接材料和固化的胶粘剂层理想化为电容器，即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。静接头中存在双电层，胶接力主要来自双电层的静电引力。静电引力的产生是相电引力的产生是相1 1电荷场相电荷场相2 2电荷场相互作用的结果。电荷场相互作用的结果。成功地解释了粘附功与剥离速度有关的实验事实 静电引力（K+Na+。v应用：金属、陶瓷、玻璃、石材、包装箱等多种物质的粘接，以及有耐热、防火要求的材质的粘接。v最常见硅酸钠，即水玻璃，n=3.2-3.4，对木材、纸张有良好的粘接。2.天然胶粘剂A 天然胶粘剂是指由天然有机物制成的胶粘剂v 优点：原料易得，

9、使用方便v 缺点：粘接力和耐水性等方面均不如合成胶粘剂B 分类v 按原料来源分：矿物胶、动物胶、植物胶v 按组成分：淀粉、动植物蛋白、纤维素、天然树脂 第三章 胶粘剂天然胶粘剂（例1淀粉）例1： 淀粉胶粘剂v 淀粉：是有许多葡萄糖结构单元（C6H10O5）互相连接而成的多糖类聚合物，为粒状。v来源：植物中的种子、果实、叶、块茎、球茎中都会有大量的淀粉。v淀粉分离：溶解于冷水中先膨胀或溶胀，再干燥成粒状分离。v 淀粉直接糊化粘接性能很低，直接用途就有限，所以在工业中广泛使用淀粉基胶粘剂一般通过淀粉的降解转化或化学改性制得。 第三章 胶粘剂v常用转化用配合剂有增塑剂、液化剂/溶胶化剂、填料、硼砂、

10、保鲜剂等。A增塑剂：甘油，二醇类，大豆油，葡萄糖，果汁。v 用途：控制胶合成的脆性或调节干燥速度。B液化剂：氯化钙，尿素，硝酸钠，乙酰胺等。v 用途：降低粘度，或控制胶粘时间与干燥速度的助剂，用量5-20%C 填料：粘土，磷酸钙，二氧化钛等v 用途：控制与多孔性茎材相关连的渗透性，也可控制淀粉类胶粘剂的固化。用量5-50%D 保鲜剂：甲醛，硫酸铜，硫酸锌，苯甲酸盐等。v 用途：杀菌、防霉作用。但要注意毒性，用量0.2-1% 第三章 胶粘剂vE 硼砂：（四硼酸钠）v 用途：增粘，提高胶的内聚力和稳定性v 原因：硼砂分子同淀粉的羟基相互作用或同游离水分子缔合作用的结果。当加20%硼砂固化强度增大，

11、使操作速度快。v当加入苛性碱直到所有四硼酸钠被转化成偏硼酸钠时，其粘结强度可进一步提高。如碱加过量，反而使粘度下降。 第三章 胶粘剂第三章 胶粘剂 例：纸箱用耐水胶粘剂v 配方：珍球状玉米淀粉 36.3kg+227kgv 苛性钠 6.8kgv 硼砂 10Molv 苛性碱 6.8kgv 脲醛树脂（Casco树脂PR-195） 20.4kgv 水 212+689kg工艺：1.初次混合：v 加水 49oC加热 玉米淀粉 5分钟+搅拌 硼砂 苛性钠 15分钟 + 搅拌 加冷水2.二次混合v 上述料加水 在38oC下加热 加玉米淀粉 加脲醛树脂3.用20-30分钟A组分滴加剂 B组份中滴完至可搅拌15分

12、钟，如太稠，再搅拌10分钟检测，如太稀，可用水稀释 例2：纸板箱顶端和底部密封胶配方第三章 胶粘剂v 配方：水 400v 磷酸三丁酯 1v 硼砂（10mol） 30v 白糊精 75 （80%冷水溶性PH3.43.5）v 加热到85oC（只使用夹套蒸汽），保温20分钟，冷却到60oC并加入苛性钠（40%溶） 10 甲醛 1v 搅拌 10分钟 即可v 此胶黏度:10004000MP/S2之间v 可用水调节施工粘度。 天然胶粘剂（例2 骨胶）v骨胶：动物蛋白胶,（皮胶、鱼胶）。.v制取工艺A，将动物骨骼在石灰水中浸泡，然后水洗，中和，最后加热蒸煮，获得浸出物，其直接脱水，干燥即将成品。B，将动物骨骼

13、粉碎，水洗后。放进装有弱酸的压力罐中，加热反应器，并不断向骨粉上喷洒热水，从而使胶不断析出，溶出的稀胶掖经过滤去除脂肪酸及骨渣等副产物，干燥后即为成品骨胶。v骨胶：粒状或粉状，无臭味，颜色为淡黄至棕色。v使用：加水，热溶，即可用。v应用：砂皮，皮，皮革，木材，织物，纸张的粘接。 第三章 胶粘剂3.合成聚合物胶粘剂v1、热塑性树脂胶粘剂 热塑性高分子胶粘剂是以线型聚合物为粘料，很容易配制成溶液状，乳液状或熔融状粘合剂进行粘接操作，使用方便。固化过程中不产生交联反应，而是通过溶剂或分散介质的挥发或熔体冷却成为胶层、产生粘接力。v优点：柔韧性、耐冲击性、初粘力高、贮存稳定性好等。v缺点：耐热性、耐溶

14、剂性较差，胶接强度相对较低，常温下往往有蠕变倾向。v 应用：非结构件的胶粘，如纸张、木材、皮革、纤维制品等低受力物品的粘接。热塑性聚酰胺、聚酯等也用于金属、金属与塑料、橡皮间的粘接。 第三章 胶粘剂热塑性树脂胶粘剂（之一）v聚醋酸乙烯酯胶粘剂：以醋酸乙烯为单体经聚合得到一种热塑性树脂胶粘剂。v聚醋酸乙烯酯形成机理：自由基加聚反应v以硫酸铵为引发剂为例1 链引发第三章 胶粘剂v2 链增长第三章 胶粘剂v3 链终止第三章 胶粘剂v聚醋酸乙烯酯胶粘剂应用：乳液型和溶液型v乳液型：例聚乙烯醇 4水 55醋酸乙烯酯 44邻苯二甲酸二丁酯 6辛醇 0.2过硫酸铵 适量第三章 胶粘剂聚醋酸乙烯酯乳液胶特点：

15、1.良好的操作条件2.常温硬化胶，硬化速度快3.使用方便，不必加热4.水为分散介质，成本低缺点：1.耐水和耐湿性差2. 那热性差，（4090oC）v聚醋酸乙烯酯溶液胶：由溶液聚合制得或将固体聚合物溶解在溶剂中制成溶液。也靠溶剂挥发，达到一定强度。第三章 胶粘剂热塑性树脂胶粘剂（之二）聚乙烯醇及聚乙烯醇缩醛胶粘剂:制备：聚醋酸乙烯酯水解制聚乙烯醇，聚乙烯醇与醛类进行缩醛化反应得到聚乙烯醇缩醛胶粘剂。第三章 胶粘剂热塑性树脂胶粘剂（之二）v应用： 将聚乙烯醇和水在加热下溶解可直接得到水溶性胶粘剂。通常命名用的聚乙烯醇牌号为PVA-1788，其醇解度为88%，平均聚合度为1700。若醇解度太低水溶性

16、不好，醇解度太高则容易结晶，粘合效果下降。因聚乙烯醇胶粘剂价格低、无毒、主要用于纸品的粘接和办公用品中的浆液。 v例：107胶 主要成分为低缩醛度的聚乙烯醇缩甲醛。第三章 胶粘剂热固性树脂胶粘剂v热固性树脂胶粘剂是以中低分子量、且含有高反应性基团的聚合物为粘料的胶粘剂，在加热（或/和固化剂）作用下，聚合物之间发生交联反应，形成不溶不熔的胶层。v特点：聚合物分子量小易扩散渗透，粘接力强，胶层耐热性、耐蠕变性好。v缺点：但起始粘接力小，固化后易产生体积收缩和内应力，使胶接强度下降，所以在往往需加压、加入填料来弥补这些不足。 第三章 胶粘剂热固性树脂胶粘剂（种类）v热固性高分子胶粘剂主要有（常温固化

17、或加热）v1）氨基树脂胶粘剂 2）酚醛树脂胶粘剂3）环氧树脂胶粘剂 4）热固性丙烯酸树脂胶粘剂5）芳杂环聚合物胶粘剂6）聚氨酯胶粘剂7）不饱和聚酯胶粘剂8）脲醛树脂胶粘剂9）压敏胶粘剂 10）间苯二酚甲醛树脂胶粘剂 11）三聚氰胺甲醛树脂胶粘剂第三章 胶粘剂热固性树脂胶粘剂（之一）v酚醛树脂胶粘剂1耐热性价廉2性能较脆3金属塑料木材特点缺点应用第三章 胶粘剂热固性树脂胶粘剂（之一）v1. 酚醛树脂的合成及固化原理第三章 胶粘剂v固化（温度150180oC，适当加压0.3-1.5MP)第三章 胶粘剂v2 未改性酚醛树脂v2.1 酚钡树脂，配方如下第三章 胶粘剂应用：木材，纤维板的胶接v 2.2

18、醇溶性酚醛树脂胶例：2124型胶，配方如下 醇溶性酚醛树脂 100 石油磺酸 180200 使用工艺与性能与酚钡树脂相同，但因为没有游离的酚存在，毒性小。2.3 水溶性酚醛树脂胶特点：游离酚含量小于2.5，对人体危害小，节省有机溶剂， 成本低。应用：高级胶合板，塑料等。固化温度120145oC， 压力0.292.06MP。第三章 胶粘剂v3 改性酚醛树脂胶粘剂v改性目的：提高胶接韧性，耐介质性v3.1 酚醛丁睛胶粘剂 酚醛树脂主体 丁睛该性成分v配比为1：1较好v型号：J01， J03， J04， J015， J16等v3.2 酚醛聚乙烯醇缩醛胶粘剂特点A 耐低温和较高温度第三章 胶粘剂vB.

19、耐大气老化vC.耐介质vD.较佳配比约5：2第三章 胶粘剂v3.3 酚醛尼龙胶粘剂vSY7型配方：羟甲基尼龙 80酚醛树脂 20乙醇 250胶接条件：压力：0.3MP，温度：155oC，时间：1小时固化第三章 胶粘剂热固性树脂胶粘剂（之二）v 环氧树脂胶粘剂：由环氧树脂、固化剂、促进剂、改性剂、稀释剂、填料等组成的液态或固态胶粘剂。v 胶粘过程是一个复杂的物理和化学过程，包括浸润、粘附、固化等步骤，最后生成三维交联结构的固化物，把被粘物结合成一个整体。v 胶接性能(强度、耐热性、耐腐蚀性、抗渗性等)不仅取决于胶粘剂的结构和性能以及被粘物表面结构和胶粘特性，而且和接头设计、胶粘剂的制备工艺和贮存

20、以及胶接工艺等密切相关，同时还受周围环境(应力、温度、湿度、介质等)的制约。v 应用：由于环氧胶粘剂的粘接强度高、通用性强，曾有“万能胶”、“大力胶”之称。已在航空、航天、汽车、机械、建筑、化工、轻工、电子、电器以及日常生活等领域得到广泛的应用。 第三章 胶粘剂v 环氧树脂胶粘剂类型（分类方法尚未统一）1.按胶粘剂的形态分：A 无溶剂型胶粘剂、B (有机)溶剂型胶粘剂、C 水性胶粘剂(又可分为水乳型和水溶型两种)、D 膏状胶粘剂、E 薄膜状胶粘剂(环氧胶膜)等 2.按固化条件分：(1)冷固化胶(不加热固化胶)。又分为：低温固化胶，固化温度15；室温固化胶，固化温度15-40。(2)热固化胶。又

21、可分为：中温固化胶，固化温度约80-120； 高温固化胶，固化温度150。(3)其他方式固化胶，如光固化胶、潮湿面及水中固化胶、潜伏性固化胶等第三章 胶粘剂v 2、按胶接强度分类v (1)结构胶，抗剪及抗拉强度大，而且还应有较高的不均匀扯离强度，使胶接接头在长时间内能承受振动、疲劳及冲击等栽荷。同时还应具有较高的耐热性和耐候性。通常钢-钢室温抗剪强度25MPa，抗拉强度33MPa。不均匀扯离强度40kN/m。v (2)次受力结构胶，能承受中等载荷。通常抗剪强度17-25MPa，不均匀扯离强度20-50kN/m。v (3)非结构胶，即通用型胶粘剂。其室温强度还比较高，但随温度的升高，胶接强度下降

22、较快。只能用于受力不大的部位。v 3、按用途分类v (1)通用型胶粘剂。v (2)特种胶粘剂。如耐高温胶(使用温度150)、耐低温胶(可耐-50或更低的温度)、应变胶(粘贴应变片用)、导电胶(体积电阻率10-310-4cm)、密封胶(真空密封、机械密封用)、光学胶(无色透明、耐光老化、折光率与光学零件相匹配)、耐腐蚀胶、结构胶等。v 此外也可按固化剂的类型来分类。有：如胺固化环氧胶、酸酐固化胶等。还可分为双组分胶和单组分胶，纯环氧胶和改性环氧胶(如环氧-尼龙胶、环氧-聚硫橡胶胶、环氧-丁腈胶、环氧-聚氨酯胶、环氧-酚醛胶、有机硅环氧胶、丙烯酸环氧胶等)。第三章 胶粘剂热固性树脂胶粘剂（之其它）v聚氨酯胶粘剂以多异氰酸酯和聚氨基甲酸酯为主体的胶粘剂统称。v间苯二酚甲醛，