胶合材料学期末复习资料

1、1绪论胶粘剂(adhesive):又称粘合剂、粘接剂，简称胶。是一类单组分或多组分的具有优良粘接性能的、在一定条件下能使被胶接材料通过表面粘附作用紧密地胶合在一起的物质。采用胶粘剂将各种材料或部件连接起来的技术称为胶接技术。1.1胶粘剂专业术语1、粘合(adhesion)：两个表面依靠化学力、物理力或两者兼有的力使之结合在一起的状态。2、机械粘合(mechanicaladhesion)：两个表面通过胶粘剂的咬合作用而产生的结合。同义词：机械粘附。3、内聚(cohesion)：单一物质内部各粒子靠主价力、次价力结合在一起的状态。4、粘附破坏(adhesionfailure):胶粘剂和被粘物交界处

2、发生的目视可见的破坏现象。5、内聚破坏(cohesionfailure):胶粘剂或被粘物中发生的目视可见的破坏现象。6、固化(curing)：胶粘剂通过化学反应(缩聚、聚合、交联等)使胶粘剂实现由液态向固态的转变，获得并提高胶接强度等性能的过程。7、硬化(hardening)：胶粘剂通过干燥、结晶或降温而使胶粘剂实现由液态向固态的转变，获得并提高胶接强度、内聚强度等性能的过程。8、贮存期(storagelife)：在规定条件下，胶粘剂仍能保持其操作性能和规定强度的最长存放时间。9、适用期(potlife):配制后的胶粘剂能维持其可用性能的时间。同义词：使用期。10、固体含量(solidscon

3、tent):在规定的测试条件下，测得的胶粘剂中不挥发性物质的质量百分数。同义词：不挥发物含量。11、涂胶量(spread)：涂于被粘物单位胶接面积上的胶粘剂量。注：单面涂胶量(singlespread)指胶粘剂仅涂于胶接接头的一个被粘物上的量。双面涂胶量指胶粘剂涂于胶接接头的两个被粘物上的量。12、固化时间(curingtime):在一定的温度、压力等条件下，装配件中胶粘剂完全固化所需的时间。13、晾置时间(openassemblytime):被粘物表面涂胶后至叠合前暴露于空气中的时间。14、耐水性(waterresistance):胶接经水分或湿气作用后仍能保持其胶接性能的能力。15、耐久性

4、(permanence;durability):在使用条件下，胶接件长期保持其性能的能力。16、胶接强度(bondingstrength):使胶接中的胶粘剂与被粘物界面或其邻近处发生破坏所需的应力。2胶接基础1 .胶粘剂的固化或硬化方式。答：溶剂型胶粘剂：是通过溶剂的蒸发或扩散、渗透而固化；热熔型胶粘剂：是通过降低温度而固化；化学反应型胶粘剂：则是在一定的温度(通常是升温)下，通过内部产生聚合或缩聚反应而固化。2 .形成胶接的条件。答：(1)具有理想的胶接强度；(2)选择具有良好润湿效果的胶粘剂，使胶粘剂分子和被胶接材分子充分接触;(3)使胶黏剂与被胶接物分子之间形成深层的界面扩散；(4)形成

5、胶接键。3 .如何判断润湿性。(1)从接触角(润湿角)来判断习惯上将液体在固体表面的接触角0=90o时定为润湿与否的分界点。0>90o为不润湿，0<90o为润湿；接触角。越小，润湿性能越好。(2)由Dupre'胶接功的方程式来判断润湿Wa=丫SV+丫LV-丫SL(1)Wa=丫LV(1+cos。)(2)式中Wa为胶接功，是表征胶接性能的热力学参数。一般Wa值越大，胶接力也越大，润湿性越好。(2)式称为Young-Dupre'方程，0越小，Wa越大。(3)用铺展系数来判断润湿铺展系数为：S=丫SV-丫SL-丫LVS=0,表示可能发生液体在固体表面上自动铺展，即能润湿；S

6、>0,必然发生铺展，即润湿性好；S<0,不能铺展，即不润湿。由此可知，。值尽可能小，Wa和S尽可能大，则胶粘剂对被粘物的润湿性好，有利于提高胶接强度。4 .几种胶接理论的主要观点。(1)机械结合理论这是一种较早的最直观的宏观理论。认为被粘物表面的不规则性，如高低不平的峰谷或疏松孔隙结构，有利于胶粘剂的填入，固化后胶粘剂和被粘物表面发生咬合而固定。这就是机械结合理论最简单的解释。(2)吸附理论吸附理论的基本观点是：胶接是一种吸附作用。吸附理论认为，胶接产生的粘附力主要来源于胶粘剂与被粘物之间界面上两种分子之间相互作用的结果，所有的液体固体分子之间都存在这种作用力，这些作用力包括化学键

7、力、范德华力和氢键力。(3)扩散理论扩散理论认为，高分子材料之间的胶接是由于胶粘剂与被粘物表面分子或链段彼此之间处于不停的热运动引起的相互扩散作用，使胶粘剂与被粘物之间的界面逐步消失，形成相互交织的牢固结合，胶接接头的强度随时间的延长而增至最大值。(4)化学键理论该理论认为，胶接作用是由于胶粘剂与被粘物之间的化学结合力而产生的，有些胶粘剂能与被粘物表面的某些分子或基团形成化学键。化学键是分子中相邻两原子之间的强烈吸引力，一般化学键要比分子间的范德华力大一两个数量级，这种化学键的结合十分牢固。(5)静电理论(双电层理论)双电层理论是将胶粘剂与被粘物视作一个电容器。电容器的两块夹板就是双电层。即当

8、两种不同的材料接触时，胶粘剂分子中官能团的电子通过分界线从一相极性基向另一相表面定向吸附，形成了双电层。由于双电层的形成，胶粘剂与被粘物之间就有静电力产生，从而产生了胶接力。(6)配位键理论配位键理论认为，强的粘附作用来源于胶粘剂分子与被粘物在界面上生成的配位键(氢键就是一种特殊的配位键)。胶接时，胶粘剂涂覆在被粘物表面后，受被粘物表面的吸引，胶粘剂开始润湿被粘物材料表面，同时胶粘剂分子向被粘物材料移动。在移动过程中，胶粘剂分子中带电荷部分逐渐向被粘物材料带相反电荷部分靠近，当这两部分距离小于0.35nm时，就结合形成配位键。3氨基树脂胶粘剂1 .说明月尿醛树脂胶粘剂产生游离甲醛的原因和如何在

9、配方设计上降低游离甲醛含量。游离甲醛产生的机理：降低游离甲醛的方法：2 .降低F/U的摩尔比，减少甲醛的用量；3 .采用多次缩聚工艺，将尿素多次加入、控制缩聚阶段pH值、采用中、低温合成工艺和脱水工艺。4 .使用甲醛捕捉剂。5 .合理选用固化剂。6 .对人造板后处理。7 .利用甲醛具有还原性的特点，在树脂中加入强氧化剂如过氧化氢、过硫酸盐将甲醛氧化。8 .确定月尿醛树脂反应终点的方法。(1)根据树脂溶液与水相溶性来确定反应终点 水稀释度：是指在室温下，对单位体积树脂液，使其开始沉淀所加的水量，这个数值也称为沉淀点。 憎水温度：简便方法可以将1或2滴树脂液滴入维持在一定温度而半盛水的试管或烧杯内

10、，发现白色云雾状不溶物时的温度就是憎水温度。浊点：当反应混合物冷却时，由于水分的析出，而最初发现混浊时的温度称为浊点。(2)以粘度确定反应终点改良奥氏粘度计、涂一4杯粘度计、旋转粘度计。3.影响月尿醛树脂合成反应的因素。(一)甲醛与尿素的摩尔比合成热固性月尿醛树脂的甲醛与尿素的摩尔比必须大于1,即甲醛必须过量。(1)耐水性：摩尔比过高，即甲醛过量过多，将导致残留较多的羟甲基(亲水基团)，树脂的耐水性下降；相反，摩尔比过低，即甲醛不足或过量甚微，将导致亚氨基增加或树脂交联度降低，同样，树脂的耐水性下降。(2)固化时间：随甲醛与尿素摩尔比的增加而缩短。(3)游离甲醛含量：摩尔比增加，UF中的游离甲

11、醛含量也增加。(4)树脂稳定性：摩尔比大的树脂贮存稳定性好，摩尔比小的树脂贮存稳定性差，贮存期短。(5)树脂固体含量：相同摩尔比的树脂，无论聚合度如何，其固体含量大致相同，摩尔比不同，生成树脂固体含量不同。摩尔比越小，形成的多羟甲基月尿少，形成的树脂初粘性小，试用期长，固体含量高。(二)反应介质pH值加成反应阶段：pH值在79时，在中性至弱碱性介质中，尿素与甲醛生成稳定的羟甲基月尿；但当PH值达到11-13时，一羟甲月尿和二羟甲月尿的形成极慢，导致羟甲基化不完全，游离甲醛含量升高及影响其它性能.。缩聚反应阶段：一般pH值在46之间。PH值降低(酸性越强)，缩聚反应越快，易生成不含羟甲基的聚亚甲

12、基月尿沉淀，游离甲醛含量增加，树脂适用期缩短，水混和性降低；碱性条件下缩聚时，反应速度很慢。(三)反应温度温度每增加10c反应速度增加1倍。 避免反应温度过高，出现凝胶，易形成次甲月尿沉淀； 避免反应温度过低，反应时间过长，树脂聚合度低、粘度低等。(四)反应时间反应时间过短，反应不完全，固体含量低、粘度小、游离甲醛含量高、树脂机械强度低。反应时间过长，聚合度过高、粘度过高、树脂水混和性下降、贮存期短。(五)原材料质量尿素的质量：尿素中的杂质主要是硫酸盐、缩二月尿和游离氨，它们对月尿醛树脂胶粘剂的合成过程及生成树脂的质量有较大影响。甲醛溶液的质量：甲醛浓度：一般工业用甲醛浓度为37±0

13、.5%;甲醛溶液中甲酸和甲醇含量：甲酸一一影响pH值，甲酸含量不应高于0.050.1%;甲醇一一阻碍缩聚反应，影响树脂贮存稳定性，使固化后树脂耐水性降低。4.对比UF和MF树脂的合成有哪些差别，树脂的哪些性质差别与结构密切相关。(1) .三聚鼠胺树脂缩聚及固化反应不仅在酸性条件下可以进行，而且在中性甚至弱碱性条件下也能进行；(2) .三聚鼠胺具有较多的官能度，这就决定它能产生较多交联，同时三聚鼠胺本身又是环状结构，所以三聚鼠胺树脂具有良好的耐水性、耐热性以及较高的硬度，其光泽和抗压强度等也较好。4酚醛树脂胶粘剂1 .从合成原理、催化剂类型、酚/醛比例、性能特点等方面论述热固性酚醛树脂与热塑性酚

14、醛树脂的差异。答：热固性酚醛树脂是在碱性催化剂作用下苯酚与甲醛以摩尔比小于i的情况下反应制成。热塑性酚醛树脂是在酸性催化剂作用下苯酚与甲醛以摩尔比大于i的情况下反应制成。2 .影响PF树脂质量的因素有哪些？答：1.原料中酚的官能度与酚类物质取代基位置；2 .酚与甲醛的摩尔比；3 .催化剂的类型；4 .反应温度和反应时间3 .PF树脂改性的主要针对哪些性质？答：耐磨性较低、成本较高、固化温度高、热压时间长；4 .作为胶粘剂使用的酚醛树脂树脂为何为甲阶酚醛树脂，其特点是什么？答：甲阶酚醛树脂为线型结构，分子量较低，具有可溶可熔性，并具有较好的流动性和湿润性，能满足胶接和浸渍工艺的要求，因此一般合成

15、的酚醛树脂胶粘剂均为此阶段的树脂。5烯类高聚物胶粘剂1 .聚乙酸乙烯酯（均聚）乳液胶粘剂的硬化过程。聚醋酸乙烯酯乳液的硬化是通过将水分蒸发到空气中以及被多孔性被胶接物吸收，在高于最低成膜温度MFT时，各乳胶粒子中的分子相互渗透，相互扩散，聚结为一体而成为连续透明的薄膜。2 .影响PVAc乳液质量的因素。1 .乳化剂的影响乳化剂用量太少乳液的稳定性差，而用量太大耐水性则差。2 .引发剂用量的影响引发剂用量多，虽然增加了链游离基的数量，但也同时增加了链终止的机会，使分子量降低，从而影响乳液的胶接强度。3 .搅拌强度的影响搅拌速度T,乳胶粒数目J、直径T,聚合速度J；搅拌强度T,混入的空气（氧）T,

16、聚合速度且过强，会使乳液产生凝胶或硬化，稳定性4 .反应温度的影响温度增高使聚合速率增加，分子量降低。5 .单体或引发剂的滴加条件单体滴加时间乳液粘性粘度初期引发剂加入量相同，后期引发剂滴加量T（或后期滴加量相同，初期滴加量T）,粘度T,结构粘性T。6 .乳胶粒中单体浓度单体浓度T,聚合速率和聚合物的聚合度T。7 .氧温度T,可使聚合反应加速；室温，阻聚。量少，起引发剂作用，量多，起阻聚剂作用。3 .最低成膜温度。答：最低成膜温度（MFT）:是指能使乳液形成连续透明薄膜的最低温度。4 .聚乙酸乙烯脂乳液胶粘剂的各个组成及其作用。6热熔胶粘剂一、热熔胶的特点，组成及其作用。特点：胶接迅速。不含溶

17、剂。可以反复熔化胶接。可以胶接多种材料。热稳定性差、胶接强度偏低。组成及作用：聚合物基体、增粘树脂(增粘剂)、蜡类、抗氧剂、增塑剂、填料等。聚合物基体：对热熔胶性能起关键作用，赋予其必要的胶接强度和内聚强度。并决定胶的结晶、粘度、拉伸强度、伸长率、柔韧性等性能。增粘剂：是降低热熔胶的熔融粘度，提高其对被胶接面的湿润性和初粘性，以达到提高胶接强度，改善操作性能及降低成本的目的。此外，还可以调整胶的耐热温度及晾置时间。蜡类：降低热熔胶的熔点和熔融粘度，改善胶液的流动性和湿润性，降低成本。抗氧化剂：防止热熔胶在长时间处于高的熔融温度下发生氧化和热分解。增塑剂：加快熔融速度，降低熔融粘度，改善对被胶接

18、物的湿润性，提高热熔胶的柔韧性和耐寒性。填料：降低热熔胶的收缩性，防止对多孔性被胶接物表面的过度渗透，提高热熔胶的耐热性和热容量，延长可操作时间，降低成本。二、几种主要热熔胶的应用。1 .乙烯一醋酸乙烯酯型热熔胶粘剂：大量应用于纸盒、书籍无线装订、木材积层板制作和木工封边、无纺布制作等。该热熔胶在车辆方面可用于坐椅、车灯和尾灯等的组装。2 .聚酯型热熔胶粘剂：可用于金属、织物、薄膜、塑料的粘接，广泛应用于制鞋、服装、电器、建筑等行业。3 .聚酰胺热熔胶粘剂：聚酰胺的高胶接强度，尤其是其良好的耐化学品性，使其在纤维织物粘接领域占有相当市场。4 .聚氨酯热熔胶粘剂：可用于纺织、制鞋、书籍无线装订、

19、食品包装、木材加工、建筑、汽车构件粘接等。三、对增粘剂的要求。(1)必须与基本聚合物有良好的相容性；(2)对被胶接物有良好的粘附性；(3)在热熔胶的熔融温度下有良好的热稳定性。增粘剂的用量为基本聚合物质量的20150%。四、软化点，晾置时间，固化时间。软化点：是指以一定形式施以一定负荷，并按规定升温速率加热到试样变形达到规定值的温度。晾置时间：是指热熔胶从涂布到冷却失去润湿能力前的时间，即可操作时间。固化时间：是指热熔胶涂布后从两个粘接面压合到粘接牢固的时间。7橡胶胶粘剂一、氯丁橡胶胶粘剂的主要成分及作用。一般的氯丁橡胶胶粘剂是由氯丁橡胶、硫化剂、树脂、防老剂、溶剂、填充剂、促进剂等组成。（一

20、）、氯丁橡胶由氯丁二烯经乳液聚合反应而制得。CH2C=CH-CH2-|n影响因素分子量：越大，门尼粘度越大，炼胶时不易包辐。过大，配成溶液的粘度过大，使涂布性能变差。结晶性：结晶化速度快，初期胶接强度高；太快，适用期缩短，胶层柔软性变差。氯丁橡胶分子量和结晶性应进行适当控制。（二）、硫化剂硫化剂是促使橡胶（生胶）发生硫化反应（即交联反应）的物质。最常用的硫化剂是氧化锌和氧化镁。氧化镁以轻质氧化镁为好，氧化锌应选用橡胶专用的氧化锌。氧化镁的主要作用是吸收氯丁橡胶在老化过程中放出的氯化氢气体，是一种有效的稳定剂，也有硫化作用。同时，氧化镁与树脂反应可防止胶粘剂的沉淀分层，避免胶料在混炼过程中发生焦

21、烧现象。用量：氧化镁为氯丁橡胶重量的4-8%,氧化锌为5-10%。（三）、防老剂作用：防止橡胶分解，改善耐老化性能。（四）、溶剂溶剂使胶液具有合适的工作粘度和固体含量。（五）、酚醛树脂加酚醛树脂的目的是为了增加胶的极性，提高胶合性能，同时还能提高胶的耐热性。（六）、填料用于改善操作性能，降低成本和减少体积收缩率。但加入一般的填充剂会引起胶着力下降，所以常用补强性填充剂。8聚氨酯胶粘剂甲苯二异氟酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氟酸酯(MDI)一、聚氨酯结构对性能影响。(1)软段的影响聚酯型PU具有较高的强度、硬度、粘附力、抗热氧化性；聚醒型PU具有较好的柔顺性，优越的低温性能，较好的耐水性；聚酯和

22、聚醛中侧基越小、触键或酯键之间亚甲基数越多、结晶性软段分子量越高，PU结晶性越高，机械强度和胶接强度越大。(2)硬段的影响对称性的二异氟酸酯(MDI)制备的PU具有较高的模量和撕裂强度；芳香族异氟酸酯制备的PU强度较大，抗热氧化性能好；二元胺扩链的PU具有较高的机械强度、模量、粘附性和耐热性，且较好的低温性能。二、试述聚氨酯胶粘剂的胶接机理，与木材胶接产生胶接力的主要原因是什么？胶接机理：(1)异氟酸酯基与基材活泼氢反应形成化学键胶接；(2)异鼠酸酯树脂与基材含氧、氮等的大极性基团形成氢键结合；(3)在多孔材料中形成机械胶接；(4)在橡胶和部分塑料形成过渡层胶接。与木材胶接：这一类基材具有一定

23、的吸湿率，并常含有醛键、酯键等极性键及较基、羟基等。羟基和水容易与异氟酸酯基反应形成牢固的氨酯基和月尿基等化学键；基材的极性基团与胶中的极性基团形成氢键。另外，这些基材都是多孔性材料，胶粘剂容易渗入，形成机械胶接。因此异氟酸酯胶粘剂对这一类材料能形成牢固的胶接。三、水性高分子异氟酸酯胶粘剂的组成。水性高分子一异氟酸酯胶粘剂是由水溶性高分子(PVA),乳胶(SBREVA等)，填料(通常为碳酸钙粉末)为主要成分的主剂，和多官能团的异氟酸酯化合物为主要成分的交联剂所构成。四、写出异氟酸酯与水、聚乙烯醇、月尿、多元醇之间的化学反应式。OIIR-NCO+ROHR-NHCOR'OR-NCO+H2O

24、|RNHCOHR-NH2+CO2IOIIR-NCO+R-NH2RNHCNHR'nO=C=NRN=C=O+nHOR'-OHOOrII"1一一CNHRNHC-O-R'O,聚聚聚聚聚聚R-NCO+R'-NH>OIIRNHJN4R'OOR-NCO+R'COOHR-NH-COCR'OIItR-NH-CR'+CO2IOIIRNCO+RNHCOR'oJcCIONHROR'1 .环氧值，环氧当量。环氧值：每100克环氧树脂中所含环氧基物质的量。环氧当量：含有imol环氧基的环氧树脂的质量克数。2 .双酚A型环氧树脂

25、合成原理。环氧氯丙烷与双酚A在氢氧化钠存在下，进行缩聚而成。2CH2CHCH2On+iHOROH+in+2CH2CHCH2Cl+:n+2NaOH+n+2NaCl+:n+2此。3.双酚A型环氧树脂的大分子结构特征。特征：(1)大分子的两端是反应能力很强的环氧基；(2)分子主链上有许多醍键，是一种线型聚醍结构；(3)n值较大的树脂分子链上有规律地、相距较远地出现许多仲羟基，可以看成是一种长链多元醇；(4)主链上还有大量苯环、次甲基和异丙基。各结构单元赋予树脂以下功能：环氧基和羟基赋予树脂反应性，使树脂固化物具有很强的内聚力和胶接力；醒键和羟基是极性基团，有助于提高浸润性和粘附力；醒键和C-C键使大

26、分子具有柔韧性；苯环赋予聚合物以耐热性和刚性。四、环氧树脂的固化。固化剂的准备：常用环氧树脂固化剂有脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚酰胺、酸酎、树脂类、叔胺，另外在光引发剂的作用下紫外线或光也能使环氧树脂固化。常温或低温固化一般选用胺类固化剂，加温固化则常用酸酎、芳香类固化剂。固化原理：1.有机胺类固化环氧树脂反应五、胺类和酸酎类固化环氧树脂原理及用量计算。2.酸酎类固化环氧树脂反应CHO-CH：CHOH*RNCH2CHOCH2CH+2CH2CHOR一N-CH2CH廿OHR-NH-CH2CHOH+CH2CHOR-N-CH2CHOHRNHCH2CHIOHRNH2+CH2CH'o'一、不

27、饱和聚酯胶粘剂的配方组成1 .不饱和聚酯不饱和聚酯是由不饱和多元酸（酸酊）或饱和的二元酸（酸酊）与饱和二元醇进行缩聚制备而成。不饱和聚酯在交联前后的性质可以实现多变性。这种多变性取决于二个因素：二元酸的类型及数量；二元醇的类型。2 .交联剂由酯化反应制得的线型缩聚产物一般是与活性稀释剂，也称交联剂（例如苯乙烯）混溶制成树脂。交联剂的作用和选择条件：能溶解和稀释不饱和聚酯，并参加共聚反应，生成网状交联产物；能以一定速度与聚酯共聚；对固化后的不饱和聚酯的性能有改进；挥发性低，低毒或无毒；来源丰富，制备容易、价格低。3 .引发剂作用：在一定条件下产生自由基而引发不饱和聚脂树脂中的双键与交联剂反应。为了安全，一般都与增韧剂配成糊状物使用：4 .促进剂一般的过氧化物分解的活化能较高，需要加入促进剂构成氧化一还原体系，使其分解活化能较低，可以室温下固化不饱和聚酯树脂胶粘剂。促进剂有三种类型，有机金属化合物、叔胺和硫醇类化合物。常用的促进剂是有机金属化合物环烷酸钻和蔡酸钻。有机金属化合物的促进剂还可以通过第二种促进剂强化，例如N,N-二甲基苯胺与环烷酸钻配合，能