建筑結(jié)構(gòu)膠種類和使用

1、 建筑結(jié)構(gòu)膠綜述1. 膠粘劑的概述1.1概述：膠粘劑又稱粘合劑、粘結(jié)劑，是一種具有優(yōu)良粘合性能的物質(zhì)。它能在兩種物體表面之間形成薄膜，使之粘結(jié)在一起，其形態(tài)通常為液態(tài)和膏狀。膠粘劑的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，涉及建筑、包裝、航天、航空、電子、汽車、機械設(shè)備、醫(yī)療衛(wèi)生、輕紡等國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。1.2發(fā)展歷史1.2.1早在數(shù)千年之前人類就已經(jīng)開始使用粘土和淀粉以及松香當(dāng)作膠粘劑來使用。兩千年前的秦朝用糯米漿與石灰作砂漿粘合長城的基石，使萬里長城成為中華民族偉大文明的象征之一。1.2.2秦俑博物館中出土的大型彩繪銅車馬的制造中，用了磷酸鹽無機膠黏劑。1.2.3 公元前2000年東漢時期用糯米漿糊制成棺木密

2、封膠，配以防腐劑，使馬王堆古尸出土?xí)r肌肉及關(guān)節(jié)仍有彈性,足見中國膠結(jié)技術(shù)之高超。到上世紀(jì)初，合成酚醛樹脂的發(fā)明，開創(chuàng)了膠粘劑的現(xiàn)代發(fā)展史。目前，與合成高分子材料的產(chǎn)量比較，膠黏劑只占第五位，但年增長速度則居第一。目前，膠黏劑的應(yīng)用已滲入到國民經(jīng)濟中的各個部門,成為工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的技術(shù)，在高技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用也十分廣泛。1.2.4 汽車結(jié)構(gòu)件粘接1.2.5 粘結(jié)劑在航天領(lǐng)域的使用，由原來的非結(jié)構(gòu)件到結(jié)構(gòu)件再到受力件甚至整個機體運用的越來越廣泛。2. 膠粘劑的組成和分類2.1 膠粘劑的組成膠粘劑一般多為有機合成材料，通常是由粘結(jié)料、固化劑、增塑劑、稀釋劑及填充劑和改性材料等原料經(jīng)配制而成。粘結(jié)料

3、： 粘結(jié)料也稱粘結(jié)物質(zhì)，是膠粘劑中的主要成分，它對膠粘劑的性能， 如膠結(jié)強度、耐熱性、韌性、耐介質(zhì)性等起決定作用。固化劑：固化劑是促使粘結(jié)料進行化學(xué)反應(yīng)，加快膠粘劑固化產(chǎn)生膠結(jié)強度的一種物質(zhì)。增塑劑： 增塑劑也稱增韌劑，它主要是可以改善膠粘劑的韌性，提高膠結(jié)接頭的抗剝離、抗沖擊能力以及耐寒性等。稀釋劑：稀釋劑也稱溶劑，主要對膠粘劑起稀釋分散、降低粘度的作用，使其便于施工，并能增加膠粘劑與被膠粘材料的浸潤能力，以及延長膠粘劑的使用壽命。填充劑：填充劑也稱填料，一般在膠粘劑中不與其他組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。其作用是增加膠粘劑的稠度，降低膨脹系數(shù)，減少收縮性，提高膠結(jié)層的抗沖擊韌性和機械強度。改性劑：改性

4、劑一般為了改善膠粘劑某一方面的性能。2.2 按強度特性分類結(jié)構(gòu)型膠粘劑：膠結(jié)強度高，至少與被膠結(jié)物本身的材料強度相當(dāng)。需耐油、耐熱、耐水、耐腐蝕等。非結(jié)構(gòu)型膠黏劑：有一定的強度，但不能承受較大的力，只起定位作用。次結(jié)構(gòu)型膠黏劑：其物理力學(xué)性能介于上述兩者之間。2.3 按固化條件分類溶劑型：涂于表面，揮發(fā)后形成粘合膜發(fā)揮粘結(jié)力。如聚苯乙烯、丁苯。反應(yīng)型：分室溫固化膠粘劑、低溫固化膠粘劑、高溫固化膠粘劑、光敏固化膠粘 劑、電子束固化膠粘劑等，如環(huán)氧樹脂、酚醛、硅橡膠等。熱熔型：通過加熱熔合，經(jīng)冷卻揮發(fā)后形成粘結(jié)力。如：松香、蟲膠、石蠟。3. 常用結(jié)構(gòu)膠粘劑的品種、特性及應(yīng)用3.1 環(huán)氧樹脂膠粘劑環(huán)

5、氧樹脂膠粘劑（俗稱“萬能膠”）品種很多，目前產(chǎn)量最大、使用最廣的為雙酚A醚型環(huán)氧樹脂，是以二酚基丙烷和環(huán)氧烷在堿性條件下縮聚而成，再加入適量的固化劑，在一定條件下，固化成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的固化物并將兩種被粘物體牢牢粘結(jié)為一整體。環(huán)氧樹脂膠的特性（1)粘結(jié)強度高，與大多數(shù)材料具有優(yōu)良的粘附性；可用不同固化劑在室溫或加溫條件下固化；(2)不含溶劑，能在接觸壓力下固化，反應(yīng)過程中不放出小分子，收縮率小。(3)固化后產(chǎn)物具有良好的耐腐蝕性、電絕緣性、耐水性、耐油性等。（4）和其他高分子材料及填料的混溶性好，便于改性。針對環(huán)氧樹脂的脆性，常用適當(dāng)分子質(zhì)量的聚合物為增韌劑。增加其韌性，提高其膠接強度。在環(huán)氧樹脂分

6、子主鏈引入耐溫樹脂鏈，提高其耐溫性。缺點：（1）不增韌時固化物一般偏脆、抗剝離、抗開裂、抗沖擊性能差（2）對極性小的分子（聚乙烯、聚丙烯）以及油性金屬粘結(jié)能力差。（3）具有不同程度的毒性和刺激性，施工操作時應(yīng)該注意通風(fēng)和防護。（4） 固化放熱，耐候性一般。3.2 聚氨酯膠粘劑優(yōu)點：優(yōu)良的粘接性能、對多種基材的粘接適應(yīng)性、韌性可調(diào)節(jié)、 粘合工藝簡便、優(yōu)良的穩(wěn)定性。耐疲勞能力好、具有較好的靈活性，耐低溫性特別好,相對來說價格很低。缺點： 固化時間慢，毒性較大，粘結(jié)性能相對環(huán)氧樹脂來說強度較低，耐高溫性能差，保存期限較短。應(yīng)用范圍:比較適用于塑料和橡膠材料的粘結(jié)。（制鞋業(yè)等）3.3 丙烯酸酯類膠粘劑

7、膠可分為兩種類型：一類是熱塑性聚丙烯酸酯，或丙烯酸酯與其他單體的共聚物類膠粘劑，稱為非反應(yīng)性的膠粘劑；另一類是反應(yīng)性丙烯酸酯類膠粘劑，膠接時經(jīng)化學(xué)反應(yīng)而固化。3.3.1 非反應(yīng)型代表膠粘劑為-氰基丙烯酸系膠粘劑，俗稱“萬能膠”，市場上出售的501膠、502膠、504膠就屬于該系列。對金屬和非金屬材料均有很高的粘接強度，可用手工或機械施工，使用方便。缺點：抗沖擊性差，耐熱性，耐久性，耐水耐潮性能相差。只能在70-80以下使用。固化速度太快，難以大面積粘結(jié)。存儲時間短，大約半年時間。無毒但是對人體黏膜有傷害。3.3.2反應(yīng)型丙烯酸酯類膠粘劑優(yōu)點：抗剝離強度高，剪切強度高，抗沖擊性能好。缺點：耐溶劑

8、性能低，耐溫性低。有刺激性氣味，較脆，有稍微毒性。4. 對于FRP管材與鋼管膠接膠粘劑的選用4.1 FRP管連接試驗要求1. 粘結(jié)強度：環(huán)氧樹脂丙烯酸酯膠聚氨酯膠粘劑。三種膠水膠粘劑都可以滿足要求，優(yōu)先選擇環(huán)氧樹脂膠粘劑。2. 剝離強度：環(huán)氧樹脂聚氨酯丙烯酸酯 優(yōu)先選擇環(huán)氧樹脂膠粘劑。3.3. 耐腐蝕耐溶劑性能：環(huán)氧樹脂膠粘劑丙烯酸酯膠粘劑聚氨酯膠粘劑，優(yōu)先選擇環(huán)氧樹脂膠粘劑。4.4. 抗沖擊性與韌性：環(huán)氧樹脂膠粘結(jié)劑聚氨酯膠粘劑丙烯酸酯膠粘劑，優(yōu)先選擇環(huán)氧樹脂膠。5.5.耐溫范圍：環(huán)氧樹脂膠膠粘劑丙烯酸膠粘劑聚氨酯膠粘劑，優(yōu)先選擇環(huán)氧樹脂膠粘劑。綜上訴述環(huán)氧樹脂膠粘劑是FRP管材與鋼管膠結(jié)最

9、合適一種膠水，確定為環(huán)氧樹脂膠粘劑。 性能對比性能單組份環(huán)氧樹脂雙組分環(huán)氧樹脂丙烯酸酯聚氨酯氰基丙烯酸酯搭接剪切強度-金屬高高中低中搭接剪切強度-塑料中中高中高搭接剪切強度-油性金屬低低高低低剝離強度高高中中低抗沖擊與韌性較高較高較低中低耐溫范圍高高中低低耐溶劑性高高中低較低保存期限低高中低較高安全性中中低低中5. 3M scotch-Weld Epoxy Adhesives DP-460環(huán)氧樹脂膠粘劑性能介紹產(chǎn)品性能 3M DP-460顏色灰白色配合比2:1使用期限1h邵氏硬度75-80鋁與鋁搭接強度31Mpa銅與銅重疊剪切強度27.579Mpa不銹鋼重疊剪切強度27.579Mpa冷軋鋼重疊

10、剪切強度24.13Mpa鍍鋅鋼重疊剪切強度13.789Mpa 鋁與鋁在不同溫度下的重疊剪切強度溫度剪切強度-55 31Mpa23 31Mpa82（15min）4.826Mpa82(30min）6.894Mpa82（60min）9.652Mpa82（4h）17.236Mpa121(15min)1.516 Mpa鋁材料膠結(jié)抗剝離測試（膠層厚度0.43mm）溫度DP-460-555-10KN/m2360KN/m823-5KN/m材料/膠層厚度DP-460鋁（0.43mm）60KN/m鋁（0.2mm）50KN/m冷軋鋼（0.43mm）40KN/m冷軋鋼（表面化學(xué)侵蝕/膠層0.43mm）25KN/m鋁材

11、料重疊膠結(jié)抗腐蝕性能環(huán)境條件重疊剪切強度23/50RH30d35.85Mpa水蒸汽49/100RH,30d93/100RH,14d31Mpa21.37Mpa蒸餾水23， 沉浸30d，35.16Mpa異丙醇23，30d，沉浸39.3Mpa甲基乙酮23,30d，沉浸28.957Mpa鹽霧測試(5)35,30d35.16Mpa特種液壓油66,30d，沉浸25.5Mpa 6. 影響膠粘劑剪切強度因素6.1 膠粘劑的剪切強度，是表征膠接強度的重要指標(biāo)，也是膠粘劑力學(xué)性能的最基本的測試項目之一。為使膠粘劑與被粘物緊密粘附并具有足夠高的強度，首要條件是膠粘劑應(yīng)與被膠物緊密接觸，使膠接表面能被膠粘劑充分浸潤，

12、此外還必須形成粘接力。膠粘劑的潤濕性和粘接力不僅與膠粘劑本身的主體分子結(jié)構(gòu)、組成成分及配方等因素有關(guān)，還與其膠接工藝關(guān)系密切，尤其要關(guān)注粘接時的表面處理工藝、涂膠厚度、涂膠后晾置時間等。6.1.1 膠粘劑對膠結(jié)強度的影響(1) 膠粘劑本身的膠結(jié)剪切強度要高，通過計算要滿足膠結(jié)強度的要求。(2)膠粘劑彈性模量低時,膠層中的剪應(yīng)力小而接頭邊緣會產(chǎn)生相對的應(yīng)力集中,膠粘劑彈性模量增高時,接頭邊緣處應(yīng)力減小而膠層中剪應(yīng)力增大。(3) 膠粘劑的厚度能夠影響膠焊接頭的應(yīng)力幅值:膠粘劑厚度較大時,膠層中的剪應(yīng)力值小,在接頭處會存在較大的應(yīng)力集中;膠粘劑厚度減小時,接頭邊緣處應(yīng)力減小而膠層中剪應(yīng)力增大。(4)

13、 在不引起過大的應(yīng)力集中和膠層中不產(chǎn)生大的缺陷且膠接工藝不復(fù)雜化的條件下,膠粘劑中采用易變形的膠粘劑對提高膠接接頭的承載能力有利,此時應(yīng)選擇低彈性模量的膠粘劑和較厚的膠層厚度。6.1.2表面處理對結(jié)構(gòu)膠剪切強度的影響膠接接頭是由被粘金屬、表面膜和膠粘劑共同組成的復(fù)合系統(tǒng)。在生產(chǎn)和工藝條件允許的情況下，為盡可能地提高膠接接頭的性能，常需對膠結(jié)材料表面進行各種表面處理，對于金屬材料膠結(jié)表面處理可以采用磷化液磷化處理，通過處理使這些金屬表面磷化膜完整，有分布均勻的細(xì)小裂紋，孔洞較多切分布均勻，顯然這些有利于膠粘劑的潤濕、有利于膠粘劑中的分子滲透到微孔中去，從而提高膠接接頭的強度。也可以采用打磨增加金

14、屬表面粗糙程度來增加膠結(jié)面積來提高剪切強度。6.1.3不同膠層厚度對結(jié)構(gòu)膠剪切強度的影響膠層厚度并非越厚越好，剪切強度反而是隨著膠層厚度的增加而降低。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因是：1）隨著膠層厚度的增加，膠層內(nèi)部缺陷（氣孔、裂縫等）呈指數(shù)關(guān)系迅速增加，導(dǎo)致內(nèi)聚強度迅速下降。膠層也不是越薄越好膠層越薄導(dǎo)致實際涂膠不均勻與膠層厚度大相比更容易造成應(yīng)力集中這是由于膠層太薄導(dǎo)致實際涂膠不易均勻,并且與膠厚較大的劈裂接頭相比,應(yīng)力集中更加明顯的緣故,導(dǎo)致膠接質(zhì)量不高;然而膠層過厚時膠層中實際缺陷(比如氣孔等)相對于較薄膠層更易于產(chǎn)生,從而影響了膠接質(zhì)量。6.1.3 膠結(jié)完成的晾至?xí)r間的長短結(jié)構(gòu)膠完全固化好對于不

15、同結(jié)構(gòu)膠晾至?xí)r間也不同，需要根據(jù)說明放置足夠長的時間等到膠粘劑完全凝固。比如試驗使用的3M-DP460需要48小時能夠達(dá)到基本固化。如果沒有等到膠粘劑完全固化會影響膠結(jié)的質(zhì)量。7 膠結(jié)接頭的耐久性的影響因素7.1 水由于水分子具有體積小，極性很大的特點；可以沿著親水性金屬氧化物的表面滲透到整個膠結(jié)界面，并取代膠粘劑分子在金屬表面的物理吸附，易使膠粘劑的材料表面發(fā)生剝離，從而導(dǎo)致膠結(jié)強度下降。其次，水能滲入到幾乎所有的聚合物本體中，并與聚合物本體發(fā)生倆種作用；一是水分子可以使聚合物本體發(fā)生增塑作用，并導(dǎo)致膠接接頭強度以及其他物理性能下降；二是在聚氨酯和聚酯等聚合物中，水還能使高分子鍵斷裂，引起聚

16、合物降解。7.2 溫度高溫或者低溫環(huán)境易使得一些高分子材料發(fā)生降解或者交聯(lián)反應(yīng)。使得膠接接頭的強度受到影響，同時引起膠粘劑發(fā)生物理變化和化學(xué)變化使得膠結(jié)接頭老化失效。7.3 光照光照含有多種類型的光譜，其中紫外線對高分子材料的大氣老化作用最為明顯，紫外線照射會使化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，使得高分子材料老化加速，使得力學(xué)性能和耐久性能降低。7.4被粘結(jié)試件由于水對金屬氧化物基體侵蝕易使得膠粘劑和金屬表面的物理吸附力下降，使得膠接接頭強度降低。因此被粘結(jié)件性能對膠結(jié)接頭的耐久性影響尤為顯著。8 改善膠結(jié)接頭耐久性的措施膠結(jié)接頭的失效形式有三種：內(nèi)聚破壞、界面破壞以及混合破壞。要想增加膠結(jié)接頭的耐久性，必須延緩街頭的破壞。因此涉及到耐久性的改善，主要有倆部分：（1） 表面預(yù)處理要想使膠接接頭具有良好的耐久性，粘結(jié)材料表面預(yù)處理是一個重要的方法。經(jīng)過