膠粘劑分類粘結(jié)原理

1、Company LOGO3.1 膠粘劑的定義及特點v膠粘劑（黏合劑）膠粘劑（黏合劑）eltadhesive： a定義：靠界面間作用使各種材料牢固地粘接 在一起的物質(zhì)。vb膠粘劑的組成膠粘劑的組成： 第三章 膠粘劑固化劑和固化促進劑 粘料 增塑劑和增韌劑 偶聯(lián)劑 和其他助劑 稀釋劑 填料 組成c膠粘劑的分類vc膠粘劑的分類：膠粘劑種類繁多，組分各異，有多種分類方式。1、按物理形態(tài)分類： 水溶液型、溶液型、乳液（膠乳）型、無溶劑型、固態(tài)型、膏狀或糊狀。 2、按化學成分分類： 1）無機膠粘劑 2）有機膠粘劑 3、按來源分類 1）天然膠粘劑 2）合成膠粘劑 第三章 膠粘劑d.膠粘劑的性能耐溫性低污染性

2、粘接無破壞性輕質(zhì)性第三章 膠粘劑e.膠粘劑的應用 第三章 膠粘劑防腐蝕 用于軍事領(lǐng)域 用作生物醫(yī)用 防恐反恐 膠粘劑除有傳統(tǒng)的粘接用途，還有一些新的、巧妙的應用。 f.膠粘劑發(fā)展趨勢v 1）發(fā)展無溶劑性膠粘劑 現(xiàn)行的許多膠粘劑都含有大量揮發(fā)性很強的溶劑,這些溶劑不僅危害人的身心健康,而且會破壞大氣層中的臭氧層。近年來,引起了公眾和政府的高度重視,這樣自然給膠粘劑工業(yè)帶來了一種新的發(fā)展趨勢,即向無溶劑的膠粘劑發(fā)展。 v 2)發(fā)展納米膠粘劑 納米膠粘劑是材料領(lǐng)域的重要組成部分,發(fā)展納米膠粘劑,有可能在席卷全球的“納米經(jīng)濟”急戰(zhàn)中,搶奪一個技術(shù)制高點。納米膠粘劑將成為一顆耀眼的新的科技明星。v 3)

3、發(fā)展多功能膠粘劑 當一種膠粘劑同時具有多種功能的時候,它的應用價值往往陡增,所以多功能膠粘劑是膠粘劑工業(yè)的發(fā)展趨勢之一。v 4)發(fā)展軍事、國防用膠粘劑 發(fā)展軍事、國防用膠粘劑是未來戰(zhàn)爭和防恐、反恐的需要,因此它必定有著長足發(fā)展。第三章 膠粘劑第三章 膠粘劑相關(guān)定義v膠接接頭（adhesive joint）：通過膠粘劑而得到的組件。v被粘物（adherends）：接頭中除膠粘劑外的固體材料。v粘結(jié)（adhesion）：膠粘劑把被粘物所受的載荷傳遞到膠接接頭的現(xiàn)象。v粘附力（practical adhesion）：強度由被粘物和膠粘劑的力學性能決定。第三章 膠粘劑膠粘劑的固化v固化：通過適當方法使

4、膠層由液態(tài)變成固態(tài)的過程。熱熔膠的固化溶液型膠的固化增塑糊型膠粘劑的固化按按固固化化方方式式反應型膠粘劑的固化乳液型膠的固化第三章 膠粘劑3.3 粘結(jié)接頭的設(shè)計v1 接頭及其受力情況：相當復雜，主要機械力剪切力不均勻扯離力剝離力拉伸力第三章 膠粘劑接頭形式選擇原則2 接頭形式選擇原則：v 膠層承受剪切力和拉伸力， 避免剝離力和不均勻扯離力。v 增加粘結(jié)面積v 防止層間剝離v 避免應力集中v 膠層均勻v 加工容易，方便第三章 膠粘劑粘結(jié)接頭類型v粘結(jié)接頭類型：型樣各異，變化多端對接接頭（butt joint）斜接接頭（scarf joint）搭接接頭（lap joint）套接接頭（dowel j

5、oint)第三章 膠粘劑3.2 粘接原理v吸附理論v膠接作用是膠粘劑分子與被膠接物分子界面發(fā)生吸附作用。（物理吸附和化學吸附）v特點：1. 范德華力和氫鍵力2. 具有熱力學平衡3. 根據(jù)膠接功可計算膠接強度4. 潤濕影響膠接強度第三章 膠粘劑偶極力：極性分子間的引力，即偶極距間的相互作用力。式中： 偶極矩R距離；T絕對溫度K波爾茲曼常數(shù)KTRuuEk622213221,uu誘導偶極力：由于受到極性分子電場的作用而產(chǎn)生的。式中： 分子極化率； 偶極矩（永久，誘導）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華力色散力：非極性分子間的作用

6、力。式中： 分子電離能621212123RaaIIIIEL21,II第三章 膠粘劑吸附理論v吸附理論認為膠接過程分兩個階段v第一階段：膠粘劑分子通過布朗運動，向膠接物體表明移動擴散，使二者的極性基團或分子鏈段互相靠近。v第二階段：吸附力產(chǎn)生。作用能E如下IkTRE224683)3/(2第三章 膠粘劑試中： 分子偶極矩；I分子電離能；R分子間距離 極化率；k波耳茲蔓常量；T熱力學溫度出處：Hofrichter C H.Ind.Eng.Chem,1948,40:物質(zhì)的極性有利于獲得高膠接強度，但過高會妨礙濕潤過程的進行膠粘劑與被膠接材料表面間的距離是產(chǎn)生膠接力的必要條件膠接體系內(nèi)分子接觸區(qū)（界面）

7、的稠密程度是決定膠接強度的主要因素膠粘劑濕潤被膠接材料的表面產(chǎn)生物理吸附第三章 膠粘劑吸附理論：1. 解釋不了膠粘劑與被膠粘物之間的膠接力大于膠粘劑本身的強度。2. 解釋不了膠接強度大小與分子間的分離速度關(guān)系。3. 解釋不了對于高分子化合物極性過大，反而膠接強度降低。4. 解釋不了水的影響。第三章 膠粘劑靜電理論v該理論認為：在膠接接頭中存在雙電層，膠接力來自雙電層的靜電引力。v膠接功等于電容器瞬間放電的能量，計算公式如下：hQWA22WA膠接功；Q電荷表面密度；h放電距離；介質(zhì)的介電常數(shù)前蘇聯(lián)：Mcbain J W.J Phys Chem，1926，30：114第三章 膠粘劑將被膠接材料和固

8、化的膠粘劑層理想化為電容器，即在膠接將被膠接材料和固化的膠粘劑層理想化為電容器，即在膠接接頭中存在雙電層，膠接力主要來自雙電層的靜電引力。靜接頭中存在雙電層，膠接力主要來自雙電層的靜電引力。靜電引力的產(chǎn)生是相電引力的產(chǎn)生是相1 1電荷場相電荷場相2 2電荷場相互作用的結(jié)果。電荷場相互作用的結(jié)果。成功地解釋了粘附功與剝離速度有關(guān)的實驗事實 靜電引力（K+Na+。v應用：金屬、陶瓷、玻璃、石材、包裝箱等多種物質(zhì)的粘接，以及有耐熱、防火要求的材質(zhì)的粘接。v最常見硅酸鈉，即水玻璃，n=3.2-3.4，對木材、紙張有良好的粘接。2.天然膠粘劑A 天然膠粘劑是指由天然有機物制成的膠粘劑v 優(yōu)點：原料易得，

9、使用方便v 缺點：粘接力和耐水性等方面均不如合成膠粘劑B 分類v 按原料來源分：礦物膠、動物膠、植物膠v 按組成分：淀粉、動植物蛋白、纖維素、天然樹脂 第三章 膠粘劑天然膠粘劑（例1淀粉）例1： 淀粉膠粘劑v 淀粉：是有許多葡萄糖結(jié)構(gòu)單元（C6H10O5）互相連接而成的多糖類聚合物，為粒狀。v來源：植物中的種子、果實、葉、塊莖、球莖中都會有大量的淀粉。v淀粉分離：溶解于冷水中先膨脹或溶脹，再干燥成粒狀分離。v 淀粉直接糊化粘接性能很低，直接用途就有限，所以在工業(yè)中廣泛使用淀粉基膠粘劑一般通過淀粉的降解轉(zhuǎn)化或化學改性制得。 第三章 膠粘劑v常用轉(zhuǎn)化用配合劑有增塑劑、液化劑/溶膠化劑、填料、硼砂、

10、保鮮劑等。A增塑劑：甘油，二醇類，大豆油，葡萄糖，果汁。v 用途：控制膠合成的脆性或調(diào)節(jié)干燥速度。B液化劑：氯化鈣，尿素，硝酸鈉，乙酰胺等。v 用途：降低粘度，或控制膠粘時間與干燥速度的助劑，用量5-20%C 填料：粘土，磷酸鈣，二氧化鈦等v 用途：控制與多孔性莖材相關(guān)連的滲透性，也可控制淀粉類膠粘劑的固化。用量5-50%D 保鮮劑：甲醛，硫酸銅，硫酸鋅，苯甲酸鹽等。v 用途：殺菌、防霉作用。但要注意毒性，用量0.2-1% 第三章 膠粘劑vE 硼砂：（四硼酸鈉）v 用途：增粘，提高膠的內(nèi)聚力和穩(wěn)定性v 原因：硼砂分子同淀粉的羥基相互作用或同游離水分子締合作用的結(jié)果。當加20%硼砂固化強度增大，

11、使操作速度快。v當加入苛性堿直到所有四硼酸鈉被轉(zhuǎn)化成偏硼酸鈉時，其粘結(jié)強度可進一步提高。如堿加過量，反而使粘度下降。 第三章 膠粘劑第三章 膠粘劑 例：紙箱用耐水膠粘劑v 配方：珍球狀玉米淀粉 36.3kg+227kgv 苛性鈉 6.8kgv 硼砂 10Molv 苛性堿 6.8kgv 脲醛樹脂（Casco樹脂PR-195） 20.4kgv 水 212+689kg工藝：1.初次混合：v 加水 49oC加熱 玉米淀粉 5分鐘+攪拌 硼砂 苛性鈉 15分鐘 + 攪拌 加冷水2.二次混合v 上述料加水 在38oC下加熱 加玉米淀粉 加脲醛樹脂3.用20-30分鐘A組分滴加劑 B組份中滴完至可攪拌15分

12、鐘，如太稠，再攪拌10分鐘檢測，如太稀，可用水稀釋 例2：紙板箱頂端和底部密封膠配方第三章 膠粘劑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 加熱到85oC（只使用夾套蒸汽），保溫20分鐘，冷卻到60oC并加入苛性鈉（40%溶） 10 甲醛 1v 攪拌 10分鐘 即可v 此膠黏度:10004000MP/S2之間v 可用水調(diào)節(jié)施工粘度。 天然膠粘劑（例2 骨膠）v骨膠：動物蛋白膠,（皮膠、魚膠）。.v制取工藝A，將動物骨骼在石灰水中浸泡，然后水洗，中和，最后加熱蒸煮，獲得浸出物，其直接脫水，干燥即將成品。B，將動物骨骼

13、粉碎，水洗后。放進裝有弱酸的壓力罐中，加熱反應器，并不斷向骨粉上噴灑熱水，從而使膠不斷析出，溶出的稀膠掖經(jīng)過濾去除脂肪酸及骨渣等副產(chǎn)物，干燥后即為成品骨膠。v骨膠：粒狀或粉狀，無臭味，顏色為淡黃至棕色。v使用：加水，熱溶，即可用。v應用：砂皮，皮，皮革，木材，織物，紙張的粘接。 第三章 膠粘劑3.合成聚合物膠粘劑v1、熱塑性樹脂膠粘劑 熱塑性高分子膠粘劑是以線型聚合物為粘料，很容易配制成溶液狀，乳液狀或熔融狀粘合劑進行粘接操作，使用方便。固化過程中不產(chǎn)生交聯(lián)反應，而是通過溶劑或分散介質(zhì)的揮發(fā)或熔體冷卻成為膠層、產(chǎn)生粘接力。v優(yōu)點：柔韌性、耐沖擊性、初粘力高、貯存穩(wěn)定性好等。v缺點：耐熱性、耐溶

14、劑性較差，膠接強度相對較低，常溫下往往有蠕變傾向。v 應用：非結(jié)構(gòu)件的膠粘，如紙張、木材、皮革、纖維制品等低受力物品的粘接。熱塑性聚酰胺、聚酯等也用于金屬、金屬與塑料、橡皮間的粘接。 第三章 膠粘劑熱塑性樹脂膠粘劑（之一）v聚醋酸乙烯酯膠粘劑：以醋酸乙烯為單體經(jīng)聚合得到一種熱塑性樹脂膠粘劑。v聚醋酸乙烯酯形成機理：自由基加聚反應v以硫酸銨為引發(fā)劑為例1 鏈引發(fā)第三章 膠粘劑v2 鏈增長第三章 膠粘劑v3 鏈終止第三章 膠粘劑v聚醋酸乙烯酯膠粘劑應用：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鄰苯二甲酸二丁酯 6辛醇 0.2過硫酸銨 適量第三章 膠粘劑聚醋酸乙烯酯乳液膠特點：

15、1.良好的操作條件2.常溫硬化膠，硬化速度快3.使用方便，不必加熱4.水為分散介質(zhì)，成本低缺點：1.耐水和耐濕性差2. 那熱性差，（4090oC）v聚醋酸乙烯酯溶液膠：由溶液聚合制得或?qū)⒐腆w聚合物溶解在溶劑中制成溶液。也靠溶劑揮發(fā)，達到一定強度。第三章 膠粘劑熱塑性樹脂膠粘劑（之二）聚乙烯醇及聚乙烯醇縮醛膠粘劑:制備：聚醋酸乙烯酯水解制聚乙烯醇，聚乙烯醇與醛類進行縮醛化反應得到聚乙烯醇縮醛膠粘劑。第三章 膠粘劑熱塑性樹脂膠粘劑（之二）v應用： 將聚乙烯醇和水在加熱下溶解可直接得到水溶性膠粘劑。通常命名用的聚乙烯醇牌號為PVA-1788，其醇解度為88%，平均聚合度為1700。若醇解度太低水溶性

16、不好，醇解度太高則容易結(jié)晶，粘合效果下降。因聚乙烯醇膠粘劑價格低、無毒、主要用于紙品的粘接和辦公用品中的漿液。 v例：107膠 主要成分為低縮醛度的聚乙烯醇縮甲醛。第三章 膠粘劑熱固性樹脂膠粘劑v熱固性樹脂膠粘劑是以中低分子量、且含有高反應性基團的聚合物為粘料的膠粘劑，在加熱（或/和固化劑）作用下，聚合物之間發(fā)生交聯(lián)反應，形成不溶不熔的膠層。v特點：聚合物分子量小易擴散滲透，粘接力強，膠層耐熱性、耐蠕變性好。v缺點：但起始粘接力小，固化后易產(chǎn)生體積收縮和內(nèi)應力，使膠接強度下降，所以在往往需加壓、加入填料來彌補這些不足。 第三章 膠粘劑熱固性樹脂膠粘劑（種類）v熱固性高分子膠粘劑主要有（常溫固化

17、或加熱）v1）氨基樹脂膠粘劑 2）酚醛樹脂膠粘劑3）環(huán)氧樹脂膠粘劑 4）熱固性丙烯酸樹脂膠粘劑5）芳雜環(huán)聚合物膠粘劑6）聚氨酯膠粘劑7）不飽和聚酯膠粘劑8）脲醛樹脂膠粘劑9）壓敏膠粘劑 10）間苯二酚甲醛樹脂膠粘劑 11）三聚氰胺甲醛樹脂膠粘劑第三章 膠粘劑熱固性樹脂膠粘劑（之一）v酚醛樹脂膠粘劑1耐熱性價廉2性能較脆3金屬塑料木材特點缺點應用第三章 膠粘劑熱固性樹脂膠粘劑（之一）v1. 酚醛樹脂的合成及固化原理第三章 膠粘劑v固化（溫度150180oC，適當加壓0.3-1.5MP)第三章 膠粘劑v2 未改性酚醛樹脂v2.1 酚鋇樹脂，配方如下第三章 膠粘劑應用：木材，纖維板的膠接v 2.2

18、醇溶性酚醛樹脂膠例：2124型膠，配方如下 醇溶性酚醛樹脂 100 石油磺酸 180200 使用工藝與性能與酚鋇樹脂相同，但因為沒有游離的酚存在，毒性小。2.3 水溶性酚醛樹脂膠特點：游離酚含量小于2.5，對人體危害小，節(jié)省有機溶劑， 成本低。應用：高級膠合板，塑料等。固化溫度120145oC， 壓力0.292.06MP。第三章 膠粘劑v3 改性酚醛樹脂膠粘劑v改性目的：提高膠接韌性，耐介質(zhì)性v3.1 酚醛丁睛膠粘劑 酚醛樹脂主體 丁睛該性成分v配比為1：1較好v型號：J01， J03， J04， J015， J16等v3.2 酚醛聚乙烯醇縮醛膠粘劑特點A 耐低溫和較高溫度第三章 膠粘劑vB.

19、耐大氣老化vC.耐介質(zhì)vD.較佳配比約5：2第三章 膠粘劑v3.3 酚醛尼龍膠粘劑vSY7型配方：羥甲基尼龍 80酚醛樹脂 20乙醇 250膠接條件：壓力：0.3MP，溫度：155oC，時間：1小時固化第三章 膠粘劑熱固性樹脂膠粘劑（之二）v 環(huán)氧樹脂膠粘劑：由環(huán)氧樹脂、固化劑、促進劑、改性劑、稀釋劑、填料等組成的液態(tài)或固態(tài)膠粘劑。v 膠粘過程是一個復雜的物理和化學過程，包括浸潤、粘附、固化等步驟，最后生成三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)的固化物，把被粘物結(jié)合成一個整體。v 膠接性能(強度、耐熱性、耐腐蝕性、抗?jié)B性等)不僅取決于膠粘劑的結(jié)構(gòu)和性能以及被粘物表面結(jié)構(gòu)和膠粘特性，而且和接頭設(shè)計、膠粘劑的制備工藝和貯存

20、以及膠接工藝等密切相關(guān)，同時還受周圍環(huán)境(應力、溫度、濕度、介質(zhì)等)的制約。v 應用：由于環(huán)氧膠粘劑的粘接強度高、通用性強，曾有“萬能膠”、“大力膠”之稱。已在航空、航天、汽車、機械、建筑、化工、輕工、電子、電器以及日常生活等領(lǐng)域得到廣泛的應用。 第三章 膠粘劑v 環(huán)氧樹脂膠粘劑類型（分類方法尚未統(tǒng)一）1.按膠粘劑的形態(tài)分：A 無溶劑型膠粘劑、B (有機)溶劑型膠粘劑、C 水性膠粘劑(又可分為水乳型和水溶型兩種)、D 膏狀膠粘劑、E 薄膜狀膠粘劑(環(huán)氧膠膜)等 2.按固化條件分：(1)冷固化膠(不加熱固化膠)。又分為：低溫固化膠，固化溫度15；室溫固化膠，固化溫度15-40。(2)熱固化膠。又

21、可分為：中溫固化膠，固化溫度約80-120； 高溫固化膠，固化溫度150。(3)其他方式固化膠，如光固化膠、潮濕面及水中固化膠、潛伏性固化膠等第三章 膠粘劑v 2、按膠接強度分類v (1)結(jié)構(gòu)膠，抗剪及抗拉強度大，而且還應有較高的不均勻扯離強度，使膠接接頭在長時間內(nèi)能承受振動、疲勞及沖擊等栽荷。同時還應具有較高的耐熱性和耐候性。通常鋼-鋼室溫抗剪強度25MPa，抗拉強度33MPa。不均勻扯離強度40kN/m。v (2)次受力結(jié)構(gòu)膠，能承受中等載荷。通?？辜魪姸?7-25MPa，不均勻扯離強度20-50kN/m。v (3)非結(jié)構(gòu)膠，即通用型膠粘劑。其室溫強度還比較高，但隨溫度的升高，膠接強度下降

22、較快。只能用于受力不大的部位。v 3、按用途分類v (1)通用型膠粘劑。v (2)特種膠粘劑。如耐高溫膠(使用溫度150)、耐低溫膠(可耐-50或更低的溫度)、應變膠(粘貼應變片用)、導電膠(體積電阻率10-310-4cm)、密封膠(真空密封、機械密封用)、光學膠(無色透明、耐光老化、折光率與光學零件相匹配)、耐腐蝕膠、結(jié)構(gòu)膠等。v 此外也可按固化劑的類型來分類。有：如胺固化環(huán)氧膠、酸酐固化膠等。還可分為雙組分膠和單組分膠，純環(huán)氧膠和改性環(huán)氧膠(如環(huán)氧-尼龍膠、環(huán)氧-聚硫橡膠膠、環(huán)氧-丁腈膠、環(huán)氧-聚氨酯膠、環(huán)氧-酚醛膠、有機硅環(huán)氧膠、丙烯酸環(huán)氧膠等)。第三章 膠粘劑熱固性樹脂膠粘劑（之其它）v聚氨酯膠粘劑以多異氰酸酯和聚氨基甲酸酯為主體的膠粘劑統(tǒng)稱。v間苯二酚甲醛，