膠黏劑-膠合原理與膠粘劑

膠合原理與膠粘劑林學(xué)院：張曉燕

內(nèi)容提要：1膠粘劑的概念和分類2膠粘劑的發(fā)展簡史3膠粘劑在木材加工中的作用4膠粘劑的發(fā)展趨勢緒論

1膠粘劑的概念和分類概念:通過粘附作用，能使被膠接材料的表面緊密地膠合在一起的物質(zhì)叫膠粘劑。用膠粘劑把兩個(gè)被膠接物牢固連接在一起稱為膠接。分類：根據(jù)起膠接作用的物質(zhì)種類分：天然膠粘劑：原料來源廣，成本低，不耐水。如植物膠、動(dòng)物膠（以動(dòng)物的皮、骨、筋等為原料，將其中所含的膠原蛋白經(jīng)過部分水解，萃取和干燥制成的固體蛋白質(zhì)。）。合成膠粘劑：膠合強(qiáng)度高，耐水性好。如合成樹脂、合成橡膠。4

優(yōu)點(diǎn)：①可實(shí)現(xiàn)不同種類或不同形狀材料之間的連接，尤其是薄片材料；②粘接為面際連接，應(yīng)力分布均勻，不易產(chǎn)生應(yīng)力破壞，延長結(jié)構(gòu)壽命；③密封性能良好，有很好的耐腐蝕性能（隔開被粘物，可減少不同金屬連接的電位腐蝕）；5

優(yōu)點(diǎn)：

④提高生產(chǎn)效率，降低成本；⑤減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量。通過交叉粘接能使各向異性材料的強(qiáng)度質(zhì)量比及尺寸穩(wěn)定性得到改善，得到撓度小，結(jié)構(gòu)差異小、質(zhì)量輕的結(jié)構(gòu)；⑥可賦予被粘物體以特殊的性能（導(dǎo)電膠、導(dǎo)磁膠、耐高溫膠、電絕緣膠）。6缺點(diǎn)①耐候性差；②膠接的不均勻使得扯離和剝離強(qiáng)度低，容易在接頭邊緣首先破壞；③與機(jī)械物理連接法相比，溶劑型膠粘劑的溶劑易揮發(fā)，而且某些溶劑易燃、有毒，會(huì)對環(huán)境和人體產(chǎn)生危害。④膠接質(zhì)量因受多種因素的影響，不夠穩(wěn)定。7膠粘劑的污染問題常見的膠粘劑質(zhì)量問題主要是溶劑揮發(fā)產(chǎn)生的有害物質(zhì)：苯是一種致癌物質(zhì)，人吸入過量，會(huì)出現(xiàn)頭暈、惡心、乏力、皮膚干燥、意識模糊等現(xiàn)象，重者可導(dǎo)致昏迷甚至死亡。甲苯和二甲苯：對皮膚和粘膜刺激性大，長期接觸易引起膀胱癌。甲醛揮發(fā)較慢，吸入后會(huì)引起惡心，導(dǎo)致支氣管炎，甚至出現(xiàn)肺水腫；鹵代烴也是致癌物質(zhì)，長期吸入會(huì)損傷肝臟等器官。

2膠粘劑的發(fā)展簡史早期的膠粘劑以天然高分子物質(zhì)為材料，多屬水溶性，沿用了幾千年。如我國古代勞動(dòng)人民在很早就使用天然動(dòng)、植物膠膠接各種材料。早在2000多年前，秦朝人以糯米漿與石灰制成的灰漿用作長城基石的膠黏劑。公元前200年，西漢人用糯米制成的膠粘劑作棺木的密封劑，再配用防腐劑，使尸體保存完整，肌肉和關(guān)節(jié)仍有彈性。古埃及人從金合歡樹中提取阿拉伯膠，從鳥蛋、動(dòng)物骨骼中提取骨膠，從松樹中收集松脂制成膠黏劑，還用白土與骨膠混合，再加上顏料，用于棺木的密封及涂飾。

2膠粘劑的發(fā)展簡史20世紀(jì)，化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了以合成高分子物質(zhì)為基礎(chǔ)的新型膠粘劑—合成膠粘劑，使膠粘劑進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展時(shí)期。1912年美國的L.H.貝克蘭首先將酚醛樹脂作為膠粘劑用于木材的粘接；20年代末至30年代初，脲醛樹脂作為膠粘劑也用于木材工業(yè)；從此，膠粘劑開始了以合成樹脂膠粘劑為主的發(fā)展階段。

2膠粘劑的發(fā)展簡史40～50年代，不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂和聚氨酯膠粘劑問世，合成橡膠和熱塑性樹脂在粘接領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；此后，又開發(fā)了合成橡膠改性的合成樹脂膠粘劑，即橡膠－樹脂膠粘劑，并成功的用于粘接飛機(jī)機(jī)身部件。于是膠粘劑進(jìn)入了粘接金屬結(jié)構(gòu)部件的發(fā)展階段；以后，合成膠粘劑又增加了新品種，如50年代末，單液型，在常溫下能快速（幾十秒）固化的氰基丙烯酸酯膠粘劑實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

2膠粘劑的發(fā)展簡史目前世界合成膠粘劑品種已達(dá)5000余種，總產(chǎn)量超過1000萬噸，銷售額年均增長5%。產(chǎn)量水系膠占45%，熱熔膠占20%，溶劑膠占15%，反應(yīng)型膠占10%，其它10%。隨著膠粘劑工業(yè)的發(fā)展，膠合理論的研究也逐漸得到人們的重視。為了解釋膠接現(xiàn)象，自20世紀(jì)40年代以來，人們提出了多種關(guān)于膠接機(jī)理的理論：吸附理論、機(jī)械膠接理論、靜電理論、擴(kuò)散理論、化學(xué)鍵理論等。膠粘劑的應(yīng)用方面：汽車工業(yè)航空航天電子、電器工業(yè)機(jī)械工業(yè)建筑工業(yè)輕工業(yè)造船工業(yè)醫(yī)療3膠粘劑在木材加工中的作用13（1）汽車工業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)代汽車工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步要求結(jié)構(gòu)材料輕量化、駕駛安全化、節(jié)能環(huán)?；⒚烙^舒適化等，因此一定采用鋁合金、玻璃鋼、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，塑料、橡膠等新型材料，必然要大量以粘接代替焊接，膠粘劑用量明顯增加。3膠粘劑在木材加工中的作用14（2）航空航天的應(yīng)用航空工業(yè)是最早使用膠粘劑的行業(yè)，飛機(jī)制造業(yè)是結(jié)構(gòu)膠粘劑的主要用戶。宇航工業(yè)和空間技術(shù)等都大量采用蜂窩結(jié)構(gòu)、高強(qiáng)度高模量復(fù)合材料、玻璃鋼、泡沫材料、密封材料等，這些材料的制造和連接都離不開膠粘劑和密封材料。3膠粘劑在木材加工中的作用15（3）電子、電器工業(yè)的應(yīng)用集成電路、計(jì)算機(jī)等電子元器件、零部件和整機(jī)生產(chǎn)與組裝中，都要使用膠粘劑和密封膠，如光刻膠、導(dǎo)電膠、導(dǎo)磁膠等。各種家用電器設(shè)備，大量使用膠粘劑和密封膠，如洗衣機(jī)、冰箱（柜）、空調(diào)、電飯煲、吸塵器等。3膠粘劑在木材加工中的作用16（4）機(jī)械工業(yè)的應(yīng)用代替焊、鉚、螺栓連接等，可以節(jié)約原材料減輕質(zhì)量，減少應(yīng)力集中，縮短工期，簡化工藝，從而提高效率，降低成本；鑄件砂眼，零件缺陷能修復(fù)后再用，可以減少廢品；3膠粘劑在木材加工中的作用17（5）建筑工業(yè)的應(yīng)用各種裝修材料的粘貼與固定都要大量的膠粘劑和密封劑。膠粘劑用于修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)件缺陷、裂縫，操作簡便，不僅保證使用性能，而且外觀平整。3膠粘劑在木材加工中的作用18（6）輕工業(yè)的應(yīng)用①制鞋工業(yè)②家具工業(yè)③紡織工業(yè)：無紡布④包裝工業(yè)：如箱、桶、盒、袋、紙－薄膜復(fù)合包裝（密封）⑤印刷工業(yè)：無線裝訂⑥此外，工藝美術(shù)、兒童玩具、體育用品、衛(wèi)生器具、嬰兒尿布、文教用品等3膠粘劑在木材加工中的作用19（7）造船工業(yè)的應(yīng)用在船舶裝配時(shí)不論是玻璃鋼、木材，還是金屬結(jié)構(gòu)件都要用到膠粘劑。除了用常規(guī)的膠粘劑進(jìn)行零部件的結(jié)構(gòu)粘接之外，由于船舶航行于江、湖、海的特殊環(huán)境，還大量使用密封劑用于甲板縫、艙孔、舷窗以及各種油、水管路和電纜貫通的密封。3膠粘劑在木材加工中的作用8、醫(yī)療方面的應(yīng)用

接骨植皮、修補(bǔ)臟器、代替縫合、有效止血、粘接血管；以及牙齒的粘接、鑲嵌、填充、美飾等。3膠粘劑在木材加工中的作用木材加工業(yè)對膠粘劑的要求：原料來源廣泛，價(jià)格便宜；對木材沒有侵蝕性；具有適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性，對木材表面有很好的潤濕性。因?yàn)闈櫇袷悄z接的首要條件，流動(dòng)性能保證膠粘劑均勻地分布于木材表面，適當(dāng)?shù)恼扯瓤杀ＷC膠層有足夠的膠量。木材加工業(yè)對膠粘劑的要求：使用方便，如適用期長，固化時(shí)間短，常溫固化，壓力低等。固化時(shí)能形成堅(jiān)固的膠層，膠接強(qiáng)度大。固化后膠層有一定彈性，使膠接制品能進(jìn)行彎曲加工并抵抗膨脹收縮產(chǎn)生的應(yīng)力，提高耐久性。4膠粘劑的發(fā)展趨勢

甲醛類膠粘劑：脲醛樹脂膠—減緩樹脂老化，降低收縮率，降低低甲醛釋放，提高膠合耐水性和耐老化性能；酚醛樹脂膠—降低堿含量，降低固化溫度，提高固化速度，降低成本；三聚氰胺樹脂膠—提高樹脂韌性，降低成本，開發(fā)新型浸漬用樹脂。4膠粘劑的發(fā)展趨勢乳液膠粘劑：

是膠粘劑發(fā)展的趨勢，各種性能優(yōu)良的樹脂都被研究制備成乳液應(yīng)用，膠粘劑有由溶液型向乳液型轉(zhuǎn)變的傾向。熱熔膠粘劑：降低熔融粘度，提高其對被膠接材料的粘附性，調(diào)節(jié)收縮應(yīng)力，調(diào)節(jié)共聚物中單體的比例，分子量以合成出理想的共聚物?？傊?，膠粘劑向快固化、單組分、高強(qiáng)度、耐高溫、無溶劑、低粘度、不污染、省能源、多功用等方向發(fā)展。

第一章木材膠接基礎(chǔ)內(nèi)容提要：1.1膠接的各種理論1.2膠接結(jié)構(gòu)的耐久性與膠接破壞1.3影響膠接強(qiáng)度的因素

1.4膠粘劑的組成與分類

1.5木材膠粘劑的合理選擇1.1膠接的各種理論1.1.1吸附理論

1.1.2機(jī)械膠合理論

1.1.3擴(kuò)散理論

1.1.4靜電理論

1.1.5化學(xué)鍵理論

1.1.1吸附理論理論提出年代：20世紀(jì)40年代。理論基礎(chǔ)：表面吸附理論、分子極性（相異）理論、聚合物分子運(yùn)動(dòng)及分子間作用理論等。吸附理論內(nèi)容：膠接作用是膠粘劑分子與被膠接物分子在界面層上相互吸附產(chǎn)生的。膠接作用是物理吸附和化學(xué)吸附共同作用的結(jié)果。而物理吸附則是產(chǎn)生膠接作用的普遍性原因。

吸附理論認(rèn)為膠接過程分兩個(gè)階段：膠粘劑分子通過布朗運(yùn)動(dòng)，向被膠接物體表面移動(dòng)擴(kuò)散，使二者的極性基團(tuán)或分子鏈段相互靠近。在此過程中，升溫、降低膠粘劑的粘度和施加接觸壓力等都有利于布朗運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。吸附引力的產(chǎn)生。當(dāng)膠粘劑和被膠接物體的分子間距達(dá)到5×10-10m以下時(shí)，便產(chǎn)生分子間引力，即范德華力。

1.1.1吸附理論范德華力和氫鍵是產(chǎn)生膠接力的根源：范德華力：作用能E如公式所示：

包括

偶極力誘導(dǎo)偶極力色散力氫鍵：屬于弱的化學(xué)鍵?？梢园ㄔ诜兜氯A力之內(nèi)，看作是一種特殊的偶極力，也可以不包括在范德華力內(nèi)，看作是一種弱的配位鍵。式中：μ——分子偶極矩；

α——分子極化率；

I——分子電離能；

R——分子間距離；

K——玻爾茲曼常數(shù)；

T——絕對溫度。1.1.1吸附理論

不足之處把膠接力與分子間力結(jié)合在一起，在一定的范圍內(nèi)解釋了膠接現(xiàn)象。吸附理論把膠接作用主要?dú)w于分子間的作用力。它不能圓滿地解釋膠粘劑與被膠接物之間的膠接力大于膠粘劑本身的強(qiáng)度相關(guān)這一事實(shí)。在測定膠接強(qiáng)度時(shí)，為克服分子間的力所作的功，應(yīng)當(dāng)與分子間的分離速度無關(guān)。事實(shí)上，膠接力的大小與剝離速度有關(guān)。吸附理論不能解釋極性的α-氰基丙烯酸酯能膠接非極性的聚苯乙烯類化合物的現(xiàn)象；對高分子化合物極性過大，膠接強(qiáng)度反而降低的現(xiàn)象也都無法解釋。

1.1.1吸附理論理論基礎(chǔ)：由Mcbain，Hopkis提出，是膠接領(lǐng)域中最早提出的膠接理論。任何物體的表面即使肉眼看起來十分光滑，但放大看還是十分粗糙，有些材料還是多孔性的。理論內(nèi)容：液態(tài)膠粘劑充滿被膠接物表面的縫隙或凹陷處，或者在毛細(xì)管張力的作用下，從表面敞開的管孔滲到細(xì)胞腔內(nèi)，固化或硬化后在界面產(chǎn)生嚙合連接。1.1.2機(jī)械膠接理論注意要點(diǎn)：機(jī)械連接形式與浸潤、分子間作用力無關(guān)，通常稱為錨固作用或緊固作用。對于木材來講，機(jī)械結(jié)合理論顯得更為重要。因?yàn)槟静氖嵌嗫仔圆牧?，木材表面存在大量的紋孔和暴露在外的細(xì)胞腔，這是木材膠接形成膠接力（膠釘作用）的有利條件。佐伯等人利用掃描電子顯微鏡觀察經(jīng)過化學(xué)處理后的婆羅洲樟木膠合板的膠接層，發(fā)現(xiàn)由導(dǎo)管腔至細(xì)胞壁紋孔的各種木材組織內(nèi)腔中都有膠粘劑滲入。1.1.2機(jī)械膠接理論

貢獻(xiàn)及不足之處：對多孔性材料的膠接有貢獻(xiàn)。機(jī)械結(jié)合理論不能解釋非多孔性材料，如表面光滑的玻璃等物體的膠接現(xiàn)象，也無法解釋由于材料表面化學(xué)性能的變化對膠接作用的影響。不能解釋空隙多的木材比孔隙少的木材膠接強(qiáng)度低，表面粗糙的比經(jīng)刨床精加工的膠接強(qiáng)度低。許多事實(shí)證明，機(jī)械結(jié)合力與物理吸附和化學(xué)吸附作用相比，它是產(chǎn)生膠接力的第二位主要原因。1.1.2機(jī)械膠接理論1.1.3擴(kuò)散理論理論基礎(chǔ)：Voyutskii基于高分子鏈段越過界面相互擴(kuò)散產(chǎn)生分子纏繞強(qiáng)化結(jié)合而產(chǎn)生膠接強(qiáng)度，提出擴(kuò)散理論。擴(kuò)散理論對于同屬于線性高分子的膠接體系或輕度交聯(lián)的高分子膠接體系是有效的。擴(kuò)散理論內(nèi)容：膠粘劑和被膠接物分子通過相互擴(kuò)散而形成牢固的接頭，且膠接作用與它們的互溶特性有關(guān)。貢獻(xiàn)及不足之處貢獻(xiàn)：它能圓滿解釋許多工藝因素（溫度、時(shí)間等）對膠接性能的影響，而且也能解釋膠粘劑組分對膠接強(qiáng)度的影響。

因?yàn)樵谀z接體系中，適當(dāng)降低分子量，有助于提高擴(kuò)散系數(shù)，改善膠接性能。提高兩種聚合物的接觸時(shí)間和膠接溫度，都將增強(qiáng)擴(kuò)散作用，從而提高膠接強(qiáng)度。局限性：它不能解釋金屬和陶瓷、玻璃等無機(jī)物的膠接現(xiàn)象。1.1.3擴(kuò)散理論1.2.4靜電理論理論基礎(chǔ)：1949年前蘇聯(lián)學(xué)者根據(jù)膠膜從被粘物表面剝離時(shí)的放電現(xiàn)象，提出了靜電理論。理論內(nèi)容：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。當(dāng)膠粘劑從被粘物剝離時(shí)，兩個(gè)表面間產(chǎn)生了電位差，并且隨著被剝離距離的增大而增加。達(dá)到一定的極限時(shí)，便產(chǎn)生放電現(xiàn)象。將雙電層等效為電容器的極板，粘附功就等于電容器瞬時(shí)放電的能量?？砂聪率接?jì)算：

式中：WA——粘附功；

Q——電荷的表面密度；

h——放電距離（相當(dāng)于電容器的極板間距）；

ε——介質(zhì)的介電常數(shù)。1.2.4靜電理論

貢獻(xiàn)及不足之處解釋了粘附力與剝離速度有關(guān)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，克服了吸附理論的不足。

因?yàn)楫?dāng)膠接接頭以極慢的速度剝離時(shí)，電荷可以從極板部分逸出，降低了電荷間的引力，減少了剝離時(shí)消耗的功。當(dāng)快速剝離時(shí)，電荷沒有足夠的逸出，粘附功偏高。靜電引力對膠接強(qiáng)度的貢獻(xiàn)可以忽略不計(jì)。靜電作用僅存在于能形成雙電層的膠接體系中，不具有普遍現(xiàn)象。1.2.4靜電理論1.2.5化學(xué)鍵理論理論內(nèi)容：膠接作用主要是化學(xué)鍵力作用的結(jié)果。膠粘劑與被粘物通過分子間化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生主價(jià)鍵結(jié)合而獲得高強(qiáng)度?；瘜W(xué)鍵包括離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵。在膠接體系中主要是前二者?；瘜W(xué)鍵力比分子間力大得多。膠接體系產(chǎn)生化學(xué)鍵連接時(shí)，將有利于提高膠接強(qiáng)度，防止裂縫擴(kuò)展，也能有效地抵抗應(yīng)力集中和氣候環(huán)境老化等因素的影響。成鍵形式：

化學(xué)鍵是在化學(xué)反應(yīng)中形成的。膠接界面的化學(xué)鍵可通過下述途徑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成：通過膠粘劑和被膠接物中的活性基團(tuán)形成化學(xué)鍵通過偶聯(lián)劑使膠粘劑與被粘物分子間形成化學(xué)鍵通過表面處理獲得活性基團(tuán)與膠粘劑形成化學(xué)鍵1.2.5化學(xué)鍵理論1活潑氫與—NCO、—COOH及—COCl反應(yīng)：2羥基與—NCO，R—CH—CH2，及R—CH2，—OH反應(yīng)O偶聯(lián)劑，一般含有兩類反應(yīng)基團(tuán)。其中一類可與膠粘劑分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；另一類基團(tuán)或其水解形成的基團(tuán)。偶聯(lián)劑有若干類型，應(yīng)用最多的是硅烷及其衍生物。其通式為：X3Si（CH2）nY，其中X為可水解的基團(tuán)，水解后生成羥基并與被膠接表面的基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)。Y是能與膠粘劑發(fā)生反應(yīng)的基團(tuán)。硅烷基過氧化物偶聯(lián)劑，它在熱的作用下分解成自由基，可與烯類聚合物發(fā)生作用，從而促進(jìn)烯類聚合物的膠接。通過偶聯(lián)劑使膠粘劑與被粘物分子間形成化學(xué)鍵1.2.5化學(xué)鍵理論許多被膠接表面經(jīng)過表面處理后可獲得活性基團(tuán)，在膠接過程中與膠粘劑分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。例如聚乙烯薄膜經(jīng)電暈放電處理可產(chǎn)生—OH、—ONO2，、—NO3，等活性基團(tuán)，膠接時(shí)，與相應(yīng)的膠粘劑分子可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。金屬材料的表面處理，如氧化、陽極化處理或酸洗處理均可產(chǎn)生活性氧化層，與水可以形成水合結(jié)構(gòu)Me—OH。膠接時(shí)，與膠粘劑可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。通過表面處理獲得活性基團(tuán)與膠粘劑形成化學(xué)鍵1.2.5化學(xué)鍵理論

貢獻(xiàn)與不足化學(xué)鍵理論為許多事實(shí)所證實(shí)，在相應(yīng)的領(lǐng)域中是成功的。但是，它的不足也是顯而易見的。它無法解釋大多數(shù)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的膠接現(xiàn)象。1.2.5化學(xué)鍵理論1.2膠接結(jié)構(gòu)的耐久性與膠接破壞1.2.1膠接耐久性1.2.2膠接破壞接頭的結(jié)構(gòu)膠接接頭的破壞類型

影響接頭破壞的因素1.2.1膠接耐久性概念：膠接結(jié)構(gòu)的耐久性是標(biāo)志膠接結(jié)構(gòu)在大氣環(huán)境作用下所能保持實(shí)用強(qiáng)度的一種特征，也是標(biāo)志膠接結(jié)構(gòu)使用壽命的特征。影響膠接結(jié)構(gòu)耐久性的因素

應(yīng)力作用：

水分作用：

熱氧化作用：1.2膠接結(jié)構(gòu)的耐久性與膠接破壞應(yīng)力作用：包括收縮膨脹應(yīng)力和熱應(yīng)力。木材的多孔性及親水性會(huì)使膠接結(jié)構(gòu)在吸水和排水時(shí)產(chǎn)生膨脹或收縮，不同樹種及不同組織細(xì)胞的膨脹收縮有很大差別，在某些部位產(chǎn)生很大的膨脹收縮應(yīng)力；環(huán)境溫度變化的情況下，會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。應(yīng)力的作用會(huì)加速濕熱老化和熱老化。因?yàn)閼?yīng)力會(huì)在膠接界面或膠層中產(chǎn)生裂紋有助于水分的進(jìn)一步滲透，而水的進(jìn)入又促進(jìn)裂紋進(jìn)一步增大。水分的作用：

水分作用于膠接界面處，體積小，極性強(qiáng)的水分子很容易沿著親水性物質(zhì)向膠接界面滲透，破壞界面氫鍵，減弱膠粘劑分子與被膠接材料表面的作用力。

水對膠層有水解作用，也是降低膠接耐久性的一個(gè)因素。因?yàn)樗軡B透到膠層的本體中，破壞膠粘劑分子間的氫鍵，降低膠粘劑的力學(xué)性能和物理性能；水還可以使膠粘劑的化學(xué)鍵水解，引起膠粘劑降解。熱氧化作用：膠粘劑受熱產(chǎn)生兩種作用：

化學(xué)變化，表現(xiàn)為熱分解；

軟化和熔融膠粘劑受熱超過熱變形溫度或玻璃化溫度時(shí)，膠粘劑軟化，力學(xué)性能會(huì)顯著下降，如果受熱溫度達(dá)到膠粘劑的分解溫度，膠粘劑就失去作用。1.2.2膠接破壞接頭結(jié)構(gòu)：膠接接頭在材質(zhì)上不完全連續(xù)，通常是應(yīng)力集中部位，在外力和環(huán)境應(yīng)力作用下，可能導(dǎo)致接頭破壞。單位膠接面積或單位膠接長度上所能承受的最大載荷稱為接頭的破壞強(qiáng)度。1，9—被膠接物2，8—被膠接物的表面3，7—膠粘劑與被膠接物的界面層4，6—受界面影響的膠粘劑層5—膠粘劑

膠接接頭結(jié)構(gòu)組成示意圖1.2膠接結(jié)構(gòu)的耐久性與膠接破壞膠接接頭的破壞類型根據(jù)接頭破壞的位置可以劃分為四種類型。

膠接頭破壞類型示意圖

（1）被膠接物破壞（2）內(nèi)聚破壞（3）界面破壞（4）混合破壞1.2.2膠接破壞

膠接接頭的破壞類型（1）被膠接物破壞：發(fā)生在膠接部位的鄰近處，那里應(yīng)力最為集中。主要取決于二種材料自身的強(qiáng)度。當(dāng)然還與材料內(nèi)部的缺陷、構(gòu)成接頭后體系內(nèi)部膠層厚度，被膠接表面處理狀況，組分間相互作用等有關(guān)。此時(shí)，接頭強(qiáng)度并不等于材料自身強(qiáng)度。一般略低于材料強(qiáng)度。（2）內(nèi)聚破壞：即膠粘劑層破壞，取決于膠粘劑自身的內(nèi)聚強(qiáng)度。（3）界面破壞：是由被膠接材料的可粘性差造成的。由于材料的非均一性及表面處理、工藝實(shí)施等環(huán)節(jié)的不均一性，完全的界面破壞是不存在的。在理想的條件下，即沒有界面區(qū)存在時(shí)，其破壞強(qiáng)度主要取決于膠粘劑與被膠接物之間的粘附強(qiáng)度，還與膠粘劑和被膠接物的表面強(qiáng)度有關(guān)。（4）混合破壞：在膠接結(jié)構(gòu)各部分的強(qiáng)度相近時(shí)特別容易發(fā)生。也是內(nèi)聚破壞和界面破壞的一種過渡狀態(tài)。

膠接接頭的破壞類型接頭破壞類型會(huì)隨著各種條件的變化而轉(zhuǎn)變。對于粘彈性高聚物，當(dāng)溫度升高時(shí)，分子鏈段熱運(yùn)動(dòng)增加，應(yīng)力松弛過程加快，受載時(shí)變形較大而強(qiáng)度較低。同樣加載速度降低，外力作用時(shí)間增加了，應(yīng)力松弛更充分，因此受載時(shí)，變形較大，強(qiáng)度較低。大量的測試結(jié)果表明，膠膜變厚、慢速測試和升高測試溫度三者是等效的，往往導(dǎo)致內(nèi)聚破壞；膠膜變薄、快速測試和降低測試溫度也是等效的，結(jié)果導(dǎo)致界面破壞。1.2.2膠接破壞影響接頭破壞的因素（1）

弱界面層弱界面層理論認(rèn)為被膠接材料和膠粘劑中，由于材料表面與內(nèi)部存在著性質(zhì)上的差異而造成結(jié)構(gòu)不均勻性“弱界面層”。它也可能由于體系的低分子物或雜質(zhì)通過擴(kuò)散、吸附或聚集，在界面內(nèi)產(chǎn)生低分子物富集的“弱界面層”。接頭在外力的作用下出現(xiàn)膠接的弱界面破壞或膠接強(qiáng)度的急劇下降。實(shí)質(zhì)上是低分子物質(zhì)解吸界面區(qū)內(nèi)膠粘劑分子的過程。

（2）內(nèi)應(yīng)力

膠接結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力主要指收縮應(yīng)力和熱應(yīng)力兩種。在膠接過程中如何減少或緩和內(nèi)應(yīng)力是一個(gè)非常重要的課題。內(nèi)應(yīng)力的來源：膠粘劑的固化或硬化過程中體積的收縮；膠粘劑與被膠接材料的熱膨脹系數(shù)不同，在溫度變化時(shí)產(chǎn)生熱應(yīng)力；被膠接材料的各向異性，在水分變化的情況下收縮膨脹的不同產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；比重不相同的被膠接材料，其體積的收縮膨脹往往有差異，在大面積膠接中產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。（3）環(huán)境應(yīng)力包括外界的機(jī)械作用力，溫度波動(dòng)的熱沖擊，以及油、水等介質(zhì)對膠接界面的化學(xué)作用。油在膠接過程中形成弱界面層，降低接頭強(qiáng)度，導(dǎo)致接頭界面破壞。水能解吸膠粘劑體系，接頭在外力和水分的共同作用下，其破壞類型可能由膠粘劑的內(nèi)聚破壞轉(zhuǎn)化為界面破壞。多種環(huán)境因素的聯(lián)合作用。當(dāng)水分被接頭材料和膠粘劑吸收時(shí)，在氧氣存在下可能生成酸性物質(zhì)，進(jìn)而腐蝕接頭。1.3影響膠接強(qiáng)度的因素1.3.1與木材相關(guān)的因素密度和樹種濕潤性木材含水率膠接面的紋理與纖維方向表面粗糙度與加工精度抽提物木材缺陷、生長特性膠接面的污染及其它1.3.2與膠粘劑有關(guān)的因素分子量及其分布粘度浸透性極性pH值膠層厚度1.3.1膠接與木材相關(guān)的因素木材膠接制品的膠接性能好壞，除了遵循一般膠接原理外，在很大程度上受木材自身的性能所左右。影響木材膠接性能的因素除了木材固有的因素之外，還有被膠接材在加工過程中所產(chǎn)生的因素。前者包括木材的密度、樹種、濕潤性、抽提物等，后者包括被膠接材的含水率、表面粗糙度等。1.3.1膠接與木材相關(guān)的因素（1）

密度和樹種

木材破壞率（木破率）：通常將木材破壞面積占整個(gè)膠接面積的比率叫做木材破壞率，它和膠接強(qiáng)度一起作為評價(jià)木材膠接性能的重要指標(biāo)。不同密度的樹種，評價(jià)其膠接好壞的指標(biāo)—木破率不同。

密度低的樹種，木破率高，則認(rèn)為膠接良好；

密度高的樹種，木破率低，如果膠接強(qiáng)度足夠高，也認(rèn)為膠接良好。（2）濕潤和濕潤性濕潤性表征的是某些液體（水、膠粘劑、染色劑、油漆涂料等）與木材接觸時(shí)，在木材表面上潤濕、鋪展及粘附的難易程度和效果。被膠接材料的濕潤性不好其膠接也不好。抽提物含量高的及含松脂樹種的木材，濕潤不好，容易引起膠接阻礙，油漆性能也不好。1.3.1膠接與木材相關(guān)的因素（3）

含水率膠接木質(zhì)材料時(shí)，含水率是一個(gè)重要的參數(shù)，選擇吸附性因木材含水率的不同而不同。從選擇吸附性的角度出發(fā)，膠接木材時(shí)其含水率應(yīng)保證在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。若被膠接材的含水率過高，涂布后的膠粘劑被稀釋，粘度下降，向木材內(nèi)部過度浸透產(chǎn)生缺膠，導(dǎo)致膠粘劑固化遲緩。膠接木材時(shí)的適宜含水率因膠粘劑種類、性狀、膠接條件的不同而不同，一般為7%~15%。1.3.1膠接與木材相關(guān)的因素（4）

膠接面的紋理與纖維方向膠接力受被膠接材表面紋理方向組合的影響變化較大。膠接端切面時(shí)，膠粘劑向?qū)Ч艿葍?nèi)腔的浸透量大，為不便其缺膠，應(yīng)在被膠接材的兩個(gè)端切面上都涂膠。木材的強(qiáng)度因纖維方向的不同而異，這種方向性差異也直接影響其膠接性能。一般說來，纖維方向的角度越大，膠接強(qiáng)度越低。纖維方向相互平行膠接時(shí)，膠接力最大，纖維相互垂直膠接對其膠接力最小。1.3.1膠接與木材相關(guān)的因素（5）

表面粗糙度與加工精度表面的粗糙度與膠接性能的關(guān)系受被膠接材的種類、膠粘劑的韌性、涂膠量、粘度、加壓壓力、熱壓溫度以及膠粘劑的種類等影響。被膠接表面越平滑涂膠量越少，即使在較低的壓力作用下也容易得到良好的膠接；材面若粗糙，必須增大涂膠量、提高加壓壓力、還要使用適當(dāng)?shù)奶畛鋭┎拍塬@得滿意的膠接效果。1.3.1膠接與木材相關(guān)的因素（6）

抽提物

抽提物是阻礙木材膠接的特殊成分，它影響膠粘劑的濕潤、或者阻礙膠粘劑的固化，造成膠接困難。抽提物造成膠接困難的原因：

阻礙濕潤，導(dǎo)致膠粘劑層和木材之間的界面破壞；

使膠粘劑固化不良，導(dǎo)致膠粘劑層的內(nèi)聚破壞；

使膠粘劑過度滲透，導(dǎo)致界面缺膠。1.3.1膠接與木材相關(guān)的因素（7）木材缺陷和生長特征木材自身的缺陷，即天然缺陷，如節(jié)子等一般會(huì)使膠接力下降。然而，如針葉樹的應(yīng)力木因其壓縮強(qiáng)度大，也有使其膠接力提高的情況。不過由于應(yīng)力木縱向收縮率異常地大，同正常木材混用，會(huì)導(dǎo)致翹曲、變形和開裂。旋轉(zhuǎn)紋理和交錯(cuò)紋理其表面如果采用凈光刨刨削后，不會(huì)對膠接產(chǎn)生影響，可是這種木材加工困難，通常的加工表面粗糙，結(jié)果導(dǎo)致膠接性能下降。1.3.1膠接與木材相關(guān)的因素（7）木材缺陷和生長特征樹脂道中樹脂的擴(kuò)散阻礙濕潤，致使此部位不能被膠接，這是導(dǎo)致針葉材膠合板鼓泡及放炮的原因之一。脆心材其纖維呈破損狀，拉伸強(qiáng)度異常地低，不能做結(jié)構(gòu)材用。這種木材膠接后，雖然木破率很高，但是膠接力極低。濕心材其心材的含水率很高，加工后由于其反常收縮，導(dǎo)致變形、翹曲，造成膠接不良。邊心材，心材在某種程度上含有樹脂與抽提物，與邊材相比其膠接性不好。1.3.1膠接與木材相關(guān)的因素（8）被膠接面的污染及其他被膠接面的污染對膠接性能影響很大。材面受污染首先妨礙膠粘劑的濕潤，致使膠接不能順利進(jìn)行。被膠接材表面切削或研磨后長時(shí)間放置，會(huì)導(dǎo)致膠接性能下降。其原因是阻礙膠接的樹脂或抽提物析出表面、光劣化等造成表面鈍化。1.3.1膠接與木材相關(guān)的因素（8）被膠接面的污染及其他膠合板與素材或者其他材料膠接時(shí)，采用砂光等處理將木材表面的污染物除去，可提高膠接效果。特別是膠合板，應(yīng)注意其因熱壓表面受脫模劑等的污染，所以在表面裝飾、貼面等二次加工時(shí)，尤其應(yīng)予以注意。用溶劑清拭表面時(shí)，對于多孔性材料應(yīng)注意由于殘余溶劑蒸發(fā)而導(dǎo)致的水分凝結(jié)，常常會(huì)造成膠接不良。1.3.1膠接與木材相關(guān)的因素1.3.2膠接與膠粘劑相關(guān)的因素（1）分子量及其力布聚合物的分子量大小及其分布對膠接性能有較大的影響，而且還影響膠粘劑向被膠接材料里滲透的速度及在被膠接材料表面的的固化速度，也影響膠粘劑的內(nèi)聚強(qiáng)度。一般膠粘劑所用聚合物應(yīng)具有相應(yīng)的分子量大小或聚合度范圍，膠粘劑才能有良好的膠接性能和較高的膠接內(nèi)聚強(qiáng)度。聚合物的平均分子量相同而分子量分布不同時(shí)，其膠接強(qiáng)度也不同。低聚物含量較高時(shí)，接頭破壞呈內(nèi)聚破壞；高聚物含量高時(shí)，接頭破壞呈界面破壞。（2）

粘度及交聯(lián)度粘度與膠接性能無直接關(guān)系。只是粘度過低時(shí)，加壓的時(shí)候膠粘劑容易從膠接層滲出，向木材中過度浸透，造成缺膠。受粘度影響最大的是膠粘劑的涂飾性能。涂飾方式不同時(shí)，粘度的適宜范圍是不同的。水溶性膠粘劑的粘度可以通過添加增量劑、填充劑或者加水來進(jìn)行調(diào)節(jié)。1.3.2膠接與膠粘劑相關(guān)的因素（3）

浸透性

膠粘劑向木材中進(jìn)行一定程度的浸透可以提高木材這種多孔性材料之間的機(jī)械結(jié)合力。但是，浸透過度，膠粘劑將在木材中擴(kuò)散，不能形成均勻的膠接層，產(chǎn)生表面缺膠，造成膠接不良。膠粘劑的粘度對其浸透性影響很大，但是所用溶劑的種類、膠粘劑的濃度等也有影響。當(dāng)被膠接體是木材時(shí)，特別是水溶性膠粘劑其浸透性受木材含水率的影響較大。1.3.2膠接與膠粘劑相關(guān)的因素（4）

極性被膠接材料的極性與濕潤性關(guān)系極大。用極性的膠粘劑膠接極性材料，用非極性膠粘劑膠接非極性材料，都可得到很好的膠接強(qiáng)度。且表面極性越強(qiáng)的纖維材料，與膠粘劑形成氫鍵的能力越強(qiáng)，膠接強(qiáng)度越高。木材膠接用膠粘劑最常用的是熱固性樹脂，如脲醛樹脂、三聚氰胺樹脂和酚醛樹脂等，這些都是極性物質(zhì)，可以獲得良好的膠接。1.3.2膠接與膠粘劑相關(guān)的因素（5）pH值膠粘劑與膠接層呈極端的強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性時(shí)，會(huì)導(dǎo)致木材自身的脆弱化、或者變色，這是造成膠接性能低下、污染的原因。脲醛樹脂固化時(shí)殘留的酸導(dǎo)致木材老化，它作為催化劑加速了樹脂的水解，將這些酸中和，可大大地提高其膠合耐水性。膠粘劑的固化若受pH影響非常大時(shí)，由于膠粘劑選擇不當(dāng)可能導(dǎo)致膠接失敗。1.3.2膠接與膠粘劑相關(guān)的因素（6）

膠接層的厚度一般認(rèn)為獲得最好的膠接強(qiáng)度和剛性，膠層的厚度在膠層不產(chǎn)生缺膠的情況下，應(yīng)該盡量的薄，并且均勻才能獲得良好膠接。一般希望膠接層的厚度在20～50μm。其理由為：膠接層越薄，凝聚力降低，可減少膠接層中的應(yīng)力集中點(diǎn)；在膠接層中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力變小，而且能使其易于向被膠接材移動(dòng)，老化性也降低。1.3.2膠接與膠粘劑相關(guān)的因素（6）

膠接層的厚度由于被膠接體表面形狀的原因，不得不增加膠接層的厚度時(shí)，應(yīng)使用空隙填充性膠粘劑，或者通過添加