膠黏劑與涂料第一

關(guān)于膠黏劑與涂料第一Chap.1膠接基礎(chǔ)1.1序言1.2膠粘劑的組成和分類1.3接頭強(qiáng)度的解釋1.4膠接流變學(xué)與膠接破壞1.5與膠接相關(guān)的因素1.6膠粘劑的選擇

第2頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.1序言1、定義：望文生義

國家標(biāo)準(zhǔn)通過粘〔黏〕附作用，能使被物粘結(jié)合在一起的物質(zhì)．所謂黏附作用是指兩個表面接觸時依靠物理力化學(xué)力結(jié)合在一起的現(xiàn)象．

膠：一類具有粘附性能的物質(zhì)的總稱；粘：多音字ＮＩＡＮ同（黏）膠的示性形容詞ＺＨＡＮ完成膠接的動詞劑：多種物質(zhì)的混合物

第3頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.1序言1、定義：未盡之意

日本：在兩個或兩個以上材料間介入第三材料作為中間層，使材料相互結(jié)合起來，起結(jié)合作用的第三物質(zhì)稱為膠粘劑。自編：凡能潤濕成一層薄膜，依靠這層薄膜在一定條件下固化或硬化，在兩個相同或不同表面之間形成物理力、化學(xué)力或二者兼有之力使之結(jié)合在一起并能在一定條件下滿足使用要求的物質(zhì)。

第4頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.1序言1、定義：關(guān)鍵詞匯

粘〔黏〕附兩個表面依靠化學(xué)力、物理力或兩者兼有的力使之結(jié)合在一起的狀態(tài)。潤濕因液體親和固體而在其表面擴(kuò)散的現(xiàn)象。固化膠粘劑通過化學(xué)反應(yīng)（聚合、交聯(lián)等）獲得并提高膠接強(qiáng)度等性能的過程。硬化膠粘劑通過物理作用（如結(jié)晶、冷卻、揮發(fā)性組分的蒸發(fā)等），變硬并提高膠接強(qiáng)度等性能的過程。第5頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.1序言2、膠粘劑的發(fā)展歷史：

√世界情況：

四方面提高：

三大體系：①樹脂②橡膠③混合

天然——合成；單一——復(fù)合；水溶——耐水；高能耗——低能耗

第6頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.1序言2、膠粘劑的發(fā)展歷史：

√我國情況：

源遠(yuǎn)流長歷史

相對落后明代與時俱進(jìn)當(dāng)今黃帝煮膠萬里長城秦俑戰(zhàn)車靈隱主梁

５０年代引進(jìn)８０年代完善９０年代提高

明代萌芽清朝誤國民國混戰(zhàn)第7頁,共85頁,2024年2月25日，星期天20世紀(jì)初，合成樹脂的出現(xiàn)成為粘接技術(shù)發(fā)展史上最重要的劃時代的里程碑。1907：美國L.H.Baekland等人發(fā)明酚醛樹脂，1910年Allied化學(xué)公司又開發(fā)古馬隆樹脂，在此基礎(chǔ)上，美國于1912年研制成功酚醛樹脂膠黏劑。1925:美國試制出天然橡膠型壓敏膠；1926：醇酸樹脂膠黏劑；1930：英國BritishCyanides公司研制出脲醛樹脂膠黏劑；加拿大試制出可小批量生產(chǎn)的聚乙烯醇膠黏劑。前蘇聯(lián)試制成功聚丁二烯橡膠；1931：美國開發(fā)氯丁橡膠；1933：德國研制出丁苯和丁晴橡膠，1935年試制生產(chǎn)聚異丁烯；1937:A.G.Bayer公司開發(fā)聚氨酯；1939：美國聚醋酸乙烯膠黏劑；第8頁,共85頁,2024年2月25日，星期天20世紀(jì)40年代：美國研制出丁基橡膠，1941年開發(fā)出三聚氰胺膠黏劑；1942年開發(fā)不飽和聚酯膠，1943年使有機(jī)硅膠黏劑投入生產(chǎn)；1946：瑞士CibaGeigy公司試制成功雙酚A環(huán)氧樹脂，使膠黏劑品種日趨增多；20世紀(jì)50年代，美國在膠黏劑研制中獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，1953年樂泰公司成功研制出厭氧膠黏劑，迄今風(fēng)靡全球，1955年Eastman(伊士曼）公司研制出a_氰基丙烯酸酯，1958年又試制成功酚醛環(huán)氧樹脂，1959年杜邦公司的甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯問世，次年又使EVA聚合物投入生產(chǎn)；20世紀(jì)60年代，膠黏劑的研制達(dá)到了頂峰，1961年美國Narmco公司高性能耐高溫的聚苯并咪唑，同年杜邦公司又研制出同類聚酰亞胺膠黏劑，1962年美國WestingHouse公司開發(fā)出聚二苯醚膠黏劑，同年DowCorning公司也研制出無溶劑硅樹脂膠黏劑，1965年該公司試制成功脂肪族環(huán)氧膠黏劑，1969年英國的Midland公司試制成功聚酚醚膠黏劑。第9頁,共85頁,2024年2月25日，星期天20世紀(jì)70年代：膠黏劑工業(yè)逐步轉(zhuǎn)入系列化和完善化階段，這一時期也出現(xiàn)了不少品種，1970年日本曹達(dá)公司使1,2-聚丁二烯商品化，英國的ICI公司開發(fā)出聚苯醚砜，1975年美國試制端稀型無溶劑硅樹脂膠黏劑，杜邦公司研制的液晶聚合物和瑞士CibaGeigy公司的加聚性三嗪樹脂膠黏劑；當(dāng)今：膠黏劑的研制逐步向功能化、高性能化、專業(yè)品級化和規(guī)?；l(fā)展。第10頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.1序言3、膠粘劑在國民經(jīng)濟(jì)中的地位：

√應(yīng)用廣泛：木材加工方面：人造板（七板）：

第11頁,共85頁,2024年2月25日，星期天

人造板（七板）：

膠合板、（竹）刨花板、FQNQNQ

纖維板

FQ中纖板

NQ第12頁,共85頁,2024年2月25日，星期天

人造板（七板）：

細(xì)木工板

NQ地板

FQ水泥木絲板水泥第13頁,共85頁,2024年2月25日，星期天

人造木（兩木）：

層積木、

集成木。

QNQFQN第14頁,共85頁,2024年2月25日，星期天裝飾裝修（覆面基材）：

⑴塑料貼面板

NQFQSQ⑵貼面薄木（0.2——0.5——0.8㎜）：成卷薄木NQ+PVAC

層集薄木API（濕固聚氨酯）改性FQ

集成薄木EP+聚酰胺⑶人造單板（紙質(zhì)膠膜）：華麗板SQDAP

寶利板UP

酚醛膠膜FQ第15頁,共85頁,2024年2月25日，星期天家具制造

：

榫接：皮骨膠NQPVAC

拼接：

EVACREP

粘貼：

PVF各類乳膠第16頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.1序言3、膠粘劑在國民經(jīng)濟(jì)中的地位：其他行業(yè)：建筑裝修①包裝材料紙質(zhì)松香淀粉水玻璃②機(jī)械制造鑄造FQ糠醛樹脂PU膩?zhàn)英凵钣闷沸珻RPI④航空航天蜂窩材料磷酸鹽系列第17頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.1序言3、膠粘劑在國民經(jīng)濟(jì)中的地位：

√應(yīng)用意義：

代木、節(jié)木：

板種膠合板刨花板纖維板耗木2.2—2.51.3—1.82.5—3.0代木5.03.05.6—5.7第18頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.1序言3、膠粘劑在國民經(jīng)濟(jì)中的地位：√應(yīng)用意義：

改善性能：各向異性變形美化易燃易腐

提高效率：涂料——飾面榫接——膠接第19頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.1序言3、膠粘劑在國民經(jīng)濟(jì)中的地位：√應(yīng)用現(xiàn)況：木工用膠60%

其中：NQ85.2%FQ6.3%

PVAC6.1%MF2.1%

其它0.3%第20頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.2膠粘劑的組成及分類

1、膠粘劑的組成：√必備成分——粘料（binder）：

膠粘劑配方中起粘附作用的主要物質(zhì)。第21頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.2膠粘劑的組成及分類

1、膠粘劑的組成：√充分成分——輔料：交聯(lián)劑：固化劑（curingagent）直接參與化學(xué)反應(yīng)使膠粘劑固化的成分促進(jìn)劑（accelerator）

促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)使膠粘劑低溫、快速固化的成分偶聯(lián)劑（）

通過架橋作用，與膠粘劑及被粘物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而提高強(qiáng)度的成分。第22頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.2膠粘劑的組成及分類

1、膠粘劑的組成：√充分成分——輔料：填料（filler）：

增粘劑（tackifier）

能增加膠液粘性或擴(kuò)展膠粘劑黏接范圍的固體物質(zhì)

增稠劑（thickener）為增加膠粘劑的表觀粘度而加入的非黏性固體物質(zhì)。

第23頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.2膠粘劑的組成及分類

1、膠粘劑的組成：√充分成分——輔料：填料（filler）：

填料用材料：有機(jī)物：淀粉、蛋白、單寧、木粉、木素?zé)o機(jī)物：炭黑、鈦白、鋅白、炭白、雙飛粉、膨潤土、高嶺土金屬粉末：銅、鋁、鐵

第24頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.2膠粘劑的組成及分類

1、膠粘劑的組成：√充分成分——輔料：填料（filler）：

填料的作用：

有利操作：增稠、觸變緩沖應(yīng)力：溫度、縮聚、提高強(qiáng)度：交聯(lián)賦予功能：導(dǎo)電、導(dǎo)磁、導(dǎo)熱第25頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.2膠粘劑的組成及分類

1、膠粘劑的組成：√充分成分——輔料：稀釋料：用來降低膠粘劑固體含量及粘度的液體添加成分

溶劑廣義：溶劑、增溶劑、稀釋劑。狹義：溶劑分散劑第26頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.2膠粘劑的組成及分類

1、膠粘劑的組成：√充分成分——輔料：增韌劑（flexibilizer）、增塑劑

用于改善膠粘劑的脆性，提高其韌性的物質(zhì)而添加的昂貴成分。其它：防火劑、防老劑、防腐劑、阻聚劑第27頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.2膠粘劑的組成及分類

2、膠粘劑的分類：√按固化方式分類：溶劑揮發(fā)型：

化學(xué)反應(yīng)型：冷卻冷凝型：

溶劑型：水、有機(jī)溶劑乳液型：兩液型：催化劑型、加成反應(yīng)型、交聯(lián)反應(yīng)型一液型：熱固型、搶奪反應(yīng)型、其它反應(yīng)型第28頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.2膠粘劑的組成及分類

2、膠粘劑的分類：√按物理表觀形態(tài)分類：液態(tài)型：水溶液、非水溶液、乳液（膠乳）、無溶劑型。

固態(tài)型：粉狀、片塊狀、膠膜。帶狀：黏附型、熱封型。膏狀與膩?zhàn)有停旱?9頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.2膠粘劑的組成及分類

2、膠粘劑的分類：√按主要化學(xué)成分分類：無機(jī)膠粘劑：硅酸鹽類、磷酸鹽類、硫酸鹽類、陶瓷。

有機(jī)膠粘劑：天然有機(jī)膠粘劑：合成有機(jī)膠粘劑：淀粉類、蛋白類、天然樹脂類、天然橡膠類、瀝青類

樹脂型：熱塑性、熱固性橡膠型復(fù)合型第30頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.2膠粘劑的組成及分類

2、膠粘劑的分類：√按用途分類：結(jié)構(gòu)膠：酚醛樹脂膠、環(huán)氧——酚醛膠等

非結(jié)構(gòu)膠：聚醋酸乙烯、聚丙稀酸酯、橡膠類等特種膠：導(dǎo)電膠、導(dǎo)熱膠、光敏膠等

第31頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.3接頭強(qiáng)度的解釋1.3.1膠合理論1、機(jī)械理論（產(chǎn)生膠接力的第二位次要因素）依據(jù)：粗化增強(qiáng)套接強(qiáng)度＞搭接強(qiáng)度解釋：機(jī)械結(jié)合力與摩擦力有關(guān)。它必然與壓力、表面不平整度有關(guān)。

機(jī)械摩擦力潤濕液體膠粘劑滲透變定膠釘、鉤、錨膠接接頭第32頁,共85頁,2024年2月25日，星期天實(shí)例：無機(jī)膠中氧化銅與磷酸的固化反應(yīng)，套接強(qiáng)度＞搭接強(qiáng)度（對接強(qiáng)度）；機(jī)械結(jié)合理論對于木材這種多孔質(zhì)的被膠接材料顯得尤為重要（木材表面存在的大量的紋孔和暴露在外的細(xì)胞腔是形成膠釘作用的有力條件）。不足：無法解釋化學(xué)處理的增強(qiáng)作用,不能解釋非多孔性材料（如玻璃）的膠接。第33頁,共85頁,2024年2月25日，星期天

2、擴(kuò)散理論（膠黏劑分子與被粘物通過相互擴(kuò)散產(chǎn)生分子纏繞強(qiáng)化結(jié)合而產(chǎn)生膠接強(qiáng)度）

依據(jù)：金屬擴(kuò)散塑料冷封接塑料熱熔接解釋：過渡層

大分子摩擦力潤濕T、P熱塑性液膠擴(kuò)散穿插介面消失膠接接頭

帚化

溶劑揮發(fā)第34頁,共85頁,2024年2月25日，星期天√擴(kuò)散理論認(rèn)為：高分子化合物之間的膠接作用與它們的互溶特性有關(guān)。當(dāng)他們極性相似時有利于互溶擴(kuò)散。

√依據(jù)擴(kuò)散的熱力學(xué)條件，只有同類高分子化合物才能互溶和擴(kuò)散，因此擴(kuò)散理論（適用于解釋同種或結(jié)構(gòu)、性能相近的高分子化合物的膠接）?！桃罁?jù)擴(kuò)散的動力學(xué)條件，適當(dāng)降低分子量，提高兩種聚合物的接觸時間和膠接溫度，都將增強(qiáng)擴(kuò)散作用，提高膠接強(qiáng)度。

不足：不能解釋三相交聯(lián)物質(zhì)的膠接現(xiàn)象，不能解釋金屬與陶瓷、玻璃等無機(jī)物的交接現(xiàn)象。第35頁,共85頁,2024年2月25日，星期天3、吸附理論

（膠接作用是物理吸附和化學(xué)吸附共同作用的結(jié)果，而物理吸附則是膠接作用的普遍性原因）依據(jù)：近程分子力即范德華力的客觀存在

解釋：

根據(jù)吸附作用能可知：膠黏劑與被膠接物極性越大，接觸得越緊密，吸附作用越充分，物理吸附對膠接的作用越大。吸附

近程分子力潤濕T、P膠液

比表面靠近≤100nm

膠接接頭

T、P

第36頁,共85頁,2024年2月25日，星期天

實(shí)例：醋酸乙烯-氯乙烯-順丁烯二酸共聚物膠接玻璃，剝離強(qiáng)度與羧基濃度有關(guān)。物理吸附是固體表面由于范德華力的作用能夠吸附液體和氣體。范德華力包括偶極力、誘導(dǎo)偶極力和色散力。吸附理論優(yōu)點(diǎn)：正確地把膠接理論與分子間作用力聯(lián)系在一起。吸附理論不足：把膠接作用主要?dú)w因于分子間作用力。不能圓滿解釋膠黏劑與被膠接物之間膠接力大于膠黏劑本身的強(qiáng)度這一事實(shí)。不能解釋膠接力的大小與剝離速度有關(guān)的事實(shí)。第37頁,共85頁,2024年2月25日，星期天不能解釋極性的α-氰基丙烯酸能膠接非極性的聚苯乙烯類化合物的現(xiàn)象；不能解釋高分子化合物極性過大，膠接強(qiáng)度反而下降的事實(shí)。不能解釋網(wǎng)狀高聚物，當(dāng)分子量超過5000時，膠接力幾乎消失的現(xiàn)象。另一方面，許多膠接體系無法用范德華力解釋，而與酸堿配位有關(guān)。如酸性瀝青在堿性石灰上膠接牢固，在花崗巖上則不牢；表面成堿性的鈦酸鋇粉是酸性聚合物的良好填料，卻不能增強(qiáng)聚碳酸酯等堿性聚合物。基于此，F(xiàn)owkes提出酸堿作用理論。第38頁,共85頁,2024年2月25日，星期天4、化學(xué)鍵理論（膠接作用是化學(xué)鍵力作用的結(jié)果，化學(xué)鍵力包括離子鍵、共價鍵和金屬鍵）依據(jù)：化學(xué)處理新相生成

解釋：

不足：無法解釋惰性物質(zhì)膠接化學(xué)鍵化學(xué)鍵力潤濕、遷移

T、P膠液

接觸化學(xué)反應(yīng)

膠接接頭活性基團(tuán)第39頁,共85頁,2024年2月25日，星期天實(shí)例：硫化橡膠與黃銅表面形成硫化亞銅，通過硫原子與橡膠分子的雙鍵形成化學(xué)鍵。聚氨酯膠接木材、皮革等?；瘜W(xué)鍵形成途徑：通過膠黏劑與被膠接物中的活性基團(tuán)形成化學(xué)鍵：如活潑氫與-NCO、-COOH、-COCL反應(yīng)：這類反應(yīng)可能發(fā)生在羧基橡膠與聚酰胺類纖維或塑料的體系中。如羥基與-NCO、環(huán)氧基、R-CH2-OH反應(yīng)：如異氰酸酯或環(huán)氧樹脂膠黏劑與纖維素、玻璃交接時，可能發(fā)生上述反應(yīng)。第40頁,共85頁,2024年2月25日，星期天通過偶聯(lián)劑使膠黏劑與被粘物之間形成化學(xué)鍵偶聯(lián)劑：一般含有兩類基團(tuán)。其中一類可與膠黏劑分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；另一類基團(tuán)或其水解形成的基團(tuán)，可與被粘物表面的氧化物或羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)膠黏劑與被膠接表面的化學(xué)鍵連接。應(yīng)用最多的偶聯(lián)劑是硅烷及其衍生物。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是能與膠黏劑發(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。第41頁,共85頁,2024年2月25日，星期天通過表面處理獲得化學(xué)基團(tuán)，與膠黏劑形成化學(xué)鍵如：聚乙烯薄膜經(jīng)電暈放電處理可產(chǎn)生-CO、-OH、-ON2、-NO3等活性基團(tuán)，膠接時，與相應(yīng)的膠黏劑分子可發(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。膠接時與膠黏劑可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)鍵理論不足：無法解釋大多數(shù)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的膠接現(xiàn)象。第42頁,共85頁,2024年2月25日，星期天5、靜電理論

依據(jù)：強(qiáng)度與剝離速度有關(guān)

電容器剝離放電

解釋：

不足：無法解釋絕緣物之間的膠接。雙電層靜電力潤濕、遷移T、P膠液

比表面接觸偶極、取向、誘導(dǎo)

膠接接頭極性基團(tuán)－+－+－+－+－+－+－+－+－+－+第43頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.3.2

膠接界面化學(xué)1、形成接頭的必備條件：潤濕

氣液接觸時的三種狀態(tài)

①不潤濕

②

部分潤濕（臨界）

③

完全潤濕

第44頁,共85頁,2024年2月25日，星期天結(jié)論∠θ=00

cos∠θ

=1γ氣固∝γ液固

完全潤濕∠θ=900

cos∠θ

=0γ氣固=γ液固

臨界潤濕∠θ=1800

cos∠θ

=-1γ氣固＜＜γ液固

不潤濕

00＜

∠θ＜

1800

均為部分潤濕00∠θ＜

900

三相點(diǎn)超前漏漏膠缺陷900∠θ＜

1800

三相點(diǎn)滯后

潤濕不良

第45頁,共85頁,2024年2月25日，星期天Young公式：

γSV=γSL+γLV

cos∠θ

γ：界面張力θ：接觸角對于一般的有機(jī)物的液/固體系，γSL可忽略不計，只有滿足γSV≥γLV才有可能出現(xiàn)cosθ=1，從而獲得形成良好膠接接頭的必要條件。這也是選擇膠黏劑時的必要條件，即被膠接物表面能大于膠黏劑的表面能。

第46頁,共85頁,2024年2月25日，星期天三力平衡可表潤濕的效果：粘附張力粘附張力（潤濕壓力、膠接張力）A=γSV－γSL

=γLV

cos∠θ或cos∠θ=（γSV－γSL）/γLV∠θ決定潤濕結(jié)果，γSV－γSL潤濕的速度膠接張力的物理意義：當(dāng)液體侵潤固體表面時，固體表面自由能減少的量。此值越大侵潤越容易。第47頁,共85頁,2024年2月25日，星期天膠接功：定義：在液固接觸體系中，界面受到兩邊分子力的作用而存在吸附作用，分離界面兩相吸附作用所需的功稱為粘附功WA。粘附功可由剝離前后自由能的變化給出。

WA=γSV+γLV-γSL

=γLV（1+cosθ）當(dāng)θ=0℃時，WA=2γLV最大當(dāng)θ=180℃時，則有WA=0.

接觸體系的粘附功越大，對形成有效和高性能的粘接結(jié)構(gòu)越有利。對于一個特定的固體表面，粘附功的最大值并不存在于完全潤濕之時。第48頁,共85頁,2024年2月25日，星期天界面張力γSL

：這是基于考慮當(dāng)作為界面的自由能γSL越小，界面越穩(wěn)定。膠接功、膠接張力及界面張力的最適宜條件對于膠接功，WA=(2+bγc)γlv-bγ2LV

在滿足γlv=1/b+1/2γc時，WA最大對于膠接張力，A=(1+bγc)γlv-bγ2LV

在滿足γlv=1/2(1/b+γc)時,A最大對于界面張力，當(dāng)γs=γL時，γsl=0為最小第49頁,共85頁,2024年2月25日，星期天幾點(diǎn)說明：膠接張力與膠接功越大，接觸角越小，膠接強(qiáng)度越高。被膠接體的臨界表面張力越高潤濕越好，還可推知膠接強(qiáng)度也高。對于一個特定的固體表面，粘附功的最大值并不存在于完全潤濕之時。第50頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.4

膠接流變學(xué)與膠接破壞

1、有關(guān)接頭的基本知識：膠接接頭的微觀結(jié)構(gòu)第51頁,共85頁,2024年2月25日，星期天

膠接破壞定義

膠接接頭在材質(zhì)上是不完全連續(xù)的，通常是應(yīng)力集中部位，在外力和環(huán)境應(yīng)力的作用下，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。膠接接頭的破壞類型（見書P28）被膠接物破壞內(nèi)聚破壞界面破壞混合破壞第52頁,共85頁,2024年2月25日，星期天

原因：

被膠接物破壞和膠粘劑的內(nèi)聚破壞，主要取決于二者材料自身的強(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，被膠接物表面處理狀況，組分間相互作用等有關(guān)，此時，接頭強(qiáng)度并不等于材料自身的強(qiáng)度，一般略低于材料強(qiáng)度。

界面破壞的原因是被膠接材料的可粘性差造成的。在理想的條件下，即沒有界面區(qū)存在時，其破壞強(qiáng)度主要取決于膠粘劑與被膠接物之間的粘結(jié)強(qiáng)度。這種混合破壞的情況，在各種材料強(qiáng)度相近時特別容易發(fā)生。另外，接頭破壞類型會隨著各種條件的變化而轉(zhuǎn)變。第53頁,共85頁,2024年2月25日，星期天2、影響接頭破壞的因素弱界面層弱界面層主要對物理吸附為主的交接體系產(chǎn)生影響，對膠接接頭起破壞作用的三種情況:膠接強(qiáng)度主要來源于分子間的物理吸附；膠接體系中的低分子物對被膠接物、膠黏劑的基料不能混溶或處于飽和狀態(tài)時，通過滲析、遷移和富集而形成弱界面層時，才對接頭破壞起作用；膠接體系中的低分子物對被膠接物具有比膠黏劑更強(qiáng)的吸附力，弱界面層對膠黏劑能起解吸作用時，才對接頭破壞有影響。第54頁,共85頁,2024年2月25日，星期天內(nèi)應(yīng)力膠接接頭破壞的重要原因之一。內(nèi)應(yīng)力主要有收縮應(yīng)力和熱應(yīng)力兩類。收縮應(yīng)力是膠黏劑固化過程中體積收縮產(chǎn)生的應(yīng)力；熱應(yīng)力是材料間熱膨脹系數(shù)不等，溫度變化所產(chǎn)生的應(yīng)力。第55頁,共85頁,2024年2月25日，星期天環(huán)境應(yīng)力膠接接頭的破壞一般是在環(huán)境應(yīng)力作用下，通過膠接體系內(nèi)的缺陷造成應(yīng)力集中而導(dǎo)致破壞。環(huán)境應(yīng)力包括外界的機(jī)械作用力、溫度波動的熱沖擊及油、水等介質(zhì)因素對膠接界面的物理化學(xué)作用。第56頁,共85頁,2024年2月25日，星期天3、膠接耐久性定義：膠接耐久性是膠接接頭在使用和存放過程中長期保持其性能的能力。膠接接頭使用條件主要有力的作用和環(huán)境的作用，實(shí)際兩者是同時存在又相互影響的。力的作用導(dǎo)致膠接接頭的蠕變破壞和疲勞破壞，環(huán)境的作用導(dǎo)致膠接接頭的老化破壞。

第57頁,共85頁,2024年2月25日，星期天

4、表面分析技術(shù)

測定表面形貌、表面能及表面的化學(xué)組成常用的方法有：1、固體的表面能測定；2、反射紅外光譜：表征高分子表面區(qū)的基團(tuán)，包括衰減全反射（ATR）,鏡面反射和漫射反射；3、X射線電子能譜（XPS）：對表面組成進(jìn)行定性和定量分析；4、掃描電鏡（SEM）和電子探針：研究表面形貌；5、俄歇電子能譜（AES）：分析表面一定深度所逸出的元素的化學(xué)鍵狀態(tài)；6、離子散射譜（ISS）和二次離子質(zhì)譜（SIMS）:研究組成的梯度分布，由二次離子的質(zhì)量分析給出表面組成。第58頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.5與膠接相關(guān)的因素1.5.1膠接與木材相關(guān)的因素

1、強(qiáng)度異常的解釋：

實(shí)例：結(jié)合木質(zhì)接頭的九層結(jié)構(gòu)圖，并以此解釋其木破率高強(qiáng)度低的現(xiàn)象

木破率：木質(zhì)接頭破壞時木材本體破壞占破壞面積的面積百分?jǐn)?shù)。一般情況下木破率越大，接頭強(qiáng)度越高。但在九層結(jié)構(gòu)圖中如果施膠量不夠、膠液選用不當(dāng)或木材加工中擠壓傷范圍太大，導(dǎo)致粘附區(qū)過渡層未能完全復(fù)蓋擠壓傷區(qū)，就可能產(chǎn)生木破率高強(qiáng)強(qiáng)度低的異?，F(xiàn)象第59頁,共85頁,2024年2月25日，星期天

2、被粘物的性質(zhì)與狀態(tài)

表面粗糙程度

粗糙系數(shù)=實(shí)際面積/幾何面積f=S實(shí)/S幾

比表面積=實(shí)際面積/幾何體積B=S實(shí)/V幾粗糙度=粗糙系數(shù)/比表面積C=f/B

=幾何體積/幾何=V幾/S幾=SLH/SL

=粗糙深度=H第60頁,共85頁,2024年2月25日，星期天

結(jié)論:

粗糙系數(shù)相同時,粗糙深度越大則粗糙度越大。

表面弱化程度富集弱化內(nèi)部膠合惰性物質(zhì)表面遷移吸附弱化外部膠合惰性物質(zhì)表面吸附機(jī)械弱化表面機(jī)械損傷第61頁,共85頁,2024年2月25日，星期天密度和樹種木材的強(qiáng)度通常與其密度近乎呈直線關(guān)系。當(dāng)密度高的木材由含水率的變化而產(chǎn)生的應(yīng)力也非常大，所要求的膠黏劑自身的內(nèi)聚力也高。當(dāng)膠黏劑被確定時，密度高的木材其膠接耐久性反而比密度低的木材膠接耐久性差。含水率木材膠接時，含水率是一個重要的參數(shù)。含水率過高，極易產(chǎn)生缺膠，膠壓后板翹曲和開裂，熱壓時還容易產(chǎn)生放炮現(xiàn)象。膠接制品的含水率應(yīng)與其使用環(huán)境的平衡含水率相一致。第62頁,共85頁,2024年2月25日，星期天膠接面得紋理和纖維方向

膠接力受被膠接材表面紋理方向組合的影響變化較大。不同膠接面之間的膠接力有如下規(guī)律：徑切面//徑切面＞徑切面+弦切面＞弦切面//弦切面≥端切面之間＞端切面+徑切面≌端切面+弦切面抽提物影響膠黏劑的潤濕，或者阻礙膠黏劑的固化，造成膠接困難。木材缺陷、生長特征被膠接物的污染及其他第63頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.5.2

膠接與膠黏劑有關(guān)的因素

1、膠的性能與性質(zhì)適當(dāng)分子量適當(dāng)粘度（定義：兩層液體作相對移動量層間產(chǎn)生摩擦力的現(xiàn)象）適當(dāng)∠θ適當(dāng)PH適當(dāng)極性

第64頁,共85頁,2024年2月25日，星期天

強(qiáng)度的回顧

接頭強(qiáng)度內(nèi)聚強(qiáng)度粘附強(qiáng)度

膠層內(nèi)聚力

被粘物內(nèi)聚力

機(jī)械摩擦力

大分子摩擦力

近程分子力

化學(xué)鍵力

靜電力

第65頁,共85頁,2024年2月25日，星期天

強(qiáng)度的回顧

膠層內(nèi)聚力被粘物內(nèi)聚力被粘物內(nèi)聚力機(jī)械摩擦力大分子摩擦力近程分子力化學(xué)鍵力靜電力第66頁,共85頁,2024年2月25日，星期天

最佳強(qiáng)度∠θ.η.M

粘附強(qiáng)度

內(nèi)聚強(qiáng)度

有效強(qiáng)度膠合強(qiáng)度

圖一：M、∠θ

、η增長與膠合強(qiáng)度的關(guān)系圖

第67頁,共85頁,2024年2月25日，星期天結(jié)論：①如圖所示隨∠θηM的增長膠粘劑的粘附強(qiáng)度而降低，內(nèi)聚強(qiáng)度則升高。②接頭的強(qiáng)度為內(nèi)聚強(qiáng)度與粘附強(qiáng)度的相疊部分稱有效強(qiáng)度。③有效強(qiáng)度隨∠θηM的增長呈拋物線變化，有極值。所以膠要有適當(dāng)∠θηM

第68頁,共85頁,2024年2月25日，星期天結(jié)論：①如圖所示隨∠θηM的增長膠粘劑的粘附強(qiáng)度而降低，內(nèi)聚強(qiáng)度則升高。②接頭的強(qiáng)度為內(nèi)聚強(qiáng)度與粘附強(qiáng)度的相疊部分稱有效強(qiáng)度。③有效強(qiáng)度隨∠θηM的增長呈拋物線變化，有極值。所以膠要有適當(dāng)∠θηM

第69頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.5.3

膠接與膠合工藝

1、膠合工藝條件

溫度塑化木材促進(jìn)反應(yīng)降低膠粘蒸發(fā)稀料壓力減小距離增加接觸趕攆氣泡緩沖應(yīng)力增益潤濕

含水率多稀釋膠液少膠液增濃做傳熱介質(zhì)施膠量薄：強(qiáng)度高（斷裂、變形）缺膠厚：應(yīng)力、氣泡、蠕變陳化適當(dāng)陳化增益初粘度,防止漏膠第70頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.5.4

膠接與其他因素1、接頭設(shè)計與應(yīng)力

接頭工藝設(shè)計

扁擔(dān)修理

一般原則：膠層受力類型盡量為剪切力或大部分為剪切力，盡量避免膠層受剝離力或不均勻扯離力的作用，盡量增大粘結(jié)面積。第71頁,共85頁,2024年2月25日，星期天內(nèi)應(yīng)力（無效應(yīng)力）工藝應(yīng)力溫度、壓力、變定、干濕環(huán)境應(yīng)力溫度、干濕一般原則：接頭設(shè)計應(yīng)盡量將應(yīng)力集中降到最低程度。第72頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.6

膠粘劑的選擇

1、按制品的使用要求選擇

強(qiáng)度：接頭破壞時單位面積或長度上承受的載荷的大小結(jié)構(gòu)膠長期承受較大變載荷非結(jié)構(gòu)膠室內(nèi)家具壓敏膠無損折卸第73頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.6

膠粘劑的選擇

耐水

耐水性：膠粘劑長期接觸潮氣水分后保持其膠結(jié)性能的能力。一類膠：航天、航空、航海用品，室外玩具二類膠：室內(nèi)家具三四類膠：紙質(zhì)包裝第74頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.6

膠粘劑的選擇

耐熱航天材料膠接。耐久文物修復(fù)、工藝品制作環(huán)保室內(nèi)：無甲醛釋放、無苯釋放、無放射性污染持續(xù)發(fā)展其它阻燃、滯火、耐熱

第75頁,共85頁,2024年2月25日，星期天1.6

膠粘劑的選擇

2、按原料及生產(chǎn)工藝要求選擇

固體含量在規(guī)定條件下測得的膠粘劑的非揮發(fā)分的含量粘度兩層液體作相對移動量層間產(chǎn)生摩擦力的現(xiàn)象。初粘度施膠被粘物一經(jīng)接觸后即具有的強(qiáng)