(完整版)第五章膠黏劑

第五章膠黏劑Adhesives2008年全球膠黏劑十強(qiáng)排名

2008年世界合成膠黏劑銷售額最大的十家公司占全球總銷量的40%，其中漢高是世界上最大的膠黏劑公司，年銷售額超過20億美元。

1.Henkel2.Ciba

3.Atofindley

4.NationalStarch

5.3M

6.H.B.Fuller

7.Total

8.Konishi

9.Morton

10.Bostik

2008年，全世界膠黏劑和密封膠行業(yè)的市場份額超過360億美元（不包括膠合板和碎料版使用的大量膠黏劑；市場容量主要集中在北美、歐洲。2008年，美國的膠黏劑市場份額達(dá)到了160億美元；全球膠黏劑市場的增長速度為3-4%漢高是全球市場中最具國際化的跨國集團(tuán)之一。全世界約125個(gè)國家的消費(fèi)者信任漢高的品牌和技術(shù)。漢高旗下非常多著名的國際品牌如施華蔻（Schwarzkopf）、樂泰(Loctite)、百特(Pritt)、百得(Pattex)、美德蘭(Metylan)等在中國市場上家喻戶曉。2008特種膠黏劑全球市場劃分2008特種密封劑全球市場劃分1.程時(shí)遠(yuǎn).膠黏劑（第二版）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.22.鄒寬生.膠粘劑生產(chǎn)工藝.北京：高等教育出版社，2002.73.中國膠黏劑網(wǎng)：.cn

www.cnadhesives.com4.期刊：《中國膠粘劑》參考書籍5.1膠黏劑的定義5.2膠黏劑的發(fā)展簡史5.3膠黏劑在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用5.4膠黏劑的組成5.5膠黏劑的分類5.6膠黏劑的特點(diǎn)5.7膠黏劑的發(fā)展趨勢5.8膠黏劑的固化5.9膠接接頭的設(shè)計(jì)5.10粘接機(jī)理5.11各種常用膠黏劑的介紹膠黏劑（adhesive）：又稱黏合劑、粘接劑，簡稱膠。它是一種在一定條件下凡是能夠把兩種同種（類）或異種（類）被膠接材料（adherend）通過表面粘附作用緊密地連接起來起著傳遞作用，并且能夠滿足一定物理化學(xué)性能要求的非金屬物質(zhì)。是一類單組份或多組分的材料，具有優(yōu)良的粘接性能。采用膠黏劑將各種材料或部件連接起來的技術(shù)稱為膠接技術(shù)。5.1膠黏劑的定義“粘”與“黏”的寫法“粘”兩種發(fā)音---zhan/nian木材工業(yè)基本工藝特征:先分后合膠黏劑膠合

“合”？涂飾涂料膠接強(qiáng)度膠黏劑被膠接材料環(huán)境

分子結(jié)構(gòu)配方設(shè)計(jì)

性質(zhì)表面處理操作工藝

環(huán)境介質(zhì)應(yīng)力狀況Adhesive:substancecapableofholdingmaterialstogetherbyadhesion.(TerrySellers.Jr,1985.PlywoodandAdhesiveTechnology,P610)Basicdefinitionsusedinadhesionscience＊Phenomenonwhichallowstheadhesivetotransferaloadfromtheadherend(被粘物)totheadhesionjoint(膠合面).＊Thestateinwhichtwosurfacesareheldtogetherbyinterfacialforceswhichmayconsistofvalenceforcesorinterlockingactionorboth(GentandHamed

eadHm,inAdhesiveBondingofWoodandOtherStructuralMaterials1983)＊Interactionthatdevelopsbetweentwodissimilarbodieswhentheyarecontacted(GentandHamed

eadHm,inHandbookofAdhesion,3rdEd1989).粘接：是借助膠粘劑通過表面作用將材料連接起來的一種方法。

粘附:兩個(gè)表面依靠化學(xué)力、物理力或兩者兼而有之的力結(jié)合在一起的狀態(tài)(王愷,1999.英漢木材工業(yè)辭典.P4)Adhesion:Thestateinwhichtwosurfaceareheldtogetherbychemicalorphysicalforceorboth,withtheaidofanadhesive.粘附/adhesion、adherence≠吸附/adsorption吸附/adsorption:Thestateinwhichtwosurfaceareheldtogetherbyinterfacialforce.Note—adsorptioncanbeachievedwithorwithouttheuseofanadhesives.用作膠粘劑的物質(zhì)通?？煞譃椋?/p>

天然高分子物質(zhì)和合成高分子物質(zhì)膠接接頭是由膠粘劑與被粘物表面依靠粘附作用形成的，膠接接頭在應(yīng)力-環(huán)境作用下會逐漸發(fā)生破壞。但是，對于膠接接頭是怎樣形成的，又是怎樣破壞的，至今尚沒有成熟的理論，主要原因之一是被粘物表面及其與膠粘劑之間的界面極其復(fù)雜。如圖5-1所示，膠接界面由被粘物表面（金屬氧化物）及其吸附層（如空氣、水、雜物）和靠近被粘物表面的底膠或膠粘劑組成。膠接接頭（adhesivejoint）：通過膠粘劑而得到的組件。被粘物（adherends）：接頭中除膠粘劑外的固體材料。粘接（adhesion）：膠粘劑把被粘物所受的載荷傳遞到膠接接頭的現(xiàn)象。粘附力（practicaladhesion）：強(qiáng)度由被粘物和膠粘劑的力學(xué)性能決定。膠黏劑專業(yè)術(shù)語

內(nèi)聚(cohesion)：單一物質(zhì)內(nèi)部各粒子靠主價(jià)力、次價(jià)力結(jié)合在一起的狀態(tài)。

粘附破壞(adhesionfailure)：膠黏劑和被粘物界處發(fā)生的目視可見的破壞現(xiàn)象。內(nèi)聚破壞(cohesionfailure)：膠黏劑或被粘物中發(fā)生的目視可見的破壞現(xiàn)象。固化(curing)：膠黏劑通過化學(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(hardening)：膠黏劑通過化學(xué)反應(yīng)或物理作用(如聚合、氧化反應(yīng)、凝膠化作用、水合作用、冷卻、揮發(fā)性組分的蒸發(fā)等)，獲得并提高膠接強(qiáng)度、內(nèi)聚強(qiáng)度等性能的過程。貯存期(storagelife)：在規(guī)定條件下，膠黏劑仍能保持其操作性能和規(guī)定強(qiáng)度的最長存放時(shí)間。適用期(potlife)：配制后的膠黏劑能維持其可用性能的時(shí)間。同義詞：使用期。固體含量(solidscontent)：在規(guī)定的測試條件下，測得的膠黏劑中不揮發(fā)性物質(zhì)的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。同義詞：不揮發(fā)物含量。膠黏劑是一類古老而又年輕的材料。早在數(shù)千年前，人類的祖先就已經(jīng)開始使用膠黏劑。許多出土文物表明，5000年前我們祖先就會用粘土、淀粉等天然產(chǎn)物做膠黏劑；4000千多年前就會用生漆做膠黏劑和涂料制造器具；3000年前的周朝已用動(dòng)物膠作木船的填縫密封膠。5.2膠黏劑的發(fā)展簡史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。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(jī)膠黏劑。公元前200年東漢時(shí)期用糯米漿糊制成棺木密封膠，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,足見中國膠接技術(shù)之高超。

到上世紀(jì)初，合成酚醛樹脂的發(fā)明，開創(chuàng)了膠黏劑的現(xiàn)代發(fā)展史。目前，與四大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位。目前，膠黏劑的應(yīng)用已滲入到國民經(jīng)濟(jì)中的各個(gè)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。如據(jù)報(bào)導(dǎo)：國外在生產(chǎn)一輛汽車中要使用5～10kg膠黏劑；一架波音飛機(jī)的粘接面積達(dá)到2400m2

；一架宇航飛機(jī)需要粘接30000塊陶瓷片。

5.3膠黏劑在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用

航空、航天（FokkerF-100客機(jī)的簡圖-結(jié)構(gòu)膠）膠接層和膠接梁膠合層壓板膠接金屬夾層復(fù)合材料★粘接一架波音747飛機(jī)和一架C-5A銀河(LookheedC-5A)幾乎要用16200m2的膠膜，其中一架波音747約耗用了3700m2膠膜、431kg聚硫密封膠和23kg硅橡膠密封劑?！镆患蹷-58“盜賊”(B-58Hustler)戰(zhàn)略轟炸機(jī)所用的膠粘劑約300kg，每架F-111戰(zhàn)斗機(jī)用膠約450kg，每架波音727飛機(jī)則需膠2270kg。粘接使用的部件由原來機(jī)內(nèi)裝飾、非結(jié)構(gòu)件、發(fā)展到結(jié)構(gòu)件、受力件，甚至整個(gè)機(jī)體。汽車工業(yè)內(nèi)飾裝配粘接：頂棚，車門內(nèi)護(hù)板，地毯，擋風(fēng)玻璃等。汽車結(jié)構(gòu)件粘接：發(fā)動(dòng)機(jī)中罩與前后加強(qiáng)梁，通常用改性環(huán)氧樹脂膠黏劑★汽車工業(yè)：汽車、卡車、摩托車和有關(guān)的交通工具★應(yīng)用膠粘劑的特點(diǎn)：工藝簡便、性能可靠、經(jīng)濟(jì)高效★膠接物體：金屬、塑料、織物、玻璃、橡膠等本身或相互之間和涂漆表面的結(jié)構(gòu)連接、固定和密封★種類及數(shù)量：大約有25種類型的膠粘劑適用于汽車的組裝，每臺典型的機(jī)動(dòng)車用膠量約9kg建筑工業(yè)（結(jié)構(gòu)與裝飾，包括木材工業(yè)）(1)整體襯板墻面與木框架粘接；(2)帶襯板的地板和天花板與桁條和椽子的粘接，起到T型梁的作用；(3)各種表面受力的夾層板；(4)膠合木頂桁架的裝配；(5)用作桁條或椽子箱形梁和其他類型的組合梁；(6)將所有的部件粘接成最后的結(jié)構(gòu)件。在家居建筑工程中，工人將膩?zhàn)幽z粘劑涂布于托梁上，使地板的使用更加安靜。左圖：這是層壓生產(chǎn)線中噴膠時(shí)的照片。上面的照片是噴頭正將橡膠類膠粘劑噴涂于被膠接件上；下圖為工人把將要施膠的被膠接件放到傳送帶上，使其由噴膠頭下經(jīng)過。電氣/電子工業(yè)(1)管心粘接；(2)電路元件與基板粘接；(3)封裝。(4)印制線路板土木工程★橋梁建造、大型露天體育場、水下坑道、燈塔基座和類似建筑★1963年，巴黎附近的一座橋梁首次用環(huán)氧膠代替砂槳將裂開的部分連接在一起左圖集成電路封裝的橫截面圖。注意，膠粘劑在硅片粘接中的應(yīng)用和導(dǎo)熱膠粘劑對散熱器的粘接。由于密封劑使所有的元件產(chǎn)生了隔離粘接，所以膠接對于這種“封裝”的可靠性具有重要的作用。散熱器導(dǎo)熱膠粘劑連接硅片與鉛框的金線鉛框粘墊膠粘劑硅片密封劑粘接涂層模具砂紙等消遣娛樂（環(huán)氧樹脂膠粘劑）★雪橇（玻璃鋼）、箭弓、網(wǎng)球拍、建造溜冰場★高爾夫俱樂部是內(nèi)層壓木材、熱塑性塑料和高級增強(qiáng)材料建成的造船工業(yè)包裝工業(yè)(1)制造瓦楞紙箱裱糊瓦楞紙板、箱子密封、制箱；(2)折疊箱；(3)層壓；(4)管子纏繞(卷旋和螺旋形纏繞)；(5)組裝箱；(6)袋；(7)標(biāo)簽。在其他方面的應(yīng)用(1)壓敏膠帶(包裝封帶、玻璃紙膠帶、掩蔽膠帶、增強(qiáng)包裝帶、電工膠帶、醫(yī)用膠帶)(2)膠紙(再濕性的，用于郵票和貨運(yùn)標(biāo)簽)；(3)漿糊和膠水(辦公室、學(xué)校和圖書館用)；(4)手工藝品(環(huán)氧膠、氰基丙烯酸酯膠、白乳膠、丁腈-酚醛膠、脲醛膠)；(5)壁紙粘貼；(6)光學(xué)(粘接透鏡元件)；(7)武器?？偠灾?，膠接是指同質(zhì)或異質(zhì)物體表面用膠黏劑連接在一起的技術(shù)，具有應(yīng)力分布連續(xù)，重量輕，或密封，多數(shù)工藝溫度低等特點(diǎn)。膠接特別適用于不同材質(zhì)、不同厚度、超薄規(guī)格(薄膜）、纖維、小顆粒和復(fù)雜構(gòu)件的連接。膠接近代發(fā)展最快，應(yīng)用行業(yè)極廣，并對高新科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和人民日常生活改善有重大影響。因此，研究、開發(fā)和生產(chǎn)各類膠黏劑十分重要。

利用膠黏劑黏合工藝與織布相比，與金屬的焊接相比，或者與用鉚釘、螺栓連接以及用釘子等機(jī)械方式以及其他方式連接相比：更牢固

更輕

更快

優(yōu)點(diǎn)更經(jīng)濟(jì)更方便更容易隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,目前不同行業(yè)對膠黏劑及粘接技術(shù)的要求越來越高。1999年世界膠黏劑總需求量為1700萬ｔ，預(yù)測2010年將達(dá)2500萬ｔ。我國目前已有1200多家企業(yè)，品種牌號3000多個(gè)，膠黏劑生產(chǎn)能力300萬ｔ。其中產(chǎn)量最大的仍然是三醛膠(酚醛、脲醛和三聚氰胺甲醛)和乳液型膠，二者分別占總產(chǎn)量的45.2%和29.2%。從市場應(yīng)用看，建筑業(yè)用量最大，約占總膠量51.8%，其次是紙包裝業(yè)，約占總膠量的12.6%，第三是制鞋業(yè)，約占9.0%。木材膠黏劑用量日益擴(kuò)大增多，全世界木材膠黏劑產(chǎn)量占膠黏劑總產(chǎn)量的3/4，如美國約60%的合成膠黏劑用于木材加工業(yè)，俄羅斯為79%，日本為75%，在我國60%～70%的膠黏劑也用于木材加工業(yè)。

預(yù)計(jì)2010年我國合成膠黏劑的需求量將達(dá)到480萬-500萬噸。2004年中國大陸膠黏劑產(chǎn)量總計(jì)379萬噸。隨著我國汽車、電子電器等行業(yè)的飛快發(fā)展，納米材料等新材料、新技術(shù)在膠黏劑工業(yè)中得到應(yīng)用，今后膠黏劑的性能將更加優(yōu)異，應(yīng)用范圍將不斷擴(kuò)大。發(fā)展瓶頸

&當(dāng)務(wù)之急膠粘劑的環(huán)保問題5.4膠黏劑的組成偶聯(lián)劑和其他助劑

稀釋劑

填料

組成固化劑和固化促進(jìn)劑

增塑劑和增韌劑

粘料

另還有穩(wěn)定劑，防老劑、增粘劑、觸變劑和增稠劑等其他輔料。粘料：又稱基料，是膠黏劑的主要成分。有天然聚合物、合成聚合物及無機(jī)物三大類。

固化劑：是使液態(tài)基料通過化學(xué)反應(yīng)，發(fā)生聚合、縮聚或交聯(lián)反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成高分子量固體，使膠接接頭具有力學(xué)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的物質(zhì)。不同的基料應(yīng)選用固化快、質(zhì)量好、用量少的固化劑。填料：是不參與反應(yīng)的惰性物質(zhì)，可提高膠接強(qiáng)度、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性并可降低成本。其品種很多，如石棉粉、鋁粉、云母、石英粉、碳酸鈣、鈦白粉、滑石粉等。各有不同效果，根據(jù)要求選用。增韌劑：能提高膠黏劑的柔韌性，降低脆性，改善抗沖擊性等。稀釋劑：降低膠黏劑的粘度，便于施工操作，有能參與固化反應(yīng)的活性稀釋劑和惰性稀釋劑兩種。偶聯(lián)劑：具有能分別和被粘物及粘合劑反應(yīng)成鍵的兩種基團(tuán)，提高膠接強(qiáng)度。多為硅氧烷或聚對苯二甲酸酯化合物。穩(wěn)定劑：為防止膠黏劑長期受熱分解或貯存時(shí)性能變化的成分。觸變劑：利用觸變反應(yīng)，使膠液靜態(tài)時(shí)有較大的粘度，從而防止膠液流掛的一類配合劑。5.5膠黏劑的分類5.6膠黏劑的特點(diǎn)耐溫性輕質(zhì)性低污染性粘接無破壞性耐溫性

耐溫性是無機(jī)膠黏劑的優(yōu)良特性之一。無機(jī)高溫膠黏劑通常使用范圍在1500～1750℃，而磷酸氧化銅膠黏劑的耐溫范圍更廣，可在

180～1400℃范圍內(nèi)使用。

輕質(zhì)性

膠黏劑的密度較小，大多在0.9～2之間，約是金屬或無機(jī)材料密度的20%～25%，因而可以大大減輕被粘物體連接材的重量。這在航天、航空、導(dǎo)彈上，甚至汽車、航海上，都有減輕自重，節(jié)省能源的重要價(jià)值。粘接無破壞性材料的連接主要有螺栓連接、鉚接、焊接和粘接等，使用螺栓連接等技術(shù)雖然可實(shí)現(xiàn)快速連接，但卻因?qū)Σ牧喜考蚩栈蚓植考訜岫鴮Σ牧嫌兴茐模⒃谑褂弥胁荒鼙苊鈶?yīng)力集中。相比之下，粘接技術(shù)是一種非破壞性連接技術(shù)，并因粘接界面整體承受負(fù)荷而提高負(fù)載能力，延長了使用壽命。5.7

膠黏劑的發(fā)展趨勢

木材工業(yè)用膠黏劑的發(fā)展趨勢

研制納米級膠粘劑開發(fā)活性生命膠粘劑太空用膠粘劑高強(qiáng)度膠粘劑微電子膠粘劑耐高溫膠粘劑導(dǎo)電聚合物膠無劑結(jié)合技術(shù)粘接接頭的無損檢測技術(shù)全球膠粘劑行業(yè)發(fā)展趨勢調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：重點(diǎn)發(fā)展環(huán)保型膠粘劑積極開發(fā)高品質(zhì)性能膠粘劑利用電子商務(wù)在膠粘劑發(fā)展中的應(yīng)用先進(jìn)的操作工藝和設(shè)備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(qiáng)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。

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(jì)”急戰(zhàn)中,搶奪一個(gè)技術(shù)制高點(diǎn)。納米膠粘劑將成為一顆耀眼的新的科技明星。3)發(fā)展多功能膠粘劑當(dāng)一種膠粘劑同時(shí)具有多種功能的時(shí)候,它的應(yīng)用價(jià)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。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。5）特種膠黏劑日受青睬

特種膠黏劑具有獨(dú)特作用，日受青睬。如阿波羅飛船上的指揮艙登月艙用的鈦鋁合金蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，采用耐高溫的環(huán)氧-酚醛膠黏劑。衛(wèi)星與飛船飛越或重返大氣層時(shí)，外表的耐高溫?zé)g材料與容器的固定，火箭液體燃料，-235℃時(shí)保溫材料與容器固定，其中的耐高溫膠黏劑與超低溫膠黏劑是必不可少的重要材料，價(jià)格多貴也得用。固化：通過適當(dāng)方法使膠層由液態(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固化方式反應(yīng)型膠粘劑的固化乳液型膠的固化5.8

膠黏劑的固化

5.9

膠接接頭的設(shè)計(jì)

剪切力剝離力拉伸力不均勻扯離力1接頭及其受力情況：相當(dāng)復(fù)雜，主要機(jī)械力2接頭形式選擇原則：膠層承受剪切力和拉伸力，避免剝離力和不均勻扯離力。增加粘結(jié)面積防止層間剝離避免應(yīng)力集中膠層均勻加工容易，方便3.粘結(jié)接頭類型粘結(jié)接頭類型：型樣各異，變化多端對接接頭（buttjoint）斜接接頭（scarfjoint）搭接接頭（lapjoint）套接接頭（doweljoint)5.10

粘接原理

吸附理論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(xué)吸附）特點(diǎn)：1.范德華力和氫鍵力2.具有熱力學(xué)平衡3.根據(jù)膠接功可計(jì)算膠接強(qiáng)度4.潤濕影響膠接強(qiáng)度偶極力：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)誘導(dǎo)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(dǎo)）在范氏力中起主要作用范德華力色散力：非極性分子間的作用力。式中：——分子電離能吸附理論吸附理論認(rèn)為膠接過程分兩個(gè)階段第一階段：膠粘劑分子通過布朗運(yùn)動(dòng)，向膠接物體表明移動(dòng)擴(kuò)散，使二者的極性基團(tuán)或分子鏈段互相靠近。第二階段：吸附力產(chǎn)生。作用能E如下試中：

－－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(xué)溫度出處：HofrichterCH.Ind.Eng.Chem,1948,40:329物質(zhì)的極性有利于獲得高膠接強(qiáng)度，但過高會妨礙濕潤過程的進(jìn)行結(jié)論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）的稠密程度是決定膠接強(qiáng)度的主要因素膠粘劑濕潤被膠接材料的表面產(chǎn)生物理吸附必要非充分條件高的膠接強(qiáng)度H2O吸附理論吸附理論的缺陷：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(qiáng)度。2.解釋不了膠接強(qiáng)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(qiáng)度降低。4.解釋不了水的影響。靜電理論該理論認(rèn)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。膠接功等于電容器瞬間放電的能量，計(jì)算公式如下：WA－－膠接功；Q－－電荷表面密度；h－－放電距離；ε－－介質(zhì)的介電常數(shù)前蘇聯(lián)：McbainJW.JPhysChem，1926，30：114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。靜電引力的產(chǎn)生是相1電荷場相2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(shí)驗(yàn)事實(shí)

靜電引力（<0.04MPa）對膠接強(qiáng)度的貢獻(xiàn)可忽略不計(jì)無法解釋用炭黑作填料的膠粘劑及導(dǎo)電膠的膠接現(xiàn)象無法解釋由兩種以上互溶高聚物構(gòu)成的膠接體系的膠接現(xiàn)象不能解釋溫度、濕度及其它因素對剝離實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響缺陷貢獻(xiàn)擴(kuò)散理論觀點(diǎn)：膠粘劑和被粘物分子通過相互擴(kuò)散而形成牢固接頭。特點(diǎn)：

1.膠接強(qiáng)度與接觸時(shí)間，膠接溫度，膠接壓力，膠層厚度有關(guān)系。

2.膠粘劑分子量越高越不利擴(kuò)散。

3.分子鏈的柔韌性增加，側(cè)基減少，有利分子擴(kuò)散，膠接強(qiáng)度也有增加。

4.極性與極性和非極性與非極性聚合物之間都具有較高的粘附力。缺點(diǎn)：不能解釋高聚物以外的膠粘現(xiàn)象。機(jī)械結(jié)合理論觀點(diǎn)：該理論認(rèn)為，粘合劑浸透到被粘物表面的空隙中，固化后就象許多小鉤和椎頭似地把粘合劑和被粘物發(fā)生純機(jī)械咬和與鑲嵌，這種細(xì)微的機(jī)械結(jié)合對多孔性表面更為顯著。特點(diǎn)：機(jī)械連接力和摩擦力有關(guān)。F:摩擦力；W：法線壓力；H：固體表面的凹凸高度；1/λ:單位長度的凹凸高度。缺點(diǎn)：對非多孔材料黏結(jié)無法解釋。前蘇聯(lián)：McbainJW.JPhysChem，1926，30：114化學(xué)鍵理論觀點(diǎn)：化學(xué)鍵理論認(rèn)為粘合劑與被粘合物之間除存在范德華力外，有時(shí)還可形成化學(xué)鍵?；瘜W(xué)鍵的鍵能比分子間的作用大的多，形成較多的化學(xué)鍵對提高膠接強(qiáng)度和改善耐久性都具有重要意義。優(yōu)點(diǎn)：對膠接現(xiàn)象可以部分解釋。缺點(diǎn)：無法解釋不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的膠接現(xiàn)象。其它膠接理論配位鍵理論弱界面層膠接理論五環(huán)說膠接強(qiáng)度膠粘劑被膠接材料環(huán)境

分子結(jié)構(gòu)配方設(shè)計(jì)

性質(zhì)表面處理操作工藝

環(huán)境介質(zhì)應(yīng)力狀況

膠接過程是一個(gè)復(fù)雜的過程，以上幾種膠接理論即有實(shí)驗(yàn)事實(shí)作依據(jù)，又都存在有局限性對于固體和膠粘劑產(chǎn)生膠接作用的原因，可概括為：（1）相1和相2機(jī)械結(jié)合作用。包括：①膠釘理論（anchoring）；②被膠接固體經(jīng)表面處理后產(chǎn)生觸須（whisker）狀凸起，相1與相2糾纏咬合（interlocking）。（2）相1和相2的化學(xué)吸附結(jié)合作用。包括：①通過相互擴(kuò)散，在分子之間產(chǎn)生分子間的拉引作用力（內(nèi)聚力）；②相1相2密切接觸，產(chǎn)生分子間的拉引作用力；③相1和相2通過化學(xué)鍵結(jié)合在一起。膠接效果是主價(jià)力、次價(jià)力、靜電引力和機(jī)械作用力等綜合作用的結(jié)果。總結(jié)如何正確選擇膠粘劑

應(yīng)考慮五個(gè)方面：1.被粘接材料的性質(zhì)2.被粘接體應(yīng)用的場合及受力情況3.粘接過程有關(guān)特殊要求4.粘接效率和粘接成本5.同材料或不同材料間實(shí)施膠接，應(yīng)對膠粘劑進(jìn)行選擇膠接工藝中最主要三個(gè)環(huán)節(jié)：1.選擇膠粘劑2.膠接接頭設(shè)計(jì)3.表面處理

膠接強(qiáng)度被膠接物的表面狀態(tài)弱界面層內(nèi)應(yīng)力交聯(lián)度極性分子量及分子量分布膠粘劑的固化膠層厚度影響膠接強(qiáng)度的因素5.11各種常用膠黏劑的介紹硅酸鹽類：硅酸鹽水泥、硅酸鈉（水玻璃）磷酸鹽類：磷酸-氧化銅硫酸鹽類：石膏陶瓷：氧化鋯、氧化鋁淀粉類：淀粉、糊精蛋白類：大豆蛋白、血蛋白、骨膠、魚膠、酪素、蟲膠硫酸鹽類：石膏陶瓷：氧化鋯、氧化鋁熱塑性：聚醋酸乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮甲醛、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚酰胺、飽和聚酯等熱固性：脲醛樹脂、酚醛樹脂、間苯二酚樹脂、三聚氰按樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯、聚異氰酸酯、呋喃樹脂等樹脂型橡膠型復(fù)合型氯丁橡膠、丁腈橡膠、丁苯橡膠、丁基橡膠、聚硫橡膠、端羧基橡膠、有機(jī)硅橡膠、熱塑性橡膠酚醛-聚乙烯醇縮醛、酚醛-氯丁橡膠、酚醛-丁腈橡膠、環(huán)氧-酚醛、環(huán)氧-聚酰胺、環(huán)氧-丁腈橡膠、環(huán)氧-聚氨酯合成有機(jī)膠粘劑天然有機(jī)膠粘劑無機(jī)有機(jī)膠粘劑1.無機(jī)膠粘劑：即由無機(jī)鹽、無機(jī)酸、無機(jī)堿和金屬氧化物、氫氧化物等無機(jī)物組成的膠粘劑。按化學(xué)成分：硅酸鹽，磷酸鹽，硫酸鹽，硼酸鹽等。按固化機(jī)理：氣干型，水固型，熱熔型，反應(yīng)型。特點(diǎn)：耐熱性，阻燃性，耐光性，耐油性比有機(jī)膠粘劑好，抗老化，原料價(jià)廉，（一般耐900~1000℃）A

熱熔型膠粘劑低熔點(diǎn)金屬（如錫焊），玻璃陶瓷等B

水固型膠粘劑：有水泥，石膏C磷酸鹽類膠粘劑基料：由酸式磷酸鹽、偏磷酸鹽、焦酸鹽為基料或直接由酸與金屬氧化物、鹵化物、氫氧物、堿性鹽類、硅酸鹽、硼酸鹽等的反應(yīng)產(chǎn)物為基料。固化劑：金屬氧化物、氫氧化物、硼酸鹽、硅酸鹽以及金屬鹽等。特點(diǎn)：固化溫度低，使用溫度低。與硅酸鹽膠粘劑相比,其耐水性較好、固化收縮率小高溫強(qiáng)度大用于：粘接金屬、陶瓷、玻璃等。磷酸鹽類膠粘劑（例）例：氧化銅－磷酸鹽膠粘劑氧化銅制備：900oC灼燒一定時(shí)間—

冷卻—

研磨200目磷酸鹽制備：Al(OH)3溶解于H3PO4

得外觀白色透明的粘性液體（酸性磷酸鋁）膠調(diào)劑：酸性磷酸鋁比氧化銅粉=1比5

調(diào)制均勻固化條件：涂上，室溫放置一段時(shí)間后，非常緩慢加熱到100oC，保持1h即可。磷酸膠粘劑能耐-70~1300℃高、低溫,如果加入高熔點(diǎn)的化合物(氧化鋯、氧化鋁等),可提高到1500℃左右。D硅酸鹽類膠粘劑硅酸鹽類膠粘劑：一般以堿金屬硅酸鹽為基料,加入固化劑和填料等配制而成。耐溫，耐水、耐油、耐熱和電氣絕緣性能。此類式為：M2O.nSiO2.H2O來表示。M

的金屬有Li,Na,K。n為SiO2和H2O的比值，與性能有密切關(guān)系。以硅酸鈉為例，當(dāng)n=3粘接溫度最高，當(dāng)n=5耐水性最小，耐水性Li+>K+>Na+。應(yīng)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。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(jī)物制成的膠粘劑優(yōu)點(diǎn)：原料易得，使用方便缺點(diǎn)：粘接力和耐水性等方面均不如合成膠粘劑B

分類按原料來源分：礦物膠、動(dòng)物膠、植物膠按組成分：淀粉、動(dòng)植物蛋白、纖維素、天然樹脂

天然膠粘劑（例1淀粉）例1：淀粉膠粘劑

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。來源：植物中的種子、果實(shí)、葉、塊莖、球莖中都會有大量的淀粉。淀粉分離：溶解于冷水中先膨脹或溶脹，再干燥成粒狀分離。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(xué)改性制得。

常用轉(zhuǎn)化用配合劑有增塑劑、液化劑/溶膠化劑、填料、硼砂、保鮮劑等。A增塑劑：甘油，二醇類，大豆油，葡萄糖，果汁。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。用途：降低粘度，或控制膠粘時(shí)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。用途：殺菌、防霉作用。但要注意毒性，用量0.2-1%E

硼砂：（四硼酸鈉）用途：增粘，提高膠的內(nèi)聚力和穩(wěn)定性原因：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(dāng)加20%硼砂固化強(qiáng)度增大，使操作速度快。當(dāng)加入苛性堿直到所有四硼酸鈉被轉(zhuǎn)化成偏硼酸鈉時(shí)，其粘結(jié)強(qiáng)度可進(jìn)一步提高。如堿加過量，反而使粘度下降。

例：紙箱用耐水膠粘劑配方：珍球狀玉米淀粉36.3kg+227kg

苛性鈉6.8kg

硼砂10Mol

苛性堿6.8kg

脲醛樹脂（Casco樹脂PR-195）20.4kg

水212+689kg工藝：1.初次混合：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配方：水400

磷酸三丁酯1

硼砂（10mol）30

白糊精75

（80%冷水溶性PH3.4~3.5）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1

攪拌10分鐘即可此膠黏度:1000~4000MP/S2之間可用水調(diào)節(jié)施工粘度。

天然膠粘劑（例2骨膠）骨膠：動(dòng)物蛋白膠,（皮膠、魚膠）。.制取工藝A，將動(dòng)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(dòng)物骨骼粉碎，水洗后。放進(jìn)裝有弱酸的壓力罐中，加熱反應(yīng)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。骨膠：粒狀或粉狀，無臭味，顏色為淡黃至棕色。使用：加水，熱溶，即可用。應(yīng)用：砂皮，皮，皮革，木材，織物，紙張的粘接。

3.合成聚合物膠粘劑1、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(jìn)行粘接操作，使用方便。固化過程中不產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)，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。優(yōu)點(diǎn)：柔韌性、耐沖擊性、初粘力高、貯存穩(wěn)定性好等。缺點(diǎn)：耐熱性、耐溶劑性較差，膠接強(qiáng)度相對較低，常溫下往往有蠕變傾向。

應(yīng)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。

熱塑性樹脂膠粘劑（之一）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。聚醋酸乙烯酯形成機(jī)理：自由基加聚反應(yīng)以硫酸銨為引發(fā)劑為例1鏈引發(fā)2鏈增長3鏈終止聚醋酸乙烯酯膠粘劑應(yīng)用：乳液型和溶液型乳液型：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過硫酸銨適量聚醋酸乙烯酯乳液膠特點(diǎn)：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(diǎn)：1.耐水和耐濕性差2.那熱性差，（40－90oC）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(dá)到一定強(qiáng)度。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(jìn)行縮醛化反應(yīng)得到聚乙烯醇縮醛膠粘劑。熱塑性樹脂膠粘劑（之二）應(yīng)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(jià)格低、無毒、主要用于紙品的粘接和辦公用品中的漿液。例：107膠主要成分為低縮醛度的聚乙烯醇縮甲醛。熱固性樹脂膠粘劑熱固性樹脂膠粘劑是以中低分子量、且含有高反應(yīng)性基團(tuán)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(yīng)，形成不溶不熔的膠層。特點(diǎn)：聚合物分子量小易擴(kuò)散滲透，粘接力強(qiáng)，膠層耐熱性、耐蠕變性好。缺點(diǎn)：但起始粘接力小，固化后易產(chǎn)生體積收縮和內(nèi)應(yīng)力，使膠接強(qiáng)度下降，所以在往往需加壓、加入填料來彌補(bǔ)這些不足。

熱固性樹脂膠粘劑（種類）熱固性高分子膠粘劑主要有（常溫固化或加熱）1）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－甲醛樹脂膠粘劑熱固性樹脂膠粘劑（之一）酚醛樹脂膠粘劑1耐熱性價(jià)廉2性能較脆3金屬塑料木材特點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用熱固性樹脂膠粘劑（之一）1.酚醛樹脂的合成及固化原理固化（溫度150－180oC，適當(dāng)加壓0.3-1.5MP)2未改性酚醛樹脂2.1酚鋇樹脂，配方如下應(yīng)用：木材，纖維板的膠接2.2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180－200

使用工藝與性能與酚鋇樹脂相同，但因?yàn)闆]有游離的酚存在，毒性小。2.3水溶性酚醛樹脂膠特點(diǎn)：游離酚含量小于2.5％，對人體危害小，節(jié)省有機(jī)溶劑，成本低。應(yīng)用：高級膠合板，塑料等。固化溫度120－145oC，

壓力0.29－2.06MP。3改性酚醛樹脂膠粘劑改性目的：提高膠接韌性，耐介質(zhì)性3.1酚醛－丁睛膠粘劑酚醛樹脂－主體丁睛－該性成分配比為1：1較好型號：J－01，J－03，J－04，J－015，J－16等3.2酚醛－聚乙烯醇縮醛膠粘劑特點(diǎn)A耐低溫和較高溫度B.耐大氣老化C.耐介質(zhì)D.較佳配比約5：23.3酚醛－尼龍膠粘劑SY－7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(shí)間：1小時(shí)固化熱固性樹脂膠粘劑（之二）環(huán)氧樹脂膠粘劑：由環(huán)氧樹脂、固化劑、促進(jìn)劑、改性劑、稀釋劑、填料等組成的液態(tài)或固態(tài)膠粘劑。膠粘過程是一個(gè)復(fù)雜的物理和化學(xué)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(gè)整體。膠接性能(強(qiáng)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(jì)、膠粘劑的制備工藝和貯存以及膠接工藝等密切相關(guān)，同時(shí)還受周圍環(huán)境(應(yīng)力、溫度、濕度、介質(zhì)等)的制約。應(yīng)用：由于環(huán)氧膠粘劑的粘接強(qiáng)度高、通用性強(qiáng)，曾有“萬能膠”、“大力膠”之稱。已在航空、航天、汽車、機(jī)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(yīng)用。

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(jī))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1