胶粘剂与涂料讲稿.ppt

关于胶粘剂与涂料第一页，讲稿共一百六十页哦l你使用过胶粘剂吗？你使用过胶粘剂吗？什么情况下使用的胶粘剂？什么情况下使用的胶粘剂？l你知道几种胶粘剂？你知道几种胶粘剂？他们的主要成分是什么？他们的主要成分是什么？第二页，讲稿共一百六十页哦l绪论绪论l本绪论要点：本绪论要点：l1，胶粘剂的定义；胶粘剂的定义；2，胶粘剂与胶接技术的特点；胶粘剂与胶接技术的特点；3，在林在林产品加工中的应用；产品加工中的应用；4，发展方向，发展方向一、胶粘剂的定义：一、胶粘剂的定义：胶粘剂胶粘剂就是在一定条件下通过就是在一定条件下通过粘附粘附作用能把被粘物结作用能把被粘物结合在一起的物质，又叫粘合剂、胶黏剂，习惯上称为胶合在一起的物质，又叫粘合剂、胶黏剂，习惯上称为胶（但不宜称作胶水）。（但不宜称作胶水）。几个常用术语：几个常用术语：粘附粘附：两个表面靠化学力、物理力或两者兼有的力使之：两个表面靠化学力、物理力或两者兼有的力使之结合在一起的状态。结合在一起的状态。胶合、胶合、胶接、粘接、粘结胶接、粘接、粘结：用胶粘剂将被粘物连接在：用胶粘剂将被粘物连接在一起的过程。一起的过程。胶接技术胶接技术：选择适宜的胶粘剂，选择适当的接头形：选择适宜的胶粘剂，选择适当的接头形式，采用合理的粘接工艺而达到粘接目的的方法。式，采用合理的粘接工艺而达到粘接目的的方法。第三页，讲稿共一百六十页哦 粘度粘度：流体层间的剪切应力与层间剪切速率之比。粘度：流体层间的剪切应力与层间剪切速率之比。粘度是流体流动阻力的量度。单位：是流体流动阻力的量度。单位：mPaS。胶接强度胶接强度：胶接面破坏时，单位面积破坏所需的力。：胶接面破坏时，单位面积破坏所需的力。单位：单位：MPa，kg/cm2。二、胶粘剂与胶接技术的特点及在国民经济中的二、胶粘剂与胶接技术的特点及在国民经济中的地位与作用地位与作用1，胶粘剂与胶接技术的特点，胶粘剂与胶接技术的特点 胶粘剂和胶接技术与传统的胶粘剂和胶接技术与传统的铆接、螺铆接、螺接、焊接接、焊接等连接技术相比有很多特点。等连接技术相比有很多特点。1）胶接适用范围广）胶接适用范围广 胶接不受被胶接材胶接不受被胶接材料的类型、几何形状的限制。厚、薄，料的类型、几何形状的限制。厚、薄，硬、软，大、小，材质不同。硬、软，大、小，材质不同。第四页，讲稿共一百六十页哦2）胶接应力分布均匀、很少产生传统连接常出现的应力集）胶接应力分布均匀、很少产生传统连接常出现的应力集中现象，可以提高抗疲劳强度。中现象，可以提高抗疲劳强度。一般胶接的反复疲劳强度破坏为一般胶接的反复疲劳强度破坏为4106次，而铆接只有次，而铆接只有2105。薄板胶接耐振性比铆接或螺接高。薄板胶接耐振性比铆接或螺接高50左右。左右。3）胶接工艺简单，设备投资少，）胶接工艺简单，设备投资少，易实现机械化，生产效率高。易实现机械化，生产效率高。4）胶接可以减轻结构件重量、节约材料。）胶接可以减轻结构件重量、节约材料。采用胶接可使飞机重量下降采用胶接可使飞机重量下降20以上，成本下降以上，成本下降30以上。以上。胶粘剂的使用量是现代汽车水平的一个重要标志。胶粘剂的使用量是现代汽车水平的一个重要标志。5）胶接受力面大，机械强度高。）胶接受力面大，机械强度高。6）胶接制件表面光滑、平整、美观，能提高空气动力学）胶接制件表面光滑、平整、美观，能提高空气动力学特性和美观性。特性和美观性。7）胶接的密封性能优良，并且具有耐水、防腐和电绝缘）胶接的密封性能优良，并且具有耐水、防腐和电绝缘等性能。可以防止金属的电化学腐蚀。等性能。可以防止金属的电化学腐蚀。8）胶接可以实现）胶接可以实现精细加工和独特组装，也可功能性胶接。精细加工和独特组装，也可功能性胶接。如集成电路、人体组织胶接。如集成电路、人体组织胶接。第五页，讲稿共一百六十页哦9 9）胶接工艺温度低，对热敏部件损害小。胶接工艺温度低，对热敏部件损害小。1010）粘接修补、密封堵漏快捷高效。）粘接修补、密封堵漏快捷高效。水下修补，带电操作。水下修补，带电操作。总之，胶粘剂以其总之，胶粘剂以其胶接方便、快速、经济、节能胶接方便、快速、经济、节能而著称，而著称，已从木材加工业逐步扩展到航空、航天、航海、原子能、交通已从木材加工业逐步扩展到航空、航天、航海、原子能、交通运输、机械制造、建筑、纺织、电子、化工、医疗、文化体育运输、机械制造、建筑、纺织、电子、化工、医疗、文化体育等各个领域和人民生活的各个方面。等各个领域和人民生活的各个方面。当然，胶粘剂和胶接技术还不是十全十美的，也存当然，胶粘剂和胶接技术还不是十全十美的，也存在着一些缺点。在着一些缺点。1）胶接质量容易受各种因素影响，产品性能的重现性较差。）胶接质量容易受各种因素影响，产品性能的重现性较差。2）无损检测还不成熟，胶接的可靠性还较差。）无损检测还不成熟，胶接的可靠性还较差。常常需要进行破坏性实常常需要进行破坏性实验验，周期性长，浪费试件、时间、资金。，周期性长，浪费试件、时间、资金。第六页，讲稿共一百六十页哦3）胶接物常需要表面处理，胶接工艺要求严格。）胶接物常需要表面处理，胶接工艺要求严格。PE等的等的胶合常常要进行表面处理，普通白乳胶不能在胶合常常要进行表面处理，普通白乳胶不能在0以下胶接；酚醛树脂要在较高温度下胶合。以下胶接；酚醛树脂要在较高温度下胶合。4）胶接的力学性能和耐老化性等的研究与金属等材料相比还）胶接的力学性能和耐老化性等的研究与金属等材料相比还十分不成熟。十分不成熟。规律性性差，重现性差。规律性性差，重现性差。5）高分子胶粘剂的胶接的温度使用范围限制大。）高分子胶粘剂的胶接的温度使用范围限制大。6）贮存期短。）贮存期短。总之，胶接一般强度不够高、耐热性低、耐久性总之，胶接一般强度不够高、耐热性低、耐久性较差，重复性差；无损检测还不成熟；胶接在很多方较差，重复性差；无损检测还不成熟；胶接在很多方面还不能完全代替传统的连接方式，如焊接、铆接等。面还不能完全代替传统的连接方式，如焊接、铆接等。但胶接是一门古老而年轻的技术，它的缺点通过但胶接是一门古老而年轻的技术，它的缺点通过技术进步是可以得到改进的。技术进步是可以得到改进的。第七页，讲稿共一百六十页哦2，胶粘剂在国民经济主要部门中的作用，胶粘剂在国民经济主要部门中的作用1）航空工业）航空工业 胶粘剂的使用使飞机的强度提高、结构变轻、抗疲劳性胶粘剂的使用使飞机的强度提高、结构变轻、抗疲劳性提高、寿命延长、生产效率提高。提高、寿命延长、生产效率提高。2）航天工业）航天工业 在人造卫星、宇宙飞船和运载火箭等中胶粘剂也是大显在人造卫星、宇宙飞船和运载火箭等中胶粘剂也是大显身手。胶粘剂的使用使航天器的结构轻量化、合理化，推身手。胶粘剂的使用使航天器的结构轻量化、合理化，推力大为提高。力大为提高。3 3）汽车工业）汽车工业 汽车的发展趋势应该是汽车的发展趋势应该是轻量化轻量化，以便于节能、提高车，以便于节能、提高车速。速。4 4）电子工业）电子工业 国外，胶粘剂国外，胶粘剂10102020用于电子工业。用于电子工业。第八页，讲稿共一百六十页哦三、胶粘剂在林产品木材工业中的应用三、胶粘剂在林产品木材工业中的应用 70以上的木制品使用胶粘剂。木材加工业是胶粘剂以上的木制品使用胶粘剂。木材加工业是胶粘剂用量最大的部门。据报道，前苏联约有用量最大的部门。据报道，前苏联约有80胶粘剂用于木胶粘剂用于木材加工业，日本材加工业，日本76，美国大约，美国大约60，我国大约，我国大约3050（也有说（也有说70的）。的）。1,提高木材利用率。提高木材利用率。2,低劣质木材、小径材、残废材、加工剩余物、农副产品的有低劣质木材、小径材、残废材、加工剩余物、农副产品的有效利用；效利用；3，提高木质材料性能。，提高木质材料性能。5 5）建筑工业）建筑工业 建筑工业是胶粘剂和密封剂最大的应用市场之一。建筑工业是胶粘剂和密封剂最大的应用市场之一。6 6）制鞋工业）制鞋工业 世界鞋年产量世界鞋年产量100100亿双，中国最多，为亿双，中国最多，为3030亿。亿。70708080是胶粘鞋。是胶粘鞋。7 7）包装工业）包装工业第九页，讲稿共一百六十页哦四、胶粘剂的发展历史与展望四、胶粘剂的发展历史与展望一、一、历史历史 几千年前人类就开始使用胶粘剂，主要是一些天然的几千年前人类就开始使用胶粘剂，主要是一些天然的无机胶粘剂和动植物胶粘剂。无机胶粘剂和动植物胶粘剂。而只有合成胶粘剂的出现才使得胶粘剂得以长足发展而只有合成胶粘剂的出现才使得胶粘剂得以长足发展，也才使得胶粘剂成为一门科学，一门，也才使得胶粘剂成为一门科学，一门发展最快的新兴发展最快的新兴的边缘学科的边缘学科。合成树脂胶粘剂的发展可大致分为。合成树脂胶粘剂的发展可大致分为3个阶段，个阶段，诞生期：诞生期：20世纪初至世纪初至30年代，成长期：年代，成长期：20世纪世纪30年代至年代至60年代，成熟期：年代，成熟期：60年代以后。年代以后。我国胶粘剂品种已从我国胶粘剂品种已从1983年的年的600种，猛增到种，猛增到3500种，种，2003年产量已达到年产量已达到430万吨。万吨。（？）？）我国人造板我国人造板2003年产量为年产量为4553万万M3，其用胶量约为：，其用胶量约为：4553万万M3 0.1吨吨/M3 455.3万吨。如果换算成液体胶大万吨。如果换算成液体胶大概为概为900万吨！万吨！第十页，讲稿共一百六十页哦二、胶粘剂的发展方向与前景二、胶粘剂的发展方向与前景1）遵循）遵循4E原则原则 21世纪的发展强调世纪的发展强调绿色环保可持续发展绿色环保可持续发展，开发胶粘剂和，开发胶粘剂和密封剂新品种不能只强调使用价值，还必须考虑环保价值。密封剂新品种不能只强调使用价值，还必须考虑环保价值。国际产业的发展要求是国际产业的发展要求是生态环境生态环境（Environment）、）、节约能节约能源源（Energy）、）、经济效益经济效益（Economy）并举，简称）并举，简称3E要求要求；而对于胶粘剂则提出了而对于胶粘剂则提出了4E要求：低成本要求：低成本（Economics）、节、节约能源约能源（Energy）、高性能、高性能（Excellence）、无公害、无公害（Environment）。出于对出于对环境保护环境保护的要求，胶粘剂的发展方向出现了新特的要求，胶粘剂的发展方向出现了新特征，主要是征，主要是水性化、固体化、无溶剂化、低毒化、高固体含量水性化、固体化、无溶剂化、低毒化、高固体含量化化等。等。第十一页，讲稿共一百六十页哦2）采用新技术采用新技术 共混与复合技术、纳米技术、生物工程技术共混与复合技术、纳米技术、生物工程技术、辐射固化、辐射固化技术、可降解技术技术、可降解技术 国外已经将纳米级国外已经将纳米级SiO2用于胶粘剂；美国康涅狄格用于胶粘剂；美国康涅狄格大学仿照贝壳胶粘剂，研制出一种可在几分（秒）内固大学仿照贝壳胶粘剂，研制出一种可在几分（秒）内固化、形成高强度的胶粘剂，可用于治疗骨折或肌肉创伤。化、形成高强度的胶粘剂，可用于治疗骨折或肌肉创伤。3）重视开拓市场和重视基础研究）重视开拓市场和重视基础研究4）加强国内、国际合作与交流）加强国内、国际合作与交流 第十二页，讲稿共一百六十页哦第一章第一章 胶接理论基础胶接理论基础本章要点：本章要点：1.胶接理论定义；胶接理论定义；2.胶粘剂在国民经济建设（特别是木材加工工业）中的地胶粘剂在国民经济建设（特别是木材加工工业）中的地位；位；3.几种胶接理论的要点、局限性；几种胶接理论的要点、局限性；4.接触角的概念与意义，胶粘剂对被粘物表面的湿润以接触角的概念与意义，胶粘剂对被粘物表面的湿润以及接触角与胶接质量的关系及接触角与胶接质量的关系。第十三页，讲稿共一百六十页哦 胶接是一个复杂的物理化学过程。胶接是一个复杂的物理化学过程。它包括胶粘剂与被粘物它包括胶粘剂与被粘物的接触、胶粘剂的液化流动、对被粘物的润湿、扩散、渗透、固的接触、胶粘剂的液化流动、对被粘物的润湿、扩散、渗透、固化等。胶接涉及到高分子化学、高分子物理学、界面化学、材料化等。胶接涉及到高分子化学、高分子物理学、界面化学、材料力学、热力学、流变学等多门学科。因此，它是一门跨学科的科力学、热力学、流变学等多门学科。因此，它是一门跨学科的科学技术。学技术。胶接理论在胶接理论在20世纪世纪40年代开始提出。胶接技术在航空航年代开始提出。胶接技术在航空航天飞行器等尖端科技领域的应用，使得胶接理论的研究获天飞行器等尖端科技领域的应用，使得胶接理论的研究获得了新动力。得了新动力。胶接界面的作用力与胶接强度直接相关。一般认为有胶接界面的作用力与胶接强度直接相关。一般认为有3种主要的界面力：种主要的界面力：1,锚合、摩擦作用产生的机械力。可达锚合、摩擦作用产生的机械力。可达1.47MPa;2,分子间力。分子间力。71027103MPa；3，化学键力。，化学键力。71037104MPa。不同情况下，作用不同。不同情况下，作用不同。事实上，胶接强度只有理论值的很少部分。事实上，胶接强度只有理论值的很少部分。第一章第一章 胶接理论基础胶接理论基础第十四页，讲稿共一百六十页哦第一节第一节 胶接理论胶接理论 胶接理论胶接理论就是解释就是解释胶接力胶接力形成机理，解释胶接现象的理论。形成机理，解释胶接现象的理论。胶接胶接理论对于指导胶接技术、指导胶粘剂的研究开发具有十分重要的理论对于指导胶接技术、指导胶粘剂的研究开发具有十分重要的作用。作用。一、机械理论一、机械理论 由由Mcbain和和Hopkis提出。提出。要点：要点：机械理论认为胶粘剂渗入被粘物的凹陷处、缝隙或机械理论认为胶粘剂渗入被粘物的凹陷处、缝隙或/和孔隙和孔隙内，固化后产生内，固化后产生锚合、钩合、楔合锚合、钩合、楔合等作用，使被粘物胶接在一等作用，使被粘物胶接在一起。简而言之，机械理论就是只把胶接看成是纯粹的起。简而言之，机械理论就是只把胶接看成是纯粹的机械嵌定作机械嵌定作用用。机械作用一般有：嵌装，钩合（可以是分子级的）、锚机械作用一般有：嵌装，钩合（可以是分子级的）、锚合、钉合、树根固定等。合、钉合、树根固定等。第十五页，讲稿共一百六十页哦 机械理论是最早提出的胶接理论。机械理论是最早提出的胶接理论。它对解释木材等它对解释木材等多孔性多孔性材料及表面粗糙的材料材料及表面粗糙的材料的胶接很有贡献，已在胶接实践中得到的胶接很有贡献，已在胶接实践中得到验证。如，为了得到高的胶接强度，塑料、金属、玻璃等通过验证。如，为了得到高的胶接强度，塑料、金属、玻璃等通过砂光、喷砂处理等使表面粗糙后再胶接。砂光、喷砂处理等使表面粗糙后再胶接。适度胶接温度与压力，是产生足够胶钉的条件。适度胶接温度与压力，是产生足够胶钉的条件。有些材料按照润湿、分子间力等的概念是难以得到良好有些材料按照润湿、分子间力等的概念是难以得到良好胶接的，但机械理论却可以解释它们最终可以获得良好胶胶接的，但机械理论却可以解释它们最终可以获得良好胶接的原因。如聚乙烯塑料胶接木材单板制造胶合板。接的原因。如聚乙烯塑料胶接木材单板制造胶合板。局限性局限性：机械理论无法解释非多孔性材料，如玻璃、金：机械理论无法解释非多孔性材料，如玻璃、金属等物体的胶接现象，也无法解释材料表面的化学变化对属等物体的胶接现象，也无法解释材料表面的化学变化对胶接作用的影响。胶接作用的影响。第十六页，讲稿共一百六十页哦二、二、吸附理论吸附理论 要点：要点：吸附理论认为胶粘剂分子通过吸附理论认为胶粘剂分子通过布朗运动布朗运动向被粘物表面向被粘物表面移动，使二者的移动，使二者的极性分子极性分子基团和链段靠近，当分子间距小于基团和链段靠近，当分子间距小于0.5 1nm时，便产生分子间力，即范德华力，而形成粘接。时，便产生分子间力，即范德华力，而形成粘接。20世纪世纪40年代提出的。年代提出的。为大多数学者所认可。为大多数学者所认可。吸附理论认为吸附理论认为胶接作用是胶粘剂分子与被粘物分子在界面相胶接作用是胶粘剂分子与被粘物分子在界面相互吸附而产生的互吸附而产生的。胶接作用是物理吸附与化学吸附共同作用产生。胶接作用是物理吸附与化学吸附共同作用产生的。的。物理吸附才是胶接作用的普遍性原因物理吸附才是胶接作用的普遍性原因。吸附理论已被很多。吸附理论已被很多事实所证明。如，改性乳胶胶接玻璃、金属时，随着共聚物中事实所证明。如，改性乳胶胶接玻璃、金属时，随着共聚物中COOH的量的增加胶接强度提高；环氧树脂胶接铝合金，胶接的量的增加胶接强度提高；环氧树脂胶接铝合金，胶接强度跟强度跟OH的量呈正向变化。的量呈正向变化。吸附理论的特点吸附理论的特点1，分子间力普遍存在。同一种胶粘剂可以胶接不同材料，说，分子间力普遍存在。同一种胶粘剂可以胶接不同材料，说明了吸附作用的普遍存在。明了吸附作用的普遍存在。第十七页，讲稿共一百六十页哦 2，吸附理论建立在热力学平衡基础上，据此可以推断出胶接，吸附理论建立在热力学平衡基础上，据此可以推断出胶接功。进而可以比较理论强度。（实际上，实际强度比理论强度功。进而可以比较理论强度。（实际上，实际强度比理论强度低低1到几个数量级；到几个数量级；3，润湿是影响胶接强度的重要因素，是吸附理论的核心内容。，润湿是影响胶接强度的重要因素，是吸附理论的核心内容。胶接力的产生一般认为可分成两个阶段：胶接力的产生一般认为可分成两个阶段：1，胶粘剂分子通过，胶粘剂分子通过布朗运动向物体表面运动，使分子链段或极性基团相互靠近布朗运动向物体表面运动，使分子链段或极性基团相互靠近（通过提高温度、降低粘度、加压等有利于布朗运动）（通过提高温度、降低粘度、加压等有利于布朗运动）。2，吸附，吸附引力产生。引力产生。与胶粘剂和被粘物的极性，分子间距，吸附点数等有关与胶粘剂和被粘物的极性，分子间距，吸附点数等有关。吸附理论的局限性：吸附理论的局限性：1，不能解释，不能解释胶接的内聚破坏胶接的内聚破坏这一现象；这一现象；2，无法解释测定的，无法解释测定的胶胶接强度接强度的大小与剥离速度有关的现象；的大小与剥离速度有关的现象；3，无法解释，无法解释非极性材料非极性材料的胶接。的胶接。4，被胶接物表面经硅烷偶联剂处理后，对环氧树脂的润，被胶接物表面经硅烷偶联剂处理后，对环氧树脂的润湿性变差，但胶接强度却上升。湿性变差，但胶接强度却上升。第十八页，讲稿共一百六十页哦三、三、扩散理论扩散理论 要点：要点：扩散理论认为胶粘剂和被粘物分子相互扩散，大分扩散理论认为胶粘剂和被粘物分子相互扩散，大分子相互缠结交织或在界面发生互溶，导致界面消失和过渡区的产子相互缠结交织或在界面发生互溶，导致界面消失和过渡区的产生，从而固化后形成牢固的胶合。生，从而固化后形成牢固的胶合。扩散理论又称为分子渗透理论，适用于扩散理论又称为分子渗透理论，适用于解释同种或结构解释同种或结构、性性能相近的高分子材料之间的胶接。如聚合物在溶剂或热作用下的能相近的高分子材料之间的胶接。如聚合物在溶剂或热作用下的自粘。溶解性相近的聚合物的表面粘接。自粘。溶解性相近的聚合物的表面粘接。几条规律：几条规律：1，胶接强度随时间增加、温度升高、压力增，胶接强度随时间增加、温度升高、压力增大和胶层厚度减小而升高；大和胶层厚度减小而升高；2，分子量过高、缠结、卷曲等不，分子量过高、缠结、卷曲等不利于润湿、扩散；利于润湿、扩散；3，分子链柔顺、交联度小，有利于扩散，分子链柔顺、交联度小，有利于扩散，提高胶接强度。提高胶接强度。扩散理论的局限性：扩散理论的局限性：不能解释聚合物胶粘剂与金属、玻璃、不能解释聚合物胶粘剂与金属、玻璃、陶瓷等无机物的胶接过程；无法解释一些胶粘剂与被胶接物的溶解陶瓷等无机物的胶接过程；无法解释一些胶粘剂与被胶接物的溶解度参数近似却难以得到良好的胶接的现象。度参数近似却难以得到良好的胶接的现象。第十九页，讲稿共一百六十页哦四、静电理论四、静电理论静电理论要点：又称为双电层理论，它认为胶粘剂与静电理论要点：又称为双电层理论，它认为胶粘剂与被粘物接触的界面上形成双电层，由于静电的相互吸被粘物接触的界面上形成双电层，由于静电的相互吸引而产生胶接力。引而产生胶接力。静电理论的局限性静电理论的局限性：不能解释：不能解释性能相同或相近性能相同或相近的聚合的聚合物之间的胶接；物之间的胶接；无法解释导电胶粘剂以及用碳黑作填料无法解释导电胶粘剂以及用碳黑作填料的胶粘剂的胶接过程的胶粘剂的胶接过程；静电理论无法解释温度等因素；静电理论无法解释温度等因素对剥离实验结果的影响；实际上，一般静电力小于对剥离实验结果的影响；实际上，一般静电力小于0.04MPa，静电力对胶接强度的贡献是微不足道的。，静电力对胶接强度的贡献是微不足道的。几个事实：几个事实：1，从一个表面剥离胶合膜，实际功为，从一个表面剥离胶合膜，实际功为10-310J/cm2，而理论值为，而理论值为10-5 10-4 J/cm2。2，剥离功，剥离功（粘附力）与剥离速度有关（快速剥离时电荷逸出少，（粘附力）与剥离速度有关（快速剥离时电荷逸出少，剥离功大），与理论分析不符。剥离功大），与理论分析不符。3，在干燥的暗室里剥离，在干燥的暗室里剥离薄膜时，有撕裂声并伴随闪光。薄膜时，有撕裂声并伴随闪光。4，用吸附理论及其他理，用吸附理论及其他理论不能满意解释非极性聚合物论不能满意解释非极性聚合物第二十页，讲稿共一百六十页哦形成化学键胶接的几种方法。形成化学键胶接的几种方法。1，胶粘剂和被胶接物之间的活性基团在一定条件，胶粘剂和被胶接物之间的活性基团在一定条件下反应形成化学键。下反应形成化学键。2，加入偶联剂；，加入偶联剂；3，通过表面处，通过表面处理产生活性基团。理产生活性基团。化学键理论的局限性：化学键理论的局限性：不能解释大多数不发生化学反应的不能解释大多数不发生化学反应的胶接现象。（胶接现象。（化学键的形成是有条件的，很多情况下难以形成化学键）化学键的形成是有条件的，很多情况下难以形成化学键）。五、化学键理论五、化学键理论化学键理论要点：认为胶接作用是由于胶粘剂分子与被粘物化学键理论要点：认为胶接作用是由于胶粘剂分子与被粘物表面通过化学反应形成化学键的结果。表面通过化学反应形成化学键的结果。化学键能比分子间力要高化学键能比分子间力要高12个数量级，如能形成化个数量级，如能形成化学键，则会获得高强度、抗老化的胶接。对于木材等的学键，则会获得高强度、抗老化的胶接。对于木材等的胶接很有指导意义。胶接很有指导意义。几个事实：几个事实：1，硫化橡胶与黄铜表面形成硫化亚铜，产，硫化橡胶与黄铜表面形成硫化亚铜，产生化学键；生化学键；2，聚烯烃材料难以胶合，但通过等离子处理，聚烯烃材料难以胶合，但通过等离子处理产生产生COOH、OH等基团，能够与环氧树脂发生等基团，能够与环氧树脂发生化学反应，提高胶接强度；化学反应，提高胶接强度；3，聚氨酯、异氰酸酯，聚氨酯、异氰酸酯胶接木材能够产生化学键。胶接木材能够产生化学键。第二十一页，讲稿共一百六十页哦第二节、胶接界面化学第二节、胶接界面化学胶接作用的形成，一是润湿，一是粘合力胶接作用的形成，一是润湿，一是粘合力,二者缺一不可。二者缺一不可。一、润湿一、润湿 润湿是液体在固体表面的铺展现象。润湿是液体在固体表面的铺展现象。接触角是液体接触角是液体与固体接触后，固液气三相交界处形成的角度，即通过与固体接触后，固液气三相交界处形成的角度，即通过固液气三相点所作液滴曲面的切线与液体接触一面的固固液气三相点所作液滴曲面的切线与液体接触一面的固体平面的夹角，常用体平面的夹角，常用表示。表示。SLLSL（LV）表示）表示 液体表面张力，液体表面张力，S（SV）表示固体表面）表示固体表面能，能，SL 为固液界面张力。为固液界面张力。第二十二页，讲稿共一百六十页哦由图可见，固体表面能促进液滴铺展，而液体表面张力则促由图可见，固体表面能促进液滴铺展，而液体表面张力则促使液滴收缩，达到平衡时则有：使液滴收缩，达到平衡时则有：SL L cos=S Young 氏方程。氏方程。越小，铺展越大，润湿性越好。越小，铺展越大，润湿性越好。0 表示完全润表示完全润湿，湿，90o表示难以润湿；表示难以润湿；180o表示完全不能润湿。表示完全不能润湿。SLLS第二十三页，讲稿共一百六十页哦 二、二、固体表面能固体表面能的测定方法临界表面张力的测定方法临界表面张力（C）0 10 15 20 25液体的表面张力液体的表面张力(10-5 N/cm)cos 1第二十四页，讲稿共一百六十页哦三、界面化学特性与胶接强度的关系cos 或固体表面能剪切强度剪切强度第二十五页，讲稿共一百六十页哦第三节、胶接流变学与胶接破坏第三节、胶接流变学与胶接破坏粘度或活性时间（加入固化剂）粘度或活性时间（加入固化剂）胶胶接接强强度度一、胶粘剂粘度对胶接强度的影响一、胶粘剂粘度对胶接强度的影响第二十六页，讲稿共一百六十页哦二、胶接破坏胶接接头结构组成示意图胶接接头结构组成示意图1，9被胶接物；被胶接物；2，8受胶粘剂影响的被胶接物层；受胶粘剂影响的被胶接物层；3，7胶粘剂与被胶接物的界面层；胶粘剂与被胶接物的界面层；4，6受界面影受界面影响的胶粘剂层；响的胶粘剂层；5，胶粘剂，胶粘剂123456789接头的破坏强接头的破坏强度：单位面积度：单位面积或单位胶接长或单位胶接长度上所能承受度上所能承受的最大载荷。的最大载荷。胶接接头破坏类型：胶接接头破坏类型：1，被胶接物破坏；，被胶接物破坏；2，内聚破坏；，内聚破坏；3，界面破坏；，界面破坏；4，混合破坏。，混合破坏。第二十七页，讲稿共一百六十页哦三、影响胶接强度的因素三、影响胶接强度的因素1，胶粘剂的分子量、分子结构、极性，胶粘剂的分子量、分子结构、极性 分子量分子量润湿性、内聚力；分子结构：线形、支型、体型；极性润湿性、内聚力；分子结构：线形、支型、体型；极性2，弱界面层，弱界面层 被胶接材料和胶粘剂中，由于材料表面与内部存在着性被胶接材料和胶粘剂中，由于材料表面与内部存在着性质上的差异而造成结构不均匀性弱界面层。质上的差异而造成结构不均匀性弱界面层。主要对物理吸附的胶接体系产生影响，对化学胶接理主要对物理吸附的胶接体系产生影响，对化学胶接理论和自粘体系影响不大。论和自粘体系影响不大。1)物理吸附，物理吸附，2）胶接体系中存在不相容的低分子物，）胶接体系中存在不相容的低分子物，3）低分子物对被胶接物的吸引力大。）低分子物对被胶接物的吸引力大。3，内应力，内应力 内应力主要是收缩应力和热应力内应力主要是收缩应力和热应力4，环境应力，环境应力 机械力，温度变化（机械力，温度变化（两端温度不同时，小分子易发生移动两端温度不同时，小分子易发生移动），表面污），表面污染，湿度变化，微生物、霉菌。染，湿度变化，微生物、霉菌。第二十八页，讲稿共一百六十页哦四、胶接耐久性四、胶接耐久性胶接耐久性：胶接接头在使用和存放过程中长期保持其性胶接耐久性：胶接接头在使用和存放过程中长期保持其性能的能力。能的能力。胶接接头使用条件主要有外力的作用胶接接头使用条件主要有外力的作用(蠕变和疲劳）和蠕变和疲劳）和外部环境的作用（老化）。外部环境的作用（老化）。蠕变破坏：在一小于静态破坏力的负荷下，胶接蠕变破坏：在一小于静态破坏力的负荷下，胶接接头随时间发生塑性形变，失去尺寸稳定性，最后导接头随时间发生塑性形变，失去尺寸稳定性，最后导致破坏。致破坏。P1 P125%时，时，由于生成大量的羟甲基脲和游离尿素，使胶合产品湿强度下由于生成大量的羟甲基脲和游离尿素，使胶合产品湿强度下降严重。降严重。树树脂脂性性能能1 2 3加料次数加料次数树脂贮存稳定性树脂贮存稳定性游离游离F含量和胶合产品游离含量和胶合产品游离F释释放量放量第三十八页，讲稿共一百六十页哦（二）（二）反应介质的反应介质的pH值值大多数工厂采用弱碱弱酸弱碱合成工艺。大多数工厂采用弱碱弱酸弱碱合成工艺。1，加成阶段，加成阶段 pH值在值在79，常用，常用 pH值在值在46，节省合成时间、酸碱用量，节省合成时间、酸碱用量 pH值值3，不常用，合成温度低、时间短、，不常用，合成温度低、时间短、F低。但树脂低。但树脂固化困难，产品性能较差。固化困难，产品性能较差。2，缩聚阶段，缩聚阶段（加成阶段（加成阶段 pH值在值在79的情况下，）缩聚的情况下，）缩聚pH值在值在46。3，脱水及贮存，脱水及贮存 pH值在值在77.5第三十九页，讲稿共一百六十页哦（三）（三）反应温度反应温度 大多数工厂采用弱碱弱酸弱碱合成工艺时，开始大多数工厂采用弱碱弱酸弱碱合成工艺时，开始是缓慢升温，然后在是缓慢升温，然后在90度反应，最后在度反应，最后在7080度脱水。度脱水。（四）（四）反应时间反应时间 与反应温度、介质与反应温度、介质pH值等直接相关。实际就是反应值等直接相关。实际就是反应终点的控制问题。终点的控制问题。（五）（五）原料原料尿素：硫酸盐含量尿素：硫酸盐含量0.01，缩二脲，缩二脲0.7，游离氨，游离氨0.015。甲醛：工业浓度约甲醛：工业浓度约37。甲酸甲酸0.1；甲醇应尽可能少。（；甲醇应尽可能少。（UF预缩液）预缩液）铁加速康尼查罗反应，影响树脂颜色。应铁加速康尼查罗反应，影响树脂颜色。应4 贮存期贮存期/d 30第四十六页，讲稿共一百六十页哦 五、脲醛树脂的调制五、脲醛树脂的调制 又称调胶，是胶粘剂使用过程中的一道重要工序。又称调胶，是胶粘剂使用过程中的一道重要工序。（一）固化剂（一）固化剂 可以降低胶粘剂可以降低胶粘剂pH值，使树脂在使用时能够快速固化。值，使树脂在使用时能够快速固化。常是酸或可以放出酸的物质。常是酸或可以放出酸的物质。酸类：无机酸，有机酸；酸性盐；潜伏型。酸类：无机酸，有机酸；酸性盐；潜伏型。固化剂选择原则：固化剂选择原则：1，根据人造板生产工艺：适用期要长（，根据人造板生产工艺：适用期要长（4h），胶），胶合时固化要快。刨花板表、芯层固化剂量、种类有别。合时固化要快。刨花板表、芯层固化剂量、种类有别。2，根据气候条件或气温变化调节固化剂用量、种类。，根据气候条件或气温变化调节固化剂用量、种类。3，固化后胶层的，固化后胶层的pH值不可过高或过低。值不可过高或过低。第四十七页，讲稿共一百六十页哦固化剂选择原则：固化剂选择原则：4，固化剂应无毒、无污染、水溶性好、价格低廉。，固化剂应无毒、无污染、水溶性好、价格低廉。工厂现在一般用工厂现在一般用NH4Cl。常与氨水、尿素、六次甲基四胺等。常与氨水、尿素、六次甲基四胺等配合使用。配合使用。固化剂固化剂 用量（）用量（）固化时间（固化时间（S）适用期适用期(分分)NH4Cl 0.5 22.5 140NH4Cl+氨水氨水 1 26.5 300六次六次+NH4Cl 1 37 420NH4Cl+六次六次+尿素水尿素水 10 40 600第四十八页，讲稿共一百六十页哦 五、脲醛树脂的调制五、脲醛树脂的调制（二）助剂（二）助剂 1，填料和增量剂，填料和增量剂 作用：节约树脂用量，降低成本；增加胶液粘度，避免透作用：节约树脂用量，降低成本；增加胶液粘度，避免透胶、缺胶；降低胶层收缩产生的内应力，提高胶层的耐老化性。胶、缺胶；降低胶层收缩产生的内应力，提高胶层的耐老化性。A，填料，填料 一般是不溶于水的固体颗粒状物质。种一般是不溶于水的固体颗粒状物质。种类有：无机物，果壳类，木粉，茶叶粉等。类有：无机物，果壳类，木粉，茶叶粉等。填料可以提高胶粘剂的粘度，防止透胶，降低成本。研填料可以提高胶粘剂的粘度，防止透胶，降低成本。研究还发现填料可以降低游离甲醛，提高耐老化性，提高机械究还发现填料可以降低游离甲醛，提高耐老化性，提高机械性能。性能。纳米填料的研究将是一个重要方向，对提高胶接性纳米填料的研究将是一个重要方向，对提高胶接性能，降低游离甲醛都会有十分重要的意义。能，降低游离甲醛都会有十分重要的意义。第四十九页，讲稿共一百六十页哦 B，增量剂，增量剂 一般是溶于水或能形成糊状的固体物质。一般是溶于水或能形成糊状的固体物质。种类有：淀粉类，可溶性纤维素类，蛋白质类等。种类有：淀粉类，可溶性纤维素类，蛋白质类等。小麦粉是工厂最常用的增量剂，可以赋予胶粘剂的预小麦粉是工厂最常用的增量剂，可以赋予胶粘剂的预压性能，提高胶接工艺性能，提高胶液粘度，防止透胶。压性能，提高胶接工艺性能，提高胶液粘度，防止透胶。豆粉带有豆粉带有NH2，可以延长适用期，可以参与反应，降低游离，可以延长适用期，可以参与反应，降低游离甲醛。甲醛。填料和增量剂的用量一般为填料和增量剂的用量一般为530，最大可达，最大可达100200。填料用量对填料用量对UF树脂老化性能的影响树脂老化性能的影响胶层厚度 填料量 放置天数 胶接强度（Mpa）0.5 0 30 5.2 10 7.31 0 0 10 6.8第五十页，讲稿共一百六十页哦2，发泡剂，发泡剂 在在UF树脂中加入发泡剂，通过搅拌可以使体积增大到树脂中加入发泡剂，通过搅拌可以使体积增大到34倍。可以避免透胶，减少用胶量，降低成本。倍。可以避免透胶，减少用胶量，降低成本。主要有主要有血粉、明胶、表面活性剂等。血粉、明胶、表面活性剂等。助剂很多，还有防水剂、阻燃剂、甲醛捕捉剂等，助剂很多，还有防水剂、阻燃剂、甲醛捕捉剂等，可根据需要加入。可根据需要加入。调胶实例调胶实例P73：刨花板表层与芯层的调胶工艺不同。刨花板表层与芯层的调胶工艺不同。六、脲醛树脂胶粘剂的改性六、脲醛树脂胶粘剂的改性 UF树脂胶粘剂的缺点：耐沸水性差，不能用作室外人树脂胶粘剂的缺点：耐沸水性差，不能用作室外人造板；耐老化性差；胶接制品有甲醛释放，污染空气。造板；耐老化性差；胶接制品有甲醛释放，污染空气。第五十一页，讲稿共一百六十页哦 改性方法：共聚或与其他树脂共混；加入改性剂。改性方法：共聚或与其他树脂共混；加入改性剂。（一）提高耐水性（一）提高耐水性 A，与苯酚、三聚氰胺、间苯二酚等共聚；，与苯酚、三聚氰胺、间苯二酚等共聚；B，与，与PF、MF树脂以及丁苯等橡胶类胶乳、异氰酸酯树脂共混；加入树脂以及丁苯等橡胶类胶乳、异氰酸酯树脂共混；加入改性剂：如造纸木素、环氧树脂、矿物质等。改性剂：如造纸木素、环氧树脂、矿物质等。（二）改善老化性（二）改善老化性 UF胶粘剂老化的原因：胶粘剂老化的原因：1，UF树脂的固化是不完全的，树脂的固化是不完全的，固化后仍存在有未反应的基团（固化后仍存在有未反应的基团（CH2OH、NH2等），还会等），还会进一步反应；另外还有醚键会断裂放出甲醛。进一步反应；另外还有醚键会断裂放出甲醛。2，UF树脂的树脂的羟甲基等吸水性基团通过吸、放水，产生内应力。羟甲基等吸水性基团通过吸、放水，产生内应力。3，外，外界因素。界因素。第五十二页，讲稿共一百六十页哦 六、脲醛树脂胶粘剂的改性六、脲醛树脂胶粘剂的改性（二）改善老化性（二）改善老化性 改进改进UF胶粘剂耐老化性的方法胶粘剂耐老化性的方法 1，木材表面光滑，在保证不缺胶的前提下尽量减少胶层厚，木材表面光滑，在保证不缺胶的前提下尽量减少胶层厚度；度；2，与热塑性树脂共混（，与热塑性树脂共混（PVAc乳液、丁苯胶乳）或共聚乳液、丁苯胶乳）或共聚（PVA）。加入醇类醚化封端。）。加入醇类醚化封端。3，加入各种填料和增量剂。，加入各种填料和增量剂。(如如,玻璃粉玻璃粉,Al2(O)3）4，使用合适的固化剂。（胶层，使用合适的固化剂。（胶层pH值尽量接近中性）值尽量接近中性）第五十三页，讲稿共一百六十页哦（三）降低游离甲醛释放量（三）降低游离甲醛释放量 游离甲醛释放的原因：游离甲醛释放的原因：1，胶粘剂本身的，胶粘剂本身的F残留；残留；2，UF树脂的合成反应是可逆反应，如树脂的合成反应是可逆反应，如RCH2OH RH+CH2O，热压时放出甲醛；，热压时放出甲醛；3，胶接产品使用时，由于胶，胶接产品使用时，由于胶层是弱酸性受外界湿温影响会放出层是弱酸性受外界湿温影响会放出F。改进方法改进方法1，降低摩尔比，采用合适的合成工艺。，降低摩尔比，采用合适的合成工艺。2，改进固化条件。高温和延长