第2章高等教育管理学优秀课件.ppt
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1、第2章高等教育管理学第1页,本讲稿共67页n胶接接头:胶接接头:被胶接材料通过胶黏剂进行被胶接材料通过胶黏剂进行连接的连接的部位部位。n胶接接头胶接接头的的结构形式结构形式很多很多。从接头的从接头的使用功能使用功能、受力情况受力情况出发,有以下几种基本形式出发,有以下几种基本形式。第2页,本讲稿共67页n(2)面接接头面接接头(surfacejoint)n两个被胶接物主表面胶接两个被胶接物主表面胶接n在一起在一起所形成的接头所形成的接头 第3页,本讲稿共67页n在大多数聚合物的分子相互作用,只存在在大多数聚合物的分子相互作用,只存在色散力色散力的情的情况下,一般况下,一般Z0=0.2 nm,W
2、a=10-5Jcm2,于是,于是 a 1500 MPan如果分子相互作用力不仅是色散力,还有如果分子相互作用力不仅是色散力,还有氢键力氢键力,诱诱导力导力甚至甚至化学键力化学键力的话,则值更要大得多。即使如此,的话,则值更要大得多。即使如此,这一计算出来的理想胶接胶接强度,也要比实际胶接强这一计算出来的理想胶接胶接强度,也要比实际胶接强度大度大两个数量级以上。两个数量级以上。第4页,本讲稿共67页n为了分析方便,上述为了分析方便,上述四种应力四种应力尚可简化为尚可简化为拉应力拉应力和和剪剪切力切力两类两类。拉应力包括拉应力包括均匀扯离均匀扯离(正拉正拉)力力,不均匀扯不均匀扯离离(劈裂劈裂)力
3、力和和剥离力剥离力。第5页,本讲稿共67页n理想的胶接强度理想的胶接强度,可以在一些假定的前提下计算出来。因为这,可以在一些假定的前提下计算出来。因为这是从理想状态出发的,没有考虑一系列可能影响胶接强度的是从理想状态出发的,没有考虑一系列可能影响胶接强度的实实际因素际因素,所以理想的,所以理想的胶接胶接强度比实际测得的强度比实际测得的胶接胶接强度要强度要大大几个数量级几个数量级。理想的胶接有。理想的胶接有理论意义理论意义,有利于分析理解,有利于分析理解胶接胶接的机理的机理,对实际的,对实际的胶接胶接过程有重要的过程有重要的指导意义指导意义。第6页,本讲稿共67页n接头接头胶层胶层在在外力作用外
4、力作用时时,有有四种受力情况四种受力情况。(a)正拉正拉(b)剪切剪切 (c)剥离剥离(d)劈开劈开 第7页,本讲稿共67页 不过,由于所需要的压力大,时间长,又要消耗热能,不过,由于所需要的压力大,时间长,又要消耗热能,而且有许多而且有许多降低胶接力降低胶接力的影响因素并未排除,使分子间的影响因素并未排除,使分子间不易达到紧密接触,得到的不易达到紧密接触,得到的胶接强度胶接强度并不理想。并不理想。金属、无机材料金属、无机材料不存在橡胶态不存在橡胶态,在固态的情况下,即,在固态的情况下,即使加压、加热,也不可能达到分子接触,这就更需要依使加压、加热,也不可能达到分子接触,这就更需要依靠靠胶黏剂
5、胶黏剂来实现胶接。来实现胶接。第8页,本讲稿共67页n在胶接过程中,由于胶黏剂的在胶接过程中,由于胶黏剂的流动性流动性和和较小的表面较小的表面张力张力,对被粘物表面产生,对被粘物表面产生润湿作用润湿作用,使界面分子紧密接,使界面分子紧密接触,胶黏剂分子通过触,胶黏剂分子通过自身的运动自身的运动,建立起最合适的构型,建立起最合适的构型,达到达到吸附平衡吸附平衡。随后,胶黏剂分子对被粘物表面进行随后,胶黏剂分子对被粘物表面进行跨跨越界面的扩散作用越界面的扩散作用,形成,形成扩散界面区扩散界面区。第9页,本讲稿共67页2 润湿润湿n为形成良好的为形成良好的胶接胶接,首先要求,首先要求胶粘剂胶粘剂分子
6、和被胶接材分子和被胶接材分子充分接触。为此,一般要将被胶接体表面的分子充分接触。为此,一般要将被胶接体表面的空气空气、或者或者水蒸气水蒸气等气体排除,使胶粘剂液体和被胶接材接等气体排除,使胶粘剂液体和被胶接材接触。即将触。即将气气固界面固界面转换成转换成液液固固界面,这种现象叫做界面,这种现象叫做润湿润湿,其润湿能力叫做润湿性。,其润湿能力叫做润湿性。第10页,本讲稿共67页n胶黏剂在涂胶阶段应当具有较好的胶黏剂在涂胶阶段应当具有较好的流动性流动性,而且其表面,而且其表面张力应小于被粘物的表面张力。这意味着,胶黏剂应当在张力应小于被粘物的表面张力。这意味着,胶黏剂应当在被粘物表面产生被粘物表面
7、产生润湿润湿,能,能自动铺展自动铺展到被粘物表面上。到被粘物表面上。n当被粘物表面存在凹凸不平和峰谷的粗糙表面形貌时,当被粘物表面存在凹凸不平和峰谷的粗糙表面形貌时,能因胶黏剂的润湿和铺展,起能因胶黏剂的润湿和铺展,起填平峰谷填平峰谷的作用,使两个被的作用,使两个被粘物表面通过胶黏剂而粘物表面通过胶黏剂而大面积接触大面积接触,并达到产生,并达到产生分子作用分子作用力力的的0.5 nm以下的近程距离。以下的近程距离。第11页,本讲稿共67页n气液接触时的三种状态 不润湿 部分润湿(临界)完全润湿 第12页,本讲稿共67页n判断润湿性判断润湿性可用可用接触角接触角来衡量,这可用来衡量,这可用You
8、ng方程来表示:方程来表示:SV=LV cos +SL(1)式中,式中,为接触角,也称为润湿角;为接触角,也称为润湿角;SV为固气界面张力;为固气界面张力;LV为为液气界面张力;液气界面张力;SL为固液界面张力。为固液界面张力。n此式应处于此式应处于热力学平衡状态热力学平衡状态才有意义。才有意义。第13页,本讲稿共67页可从以下几种方式来可从以下几种方式来判断润湿判断润湿:(1)从)从接触角接触角(润湿角润湿角)来判断来判断 习惯上将液体在固体表面的接触角习惯上将液体在固体表面的接触角=90 时定为润湿时定为润湿与否的分界点。与否的分界点。90 为为不润湿不润湿,90 为为润湿润湿,接触角,接
9、触角越小越小,润湿性能越好。润湿性能越好。第14页,本讲稿共67页 (2)由由Dupre胶接功胶接功的方程式来判断润湿的方程式来判断润湿 Wa=SV+LV-SL (2)式中式中Wa为为胶接功胶接功,是表征胶接性能的热力学参数。,是表征胶接性能的热力学参数。胶接功的定义:胶接功的定义:在液固接触体系中,界面受到两边分子力的作在液固接触体系中,界面受到两边分子力的作用而存在吸附作用,分离界面两相吸附作用所需的功称为粘附功用而存在吸附作用,分离界面两相吸附作用所需的功称为粘附功WA。第15页,本讲稿共67页一般一般Wa值越大,胶接力也越大,值越大,胶接力也越大,润湿性润湿性越好。因为越好。因为SV、
10、LV 两种表面张力两种表面张力测试麻烦测试麻烦,将式,将式(1)代入式代入式(2)中得:中得:Wa=LV(1+cos)此式称为此式称为Young-Dupre方程方程,越小,越小,Wa越大。越大。第16页,本讲稿共67页nZisman(奇思曼)(奇思曼)将固体表面分为将固体表面分为高能表面高能表面和和低能表面低能表面。凡。凡表面能表面能200mNm2为为高能表面高能表面,金属、金属氧化物和无机,金属、金属氧化物和无机化合物的表面,都是高能表面,表面能化合物的表面,都是高能表面,表面能胶黏剂的胶黏剂的LV,容易铺展润湿容易铺展润湿;低能表面的;低能表面的c 一般胶黏剂的一般胶黏剂的LV,所以,所以
11、不易铺展润湿不易铺展润湿。第17页,本讲稿共67页n临界表面张力临界表面张力c较大的被粘物,选择比被粘物较大的被粘物,选择比被粘物c小的小的胶黏剂比较容易,有较多的胶黏剂品种可供选择。但胶黏剂比较容易,有较多的胶黏剂品种可供选择。但c 越小越小,则越不容易选择能有效润湿的胶黏剂。例如,则越不容易选择能有效润湿的胶黏剂。例如,聚聚四氟乙烯四氟乙烯(PTFE)的的c只有只有19mNm,很不容易找到表面,很不容易找到表面张力比这还小的胶黏剂,所以张力比这还小的胶黏剂,所以PTFE具有具有难粘的特性难粘的特性,利,利用这一特性,将用这一特性,将PTFE热喷涂于热喷涂于锅面锅面,就可以制成不粘,就可以制
12、成不粘锅。锅。要想粘接要想粘接PTFE,只有利用,只有利用钠钠-萘溶液萘溶液进行化学处理或利进行化学处理或利用用低温等离子体低温等离子体进行处理使表面改性,才能进行粘接。进行处理使表面改性,才能进行粘接。第18页,本讲稿共67页n临界表面张力临界表面张力c的定义:的定义:Zisman根据各种同系列液体对某一根据各种同系列液体对某一种固体的浸润角呈有序变化这一规律,测定各种液体在种固体的浸润角呈有序变化这一规律,测定各种液体在某一固体表面上的接触角某一固体表面上的接触角,以,以LV 对对cos 作图得一直线,作图得一直线,将其外推到将其外推到cos=1(=0:完全浸润)处,此时的:完全浸润)处,
13、此时的LV 即为临即为临界表面张力。界表面张力。第19页,本讲稿共67页3 界面扩散界面扩散n 胶黏剂分子胶黏剂分子或或分子链段分子链段与处于与处于熔融熔融或或表面溶胀状态表面溶胀状态的的被粘聚合物表面接触时,分子之间会产生相互跨越界面的被粘聚合物表面接触时,分子之间会产生相互跨越界面的扩散扩散,界面会变成,界面会变成模糊的弥散状模糊的弥散状,两种分子也可能产生,两种分子也可能产生互互穿的缠绕穿的缠绕。这时,虽然分子间只有。这时,虽然分子间只有色散力色散力的相互作用,也的相互作用,也有可能达到有可能达到相当高相当高的胶接强度。的胶接强度。第20页,本讲稿共67页 利用胶黏剂利用胶黏剂粘接金属粘
14、接金属,由于金属分子是以金属键紧密,由于金属分子是以金属键紧密结合起来的,分子的位置固定不变,而且结合起来的,分子的位置固定不变,而且金属分子金属分子排列排列规整,有序性高,大多数能生成规整,有序性高,大多数能生成晶体晶体构造,密度大而结构造,密度大而结构致密,不但金属分子不能发生构致密,不但金属分子不能发生扩散扩散作用,就是作用,就是胶黏剂胶黏剂的分子也不可能扩散到金属相里面去。所以,胶黏剂粘的分子也不可能扩散到金属相里面去。所以,胶黏剂粘接金属形成的接金属形成的界面界面是很清晰的。是很清晰的。第21页,本讲稿共67页4 形成胶接键形成胶接键n利用胶黏剂粘接被粘物,最终的目的是形成具有一定强
15、利用胶黏剂粘接被粘物,最终的目的是形成具有一定强度能满足使用要求的度能满足使用要求的胶接接头胶接接头。润湿润湿和和扩散扩散是胶接过程中是胶接过程中出现的现象,其质量直接影响胶接键的强度。出现的现象,其质量直接影响胶接键的强度。n胶黏剂胶黏剂润湿润湿被粘物并发生被粘物并发生扩散扩散,在界面上两种分子间产生,在界面上两种分子间产生相互作用相互作用,当分子间的距离达到分子作用半径的,当分子间的距离达到分子作用半径的0.5nm以下时,以下时,会生成会生成物理吸附键物理吸附键,即,即次价键次价键。如表面发生。如表面发生化学吸咐化学吸咐,则,则生成生成化学键化学键。第22页,本讲稿共67页n 当胶黏剂当胶
16、黏剂固化固化或或硬化硬化后,生成的后,生成的胶接键胶接键即被固定下来而即被固定下来而保有强度。要获得保有强度。要获得高强度的胶接接头高强度的胶接接头,首先,首先必要的条件必要的条件是在是在界面处要能建立界面处要能建立分子级分子级的紧密接触,分子的距离一般应小于的紧密接触,分子的距离一般应小于0.5nm。否则界面作用力太小,不能承受稍大的应力。否则界面作用力太小,不能承受稍大的应力。其次,胶黏剂与被粘物界面上,最好能通过分子的扩散作其次,胶黏剂与被粘物界面上,最好能通过分子的扩散作用,形成用,形成分子间的缠结分子间的缠结,这有利于提高强度。为提高胶接强,这有利于提高强度。为提高胶接强度,还必须掌
17、握影响强度的一系列度,还必须掌握影响强度的一系列因素因素,并加以控制。,并加以控制。第23页,本讲稿共67页第二节第二节 影影 响响 胶胶 接接 作作 用用 的的 因因 素素1 胶黏剂的作用胶黏剂的作用 n 绝大多数绝大多数固体表面固体表面,从微观的尺度来看,是凹凸不平,从微观的尺度来看,是凹凸不平的,将这样的表面迭合起来,只有的,将这样的表面迭合起来,只有很小的点面很小的点面能相互接能相互接触,大部分的表面都不能接触。因此触,大部分的表面都不能接触。因此分子的总吸引力分子的总吸引力很很小,很容易被分开。胶黏剂小,很容易被分开。胶黏剂作用的目的作用的目的之一,就在于可将之一,就在于可将不规则的
18、粗糙表面填补起来,使两个接触不良的表面,通不规则的粗糙表面填补起来,使两个接触不良的表面,通过胶黏剂产生过胶黏剂产生高度的分子接触高度的分子接触,提高胶接强度。,提高胶接强度。第24页,本讲稿共67页n在开始在开始施加胶黏剂施加胶黏剂的时候,胶黏剂应当具有较好的的时候,胶黏剂应当具有较好的流流n动性动性和和润湿性润湿性,这样才能对固体表面产生良好的,这样才能对固体表面产生良好的润湿润湿n铺展铺展,起到填充凹凸不平表面的作用。然后,胶黏剂,起到填充凹凸不平表面的作用。然后,胶黏剂n又应当能够又应当能够向界面扩散向界面扩散,并在恰当的时间发生,并在恰当的时间发生固化固化或或n硬化硬化,具有较高的内
19、聚强度,能经受较大的外力作用。,具有较高的内聚强度,能经受较大的外力作用。第25页,本讲稿共67页2 粘度粘度n 无论哪一种类型的胶黏剂,在使用的时候,均要保持无论哪一种类型的胶黏剂,在使用的时候,均要保持较小的粘度较小的粘度,以利于,以利于润湿润湿、铺展铺展和和均匀地分布均匀地分布到被粘物到被粘物表面;同时还要求胶黏剂有表面;同时还要求胶黏剂有较小的表面张力较小的表面张力,才可能有,才可能有较好的较好的润湿润湿效果,自发地铺展于凹凸不平的基体表面效果,自发地铺展于凹凸不平的基体表面上,形成上,形成良好良好的分子接触。的分子接触。第26页,本讲稿共67页(1)分子量)分子量n液体的粘度液体的粘
20、度是由于液体的是由于液体的分子之间分子之间受到运动的影响而产生受到运动的影响而产生内摩内摩擦阻力擦阻力的表现。它除了受溶液浓度的影响以外,主要受的表现。它除了受溶液浓度的影响以外,主要受分分子量子量的影响:的影响:式中,式中,为高分子溶液的特性粘度;为高分子溶液的特性粘度;M为平均分子量;为平均分子量;K、a为为两个与体系有关的常数。两个与体系有关的常数。第27页,本讲稿共67页(2)溶剂溶剂n一般来说,同一高分子在一般来说,同一高分子在良溶剂良溶剂中的中的黏度黏度,要比在,要比在不良溶剂不良溶剂中的高一些。中的高一些。(3)温度温度n随着温度的升高粘度下降。热熔胶的熔融粘度受随着温度的升高粘
21、度下降。热熔胶的熔融粘度受温度温度的影响的影响更为明显。更为明显。第28页,本讲稿共67页n粘度粘度影响高分子和被粘物表面接触的紧密程度。影响高分子和被粘物表面接触的紧密程度。n粘度低粘度低,胶黏剂,胶黏剂较易润湿铺展较易润湿铺展,分子接触紧密,可得,分子接触紧密,可得到较高的胶接强度。但是,到较高的胶接强度。但是,粘度过低粘度过低,虽然利于润湿铺,虽然利于润湿铺展,但也展,但也易于流淌易于流淌,且内聚强度不会太高。,且内聚强度不会太高。第29页,本讲稿共67页n 胶黏剂的胶黏剂的粘度粘度应当是随着胶接过程的推进而应当是随着胶接过程的推进而逐步升逐步升高高,最终,最终硬化硬化或或固化固化。胶黏
22、剂在低粘度状态时的。胶黏剂在低粘度状态时的时间久一时间久一点点,可以增加接触的程度和胶接强度。从实用观点出发,可以增加接触的程度和胶接强度。从实用观点出发,绝大多数胶黏剂至少应在绝大多数胶黏剂至少应在几分钟之内几分钟之内保持相当的保持相当的流动性流动性。对对大面积大面积一次粘接时,则希望保持流动性的时间略长一次粘接时,则希望保持流动性的时间略长一点,以便顺利完成大面积的均匀涂胶。一点,以便顺利完成大面积的均匀涂胶。第30页,本讲稿共67页加入的加入的抗氧剂抗氧剂、增塑剂增塑剂、紫外光吸收剂紫外光吸收剂、润滑剂润滑剂等等低分子量助低分子量助剂剂的影响;的影响;成型加工过程中带入的成型加工过程中带
23、入的杂质杂质,如,如脱模剂脱模剂的影响;的影响;商品在贮存运输过程中,不慎带入的商品在贮存运输过程中,不慎带入的杂质杂质。第31页,本讲稿共67页n 金属、金属氧化物和各种无机物都是金属、金属氧化物和各种无机物都是高能表面高能表面,如,如与其接触的液体或胶黏剂的粘度很低,表面张力也低与其接触的液体或胶黏剂的粘度很低,表面张力也低,则则其接触角很小,可以其接触角很小,可以自动润湿铺展自动润湿铺展,分子相互接触紧,分子相互接触紧密,胶接强度可能高。密,胶接强度可能高。n 反之,许多反之,许多极性的极性的液体胶黏剂和液体胶黏剂和非极性非极性的聚乙烯或的聚乙烯或其他聚合物,由于低能表面以及和液体胶黏剂
24、的其他聚合物,由于低能表面以及和液体胶黏剂的极性不极性不相匹配相匹配,形成的接触角大,胶接效果不好,胶接强度也,形成的接触角大,胶接效果不好,胶接强度也不会高。不会高。第32页,本讲稿共67页n一次一次粘接面较小粘接面较小的,则保持低粘度时间可短一点,如的,则保持低粘度时间可短一点,如氰基丙烯酸酯类胶黏剂氰基丙烯酸酯类胶黏剂,多用于小面积快速胶接,多用于小面积快速胶接,保持低粘度时间只需几秒或几十秒。保持低粘度时间只需几秒或几十秒。n胶黏剂胶黏剂处于流动状态的时间处于流动状态的时间,是胶接过程的,是胶接过程的重要参数重要参数之一,也是胶黏剂控制适用期的之一,也是胶黏剂控制适用期的重要因素重要因
25、素。根据所要求。根据所要求的胶接水平,综合考虑胶黏剂的粘度及保持流动性的时的胶接水平,综合考虑胶黏剂的粘度及保持流动性的时间是很重要的。间是很重要的。第33页,本讲稿共67页3 表面能表面能n胶黏剂与基体之间的胶黏剂与基体之间的接触程度接触程度也受到也受到表面能表面能的影响。的影响。nZisman曾经指出,曾经指出,接触角接触角对衡量接触程度是有用的量度。对衡量接触程度是有用的量度。n 液体胶黏剂液体胶黏剂和高表面能固体之间的和高表面能固体之间的分子相互作用能分子相互作用能,般都超过液体分子本身的般都超过液体分子本身的内聚能内聚能。第34页,本讲稿共67页4 弱边界层弱边界层n胶黏剂与被粘物之
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