第五章 胶粘剂.ppt

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1、第第5章章 胶粘剂胶粘剂5.1.1胶黏剂定义及特性胶黏剂定义及特性（adhesive）：1.胶黏剂：又称粘合剂、粘接剂，简称胶。胶黏剂：又称粘合剂、粘接剂，简称胶。它是一种能够把两种它是一种能够把两种同类同类或或不同类不同类材料紧材料紧密地结合在一起的物质。密地结合在一起的物质。特性：一种媒介，其功能是使两个单特性：一种媒介，其功能是使两个单独的物质粘结成一个整体物质，该整独的物质粘结成一个整体物质，该整体物质所具备的独特性能是单独物质体物质所具备的独特性能是单独物质所不具备的。所不具备的。5.1概述概述 2.2.胶接方式相对与其他联接方法具有：应用胶接方式相对与其他联接方法具有：应用领域宽、

2、产品性能优异、施工更简单方便领域宽、产品性能优异、施工更简单方便而且经济有效。而且经济有效。胶黏剂是一类胶黏剂是一类古老古老而又而又年轻年轻的材料。的材料。1.早在数千年前，人类的祖先就已经开始使用胶黏剂。早在数千年前，人类的祖先就已经开始使用胶黏剂。许多出土文物表明，许多出土文物表明，5000年前年前我们祖先就会用粘土、淀我们祖先就会用粘土、淀粉和香松等天然产物做胶黏剂；粉和香松等天然产物做胶黏剂；4000千多年前千多年前就会用生就会用生漆做胶黏剂和涂料制造器具；漆做胶黏剂和涂料制造器具；3000年前年前的周朝已用动物的周朝已用动物胶作木船的填缝密封胶。胶作木船的填缝密封胶。6.1.2历史沿

3、革历史沿革2.两千年前两千年前的秦朝用的秦朝用糯米浆糯米浆与与石灰石灰作砂浆粘合长城的作砂浆粘合长城的基石，使万里长城成为中基石，使万里长城成为中华民族伟大文明的象征之一。华民族伟大文明的象征之一。秦俑博物馆中出土的大型彩绘秦俑博物馆中出土的大型彩绘铜车马铜车马的制造中，用了的制造中，用了磷酸盐磷酸盐无机胶黏剂。无机胶黏剂。3.公元前公元前200年年东汉时期用糯米浆糊制成棺木密封胶，配东汉时期用糯米浆糊制成棺木密封胶，配以防腐剂，使以防腐剂，使马王堆马王堆古尸出土时肌肉及关节仍有弹性古尸出土时肌肉及关节仍有弹性,足见中国胶接技术之高超。足见中国胶接技术之高超。4.到上世纪初，合成酚醛树脂的发明

4、，开创了胶黏剂的到上世纪初，合成酚醛树脂的发明，开创了胶黏剂的现代发展史。目前，与三大合成高分子材料的产量比现代发展史。目前，与三大合成高分子材料的产量比较，胶黏剂只占较，胶黏剂只占第五位第五位，但年增长速度则居，但年增长速度则居第一位第一位。5.目前，目前，胶黏剂胶黏剂的应用已渗入到国民经济中的各个部门的应用已渗入到国民经济中的各个部门,成成为工业生产中不可缺少的技术，在高技术领域中的应用也为工业生产中不可缺少的技术，在高技术领域中的应用也十分广泛。如据报导：国外在生产一辆汽车中要使用十分广泛。如据报导：国外在生产一辆汽车中要使用510kg胶黏剂；一架波音飞机的粘接面积达到胶黏剂；一架波音飞

5、机的粘接面积达到2400m2；一；一架宇航飞机需要粘接架宇航飞机需要粘接30000块陶瓷片。块陶瓷片。内饰装配粘接：内饰装配粘接：顶棚，车门内护板，顶棚，车门内护板，地毯，挡风玻璃等。地毯，挡风玻璃等。汽车结构件粘接：汽车结构件粘接：发动机中罩与前后发动机中罩与前后加强梁，通常用加强梁，通常用改改性环氧树脂胶黏剂性环氧树脂胶黏剂粘接使用的部件由粘接使用的部件由原来机内装饰、非原来机内装饰、非结构件、发展到结结构件、发展到结构件、受力件，甚构件、受力件，甚至整个机体。至整个机体。随着科学技术的发展随着科学技术的发展,目前不同行业对胶黏剂及粘接技术目前不同行业对胶黏剂及粘接技术的要求越来越高。的要

6、求越来越高。1999年年世界胶黏剂总需求量为世界胶黏剂总需求量为1800万万，预测，预测2010年将达年将达2500万万。我国目前已有我国目前已有1200多家企业，品种牌号多家企业，品种牌号3000多个，胶多个，胶黏剂生产能力黏剂生产能力300万。其中产量最大的仍然是万。其中产量最大的仍然是三醛胶三醛胶(酚醛、脲醛和三聚氰胺甲醛酚醛、脲醛和三聚氰胺甲醛)和和乳液型胶乳液型胶，二者分别，二者分别占总产量占总产量的的45.2%和和29.2%。从市场应用看，从市场应用看，建筑业建筑业用量最大，约占总胶量用量最大，约占总胶量51.8%，其，其次是次是纸包装业纸包装业，约占总胶量的，约占总胶量的12.6

7、%，第三是，第三是制鞋业制鞋业，约占约占9.0%。木材胶黏剂木材胶黏剂用量日益扩大增多，全世界木材胶黏剂产量占用量日益扩大增多，全世界木材胶黏剂产量占胶黏剂总产量的胶黏剂总产量的3/4，如美国约，如美国约60%的合成胶黏剂用于木的合成胶黏剂用于木材加工业，俄罗斯为材加工业，俄罗斯为79%，日本为，日本为75%，在我国，在我国60%70%的胶黏剂也用于木材加工业。的胶黏剂也用于木材加工业。预计预计2010年年我国合成胶黏剂的需求量将达到我国合成胶黏剂的需求量将达到480万万-500万吨万吨。2004年年中国大陆胶黏剂产量总计中国大陆胶黏剂产量总计379万吨万吨。随着我国汽车、电子电器等行业的飞快

8、发展，纳米材料随着我国汽车、电子电器等行业的飞快发展，纳米材料等新材料、新技术在胶黏剂工业中得到应用，今后胶等新材料、新技术在胶黏剂工业中得到应用，今后胶黏剂的性能将更加优异，应用范围将不断扩大。黏剂的性能将更加优异，应用范围将不断扩大。胶粘剂通常是一种混合物，主要由以下几个部胶粘剂通常是一种混合物，主要由以下几个部分组成：基料、固化剂、填料、增韧剂、稀释分组成：基料、固化剂、填料、增韧剂、稀释剂以及其他辅料配合而成。剂以及其他辅料配合而成。1.1.基料基料：构成胶粘剂的主要成分。有无机化合物、天：构成胶粘剂的主要成分。有无机化合物、天然聚合物、合成聚合物三类。然聚合物、合成聚合物三类。决定胶

9、接头的主要物理化学力学性能。例如，环氧树脂和酚醛树脂等。6.1.3胶黏剂组成胶黏剂组成2.固化剂：固化剂：是使液态基料通过是使液态基料通过化学反应化学反应，发生聚合、缩聚或，发生聚合、缩聚或交联反应，转变成交联反应，转变成高分子量固体高分子量固体，使胶接接头具有，使胶接接头具有力学强度力学强度和和稳定性稳定性的物质。不同的基料应选用固化快、质量好、用量的物质。不同的基料应选用固化快、质量好、用量少的固化剂。少的固化剂。a)固化：液体的胶粘剂通过物理化学方法变成固体的过程。物固化：液体的胶粘剂通过物理化学方法变成固体的过程。物理方法有溶解挥发、乳液凝聚、熔融体冷却；化学方法使胶理方法有溶解挥发、

10、乳液凝聚、熔融体冷却；化学方法使胶粘剂聚合成高分子物质。粘剂聚合成高分子物质。b)固化剂：固化过程所使用的化学物质。固化剂：固化过程所使用的化学物质。3.填料：填料：是是不参与反应的惰性物质不参与反应的惰性物质，可提高胶接强度、，可提高胶接强度、耐热性、尺寸稳定性并可降低成本。其品种很多，如石耐热性、尺寸稳定性并可降低成本。其品种很多，如石棉粉、铝粉、云母、石英粉、碳酸钙、钛白粉、滑石粉棉粉、铝粉、云母、石英粉、碳酸钙、钛白粉、滑石粉等。各有不同效果，根据要求选用。等。各有不同效果，根据要求选用。填料用量要求：填料用量要求：控制胶黏剂到一定黏度；控制胶黏剂到一定黏度；保证填料保证填料能润湿；能

11、润湿；达到各种胶接性能的要求。达到各种胶接性能的要求。名称名称细度细度/目目参考用参考用量量适适应应胶胶对对象象列举名称列举名称名称名称细度细度/目目参考用参考用量量适适应应胶胶对对象象列列举举名名称称氧化铝氧化铝1002002575环氧胶环氧胶石膏粉石膏粉20030010100环氧胶环氧胶氧化镁氧化镁20032530100环环氧氧胶胶、橡橡胶胶胶胶高岭土高岭土32550环氧胶环氧胶二二氧氧化化钛钛20032575100环环氧氧、橡橡胶胶、聚酯胶聚酯胶滑石粉滑石粉20010100环环氧氧、橡橡胶胶胶胶铜粉铜粉200300250环氧胶环氧胶石棉粉石棉粉1/7 1/2英寸英寸250环环氧氧、橡橡胶

12、胶胶胶碳酸钙碳酸钙20030050云母粉云母粉300325100环环氧氧、酚酚醛醛、聚酯胶聚酯胶瓷粉瓷粉200300聚聚酯酯、环环氧氧表表7-1胶粘剂中一些常用填料胶粘剂中一些常用填料4.4.稀释剂：稀释剂：能降低胶粘剂粘度的易流动的液体，加能降低胶粘剂粘度的易流动的液体，加入它可以使胶粘剂有好的渗透力，改善胶粘剂的入它可以使胶粘剂有好的渗透力，改善胶粘剂的工艺性能。可分为活性稀释剂和非活性稀释剂两工艺性能。可分为活性稀释剂和非活性稀释剂两类。类。活性稀释剂名称结构式分子量沸 点/oC用 量/%(相对胶料质量)环氧丙烷58.0835520环氧氯丙烷92.53117520环氧丙烷丁基醚13052

13、0苯基环氧乙烷120.14191.11015环氧丙烷苯基醚1512451015二缩水甘油醚1301030乙二醇二缩水甘油醚174520二环氧丁二烯86康醇缩水甘油醚525非活性稀释剂名称结构式分 子量沸点/oC用量/%(相对胶料质量)丙酮58.0856.57.7甲乙酮72.1079.64.6环己酮98.14115.6甲苯92.13110.8二甲苯106.16正丁醇C4H9OH74.121170.5丁 基 溶 纤剂HOCH2CH2OC4H9118.19171.20.1甲 基 溶 纤剂醋酸酯CH3COOCH2CH2OCH3118.16144.50.3醋 酸 乙 基溶纤剂CH3COOCH2CH2OC

14、2H5132.16156.40.2丁 基 溶 纤剂醋酸酯CH3COOCH2CH2OC4H916056.5200mNm2为为高能表面高能表面，金属、金属氧化物和无机化合，金属、金属氧化物和无机化合物的表面，都是高能表面物的表面，都是高能表面.表面能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；低能表面的表面的c一般胶黏剂的一般胶黏剂的LV，所以，所以不易铺展润湿不易铺展润湿。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。胶黏剂比较容易，有较多的胶黏剂品种可供选择。但但c越小越小，则越不容易选择能有

15、效润湿的胶黏剂。，则越不容易选择能有效润湿的胶黏剂。例如，例如，聚四氟乙烯聚四氟乙烯(PTFE)的的c只有只有19mNm，很不，很不容易找到表面张力比这还小的胶黏剂，所以容易找到表面张力比这还小的胶黏剂，所以PTFE具具有有难粘的特性难粘的特性，利用这一特性，将，利用这一特性，将PTFE热喷涂于热喷涂于锅锅面面，就可以制成不粘锅。，就可以制成不粘锅。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进行化学处理或利用理或利用低温等离子体低温等离子体进行处理使表面改性，才能进行处理使表面改性，才能进行粘接。进行粘接。3界面扩散界面扩散胶黏剂分子胶黏剂分子或或分子链段分子链段

16、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。若胶黏剂与高分子材料被粘物的若胶黏剂与高分子材料被粘物的相容性不好相容性不好，或，或润湿润湿性不良性不良，则胶黏剂分子因受到斥力作用，链段不可能发，则胶黏剂分子因受到斥力作用，链段不可能发生生

17、深度扩散，只在浅层有少许扩散，这时深度扩散，只在浅层有少许扩散，这时界面的轮廓显界面的轮廓显得分明得分明。只靠。只靠分子色散力分子色散力的吸引作用结合的界面，在外的吸引作用结合的界面，在外力作用下，容易发生滑动，所以胶接强度不会很高。力作用下，容易发生滑动，所以胶接强度不会很高。利用胶黏剂利用胶黏剂粘接金属粘接金属，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，

18、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。若对若对金属金属表面进行改性，除去松散的表面进行改性，除去松散的氧化层、污染层，氧化层、污染层，并使之生成疏松多孔状表面，或增加表面的并使之生成疏松多孔状表面，或增加表面的粗糙度粗糙度，会有，会有利于胶黏剂分子的利于胶黏剂分子的扩散扩散、渗透渗透或或相互咬合相互咬合，有可能提高，有可能提高胶胶接强度接强度。另外，选择。另外，选择强极性强极性的或能与金属表面产生的或能与金属表面产生化学键

19、化学键的胶黏剂，也能提高的胶黏剂，也能提高胶接强度胶接强度。借助。借助偶联剂偶联剂的作用，也是的作用，也是提高提高胶接强度胶接强度的有效方法。的有效方法。4形成胶接键形成胶接键利用胶黏剂粘接被粘物，最终的目的是形成具有一定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强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是胶接过程中出现的现象，其质量直接影响胶接键的强度。过程中出现的现象，其质量直接影响胶接键的强度。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，在界面上两种分子间产生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

20、，当分子间的距离达到分子作用半径的0.5nm以下时，会生成以下时，会生成物理吸附键物理吸附键，即，即次价键次价键。如表。如表面发生面发生化学吸咐化学吸咐，则生成，则生成化学键化学键。当胶黏剂当胶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。保有强度。要获得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

21、面上，最好能通过分子的扩散其次，胶黏剂与被粘物界面上，最好能通过分子的扩散作用，形成作用，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，这有利于提高强度。为提高胶接强度，还必须掌握影响强度的一系列强度，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。6.2.2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

22、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。胶黏剂的作用胶黏剂的作用粘度粘度表面能表面能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铺展铺展，起到填充凹凸不平表面的作用。然后，胶黏剂，起

23、到填充凹凸不平表面的作用。然后，胶黏剂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硬化硬化，具有较高的内聚强度，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。不同的胶黏剂品种，有各种不同的固化或硬化方式。不同的胶黏剂品种，有各种不同的固化或硬化方式。溶剂型胶黏剂溶剂型胶黏剂是通过是通过溶剂的蒸发溶剂的蒸发或或扩散扩散、渗透渗透而固化；而固化；热熔型胶黏剂热熔型胶黏剂是通过是通过降低温度降低温度而固化；而固化；化学反应型胶黏剂化学反应型胶黏剂则是在一定的温度则是在一定的温度(通常是升温通常是升温)下，下，通过内部产生通过内部产生

24、聚合聚合或或缩聚反应缩聚反应而固化。而固化。2粘度粘度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。（1 1）分子量）分子量（2 2）溶剂）溶剂（3 3）温度）温度（1）分子量）分子量液体的粘度液体的粘度是由于液体的是由于液

25、体的分子之间分子之间受到运动的影响而受到运动的影响而产生产生内摩擦阻力内摩擦阻力的表现。它除了受溶液浓度的影响以的表现。它除了受溶液浓度的影响以外，主要受外，主要受分子量分子量的影响：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为两个与体系有关的常数。为两个与体系有关的常数。（2）溶剂）溶剂聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVC)：环己酮、四氢呋喃、过氯乙烯、硝基乙烷、甲乙酮、氯环己酮、四氢呋喃、过氯乙烯、硝基乙烷、甲乙酮、氯苯、吡啶、丙酮和苯的混合物苯、吡啶、丙酮和苯的混合物聚苯乙烯（聚苯乙烯（PS)：乙酸甲酯、乙酸乙酯、三氯乙烯、四氯乙烯、甲

26、乙酮、二乙酸甲酯、乙酸乙酯、三氯乙烯、四氯乙烯、甲乙酮、二氯甲烷、二氯乙烷、二硫化碳、苯、甲苯、二甲苯氯甲烷、二氯乙烷、二硫化碳、苯、甲苯、二甲苯聚甲基丙烯酸甲酯：聚甲基丙烯酸甲酯：甲酸、二氯乙烷、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲酸、二氯乙烷、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯乙烷乙烷一般来说，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。部分塑料的对应溶剂部分塑料的对应溶剂溶剂粘接实例溶剂粘接实例1有机玻璃件溶接有机玻璃件溶接飞机上有较多的飞机上有较多的有机玻璃有机玻璃零件，其中有些小型复杂零件，其中有些小型复杂零件的局部采

27、用溶接连成一体。零件的局部采用溶接连成一体。二氯乙烷二氯乙烷是有机玻璃是有机玻璃的良溶剂，在的良溶剂，在100份二氯乙烷中加入份二氯乙烷中加入35份有机玻璃屑份有机玻璃屑配制成有机玻璃稀溶液，涂于有机玻璃的连接面上，配制成有机玻璃稀溶液，涂于有机玻璃的连接面上，晾置晾置12min，对合溶接，粘接后静置对合溶接，粘接后静置1824h。环境温度环境温度1525，相对湿度小于，相对湿度小于70%。2注塑飞机模型溶接注塑飞机模型溶接注注塑塑飞飞机机模模型型工工艺艺品品的的造造型型为为中中空空机机身身，注注塑塑后后的的模模型型工工艺艺品品需需要要进进行行溶溶接接对对合合。模模型型材材料料为为聚聚苯苯乙乙

28、烯烯塑塑料料。聚聚苯苯乙乙烯烯塑塑料料溶溶于于二二氯氯甲甲烷烷或或甲甲苯苯溶溶剂剂。只只要要将将二二氯氯甲甲烷烷或或甲甲苯苯溶溶剂剂直直接接涂涂于于模模型型分分型型面面胶胶合合处处，晾晾置置23min溶溶接接对对合合后后，静静置置12h以上。以上。（3）温度）温度v随着温度的升高粘度下降。随着温度的升高粘度下降。v热熔胶的熔融粘度受热熔胶的熔融粘度受温度温度的影响更为明显。的影响更为明显。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。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

29、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。溶剂型胶黏剂溶剂型胶黏剂的粘度如果太低，当溶剂蒸发时，收的粘度如果太低，当溶剂蒸发时，收缩大，应力集中较严重，胶接强度反而降低。缩大，应力集中较严重，胶接强度反而降低。热熔型胶黏剂热熔型胶黏剂会因为和被粘物之间会因为和被粘物之间热膨胀系数热膨胀系数的差的差别，冷却时引起应力集中。所以，在调制或选择胶黏剂别，冷却时引起应力集中。所以，在调制或选择胶黏剂时，需要综合考虑各种影响，设计时，需要综合考虑各种影响，设计最佳的粘度最佳的粘度。胶黏剂的胶黏剂的粘度粘度应

30、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。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

31、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。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。3表面能表面能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。Zisman曾经指

32、出，曾经指出，接触角接触角对衡量接触程度是有用的量对衡量接触程度是有用的量度。度。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。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。反之，许多反之，许多极性的极性的液体胶黏剂和液体胶黏

33、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。实践证明，凡是实践证明，凡是液体液体或或胶黏剂表面张力胶黏剂表面张力低于基体表面低于基体表面张力，就会表现出张力，就会表现出良好的润湿铺展效果良好的润湿铺展效果，并且分子接触比，并且分子接触比较紧密，意味着会出现较高的胶接强度。较紧密，意味着会出现较高的胶接强度。非极性聚合物非极性聚合物如如聚乙烯聚乙烯和和聚四氟乙烯聚四氟乙烯的表面能和临界的表面能和临界

34、表面张力分别为表面张力分别为s=35.7、23.9mNm，c=18.5mNm，低于一般低于一般胶黏剂的表面张力胶黏剂的表面张力值值(7833mNm)，所，所以润湿与胶接的效果均不好。只有进行以润湿与胶接的效果均不好。只有进行表面改性表面改性，提高表，提高表面能，才能满足胶接要求。面能，才能满足胶接要求。7.2.3粘粘接接工工艺艺一一胶黏剂的选择胶黏剂的选择选择胶黏剂的基本原则如下：选择胶黏剂的基本原则如下：1根据被粘物的表面性状来选择胶黏剂根据被粘物的表面性状来选择胶黏剂2根据胶接接头的使用场合来选择胶黏剂根据胶接接头的使用场合来选择胶黏剂3根据胶接的成本来合理选择胶黏剂根据胶接的成本来合理选

35、择胶黏剂二二粘接工艺步骤粘接工艺步骤首先对被粘零件的待粘表面进行修配，使之配合良好；首先对被粘零件的待粘表面进行修配，使之配合良好；其次根据材质及强度的要求，对被粘表面进行不同的表其次根据材质及强度的要求，对被粘表面进行不同的表面处理；面处理；然后涂布胶黏剂，将被粘表面合拢装配；然后涂布胶黏剂，将被粘表面合拢装配；最后通过物理或化学方法固化，实现胶接连接最后通过物理或化学方法固化，实现胶接连接。1表面处理表面处理表面处理的方法主要有：表面处理的方法主要有：溶剂及超声波清洗法；溶剂及超声波清洗法；机械处理法；机械处理法；化学处理法；化学处理法；放电法（对高分子材料）放电法（对高分子材料）表面处理

36、的基本原则如下：表面处理的基本原则如下：设法提高表面能；设法提高表面能；增加粘接的表面积；增加粘接的表面积；除去粘接表面上的污物及疏松层除去粘接表面上的污物及疏松层2胶黏剂的涂布胶黏剂的涂布刷涂法、辊涂法和喷涂法刷涂法、辊涂法和喷涂法3胶黏剂的固化胶黏剂的固化物理固化物理固化例如溶剂挥发、乳液凝聚、熔融体冷却例如溶剂挥发、乳液凝聚、熔融体冷却化学固化化学固化使胶黏剂分子交联成体型结构的固体而固化使胶黏剂分子交联成体型结构的固体而固化室温固化和加热固化室温固化和加热固化辐射固化辐射固化7.2.4胶胶接接理理论论了解了解胶接理论胶接理论，不但可以从理论上指导胶黏剂选择，不但可以从理论上指导胶黏剂选

37、择，胶接接头的设计，制定最佳的胶接工艺，控制影响胶接强胶接接头的设计，制定最佳的胶接工艺，控制影响胶接强度的各种因素，达到形成强力胶接接头的目的。度的各种因素，达到形成强力胶接接头的目的。更重要的是了解胶接的内在机理，包括更重要的是了解胶接的内在机理，包括胶接胶接与与被粘被粘对立对立统一的关系，胶接过程中的统一的关系，胶接过程中的物理物理、化学变化化学变化，从而对胶接，从而对胶接现象，从感性认识深化到本质与规律性的理性认识。现象，从感性认识深化到本质与规律性的理性认识。经过几十年的研究和发展，许多学者从不同的角度，经过几十年的研究和发展，许多学者从不同的角度，提出了许多有价值的提出了许多有价值

38、的理论理论。虽然这些理论。虽然这些理论尚有争论尚有争论，还没有公认的统一理论，但在解释胶接现象方面，还没有公认的统一理论，但在解释胶接现象方面，均均各有可取的观点各有可取的观点，目前仍在不断地发展与完善中。，目前仍在不断地发展与完善中。1机械结合理论机械结合理论这是一种较早的这是一种较早的最直观最直观的的宏观理论宏观理论。认为被粘物表。认为被粘物表面的面的不规则性不规则性，如高低不平的峰谷或疏松孔隙结构，有，如高低不平的峰谷或疏松孔隙结构，有利于胶黏剂的填入，固化后胶黏剂和被粘物表面发生咬利于胶黏剂的填入，固化后胶黏剂和被粘物表面发生咬合而固定。这就是机械结合理论最简单的解释。合而固定。这就是

39、机械结合理论最简单的解释。McBain在在30年代首先提出这一理论。机械嵌定的固定年代首先提出这一理论。机械嵌定的固定方法应用很普遍，表面处理过的金属粘接，方法应用很普遍，表面处理过的金属粘接，多孔物质多孔物质如如纸、木材、皮革、纺织品等的胶接就是实际的例子。纸、木材、皮革、纺织品等的胶接就是实际的例子。机械结合的关键机械结合的关键是被粘物表面必须有大量的凹穴、槽是被粘物表面必须有大量的凹穴、槽沟、多孔穴等，当胶黏剂涂布上去时，经过润湿、流动、沟、多孔穴等，当胶黏剂涂布上去时，经过润湿、流动、挤压、铺展而填入这些孔穴内，固化后，就嵌定在孔隙中挤压、铺展而填入这些孔穴内，固化后，就嵌定在孔隙中而

40、紧密地结合起来，表现出较高的胶接强度。而紧密地结合起来，表现出较高的胶接强度。机械结合理论曾经起过机械结合理论曾经起过积极作用积极作用，但是随着其他胶接，但是随着其他胶接理论的建立和发展，几乎一度被冷落。近理论的建立和发展，几乎一度被冷落。近20年来，用现年来，用现代微观研究仪器的观测结果，证明代微观研究仪器的观测结果，证明微机械嵌定作用微机械嵌定作用是确是确实存在的。实存在的。如在如在ABS塑料塑料上上镀金属镀金属，镀前先用溶剂处理，使塑料，镀前先用溶剂处理，使塑料表面产生大量微穴，然后沉积导电物质到微孔中，再进表面产生大量微穴，然后沉积导电物质到微孔中，再进行电镀。行电镀。金属铝金属铝的胶

41、接强度一般不太高，经的胶接强度一般不太高，经HCl液或化学氧化液液或化学氧化液处理后，生成大量处理后，生成大量立体结晶构造立体结晶构造，带有大量，带有大量槽沟槽沟和和微微穴穴，胶接强度有显著提高。，胶接强度有显著提高。钢带钢带表面轧制的光滑面，直接的胶接强度并不高，经表面轧制的光滑面，直接的胶接强度并不高，经磷酸盐处理磷酸盐处理后，产生大量后，产生大量磷酸铁微孔磷酸铁微孔，胶接强度明显，胶接强度明显提高。提高。2吸附理论吸附理论吸附理论的吸附理论的基本观点基本观点是：胶接是一种是：胶接是一种吸附作用吸附作用，这是，这是最早提出并被大多数科学家接受的。最早提出并被大多数科学家接受的。吸附理论吸附

42、理论认为，胶接产生的黏附力主要来源于胶黏剂认为，胶接产生的黏附力主要来源于胶黏剂与被粘物之间界面上与被粘物之间界面上两种分子之间相互作用两种分子之间相互作用的结果，所的结果，所有的液体有的液体固体分子之间都存在这种固体分子之间都存在这种作用力作用力，这些作，这些作用力包括用力包括化学键力化学键力、范德华力和、范德华力和氢键力氢键力。这个这个过程过程是，首先胶黏剂分子由是，首先胶黏剂分子由布朗运动布朗运动向被粘物表向被粘物表面移动，胶黏剂分子的面移动，胶黏剂分子的极性基团极性基团向被粘物的极性部分向被粘物的极性部分靠近，当胶黏剂分子与被粘物分子间的距离靠近，当胶黏剂分子与被粘物分子间的距离小于小

43、于0.5nm时，分子间就产生了范德华力或氢键力的结合。时，分子间就产生了范德华力或氢键力的结合。吸附理论把吸附理论把胶接胶接主要归结于胶黏剂与被粘物主要归结于胶黏剂与被粘物分子间力分子间力的作用。的作用。根据吸附理论，如果胶黏剂分子中根据吸附理论，如果胶黏剂分子中极性基团极性基团的极的极性越大，数量越多，则对性越大，数量越多，则对极性被粘物极性被粘物的胶接强度的胶接强度就越高；就越高；极性极性胶黏剂与胶黏剂与非极性非极性被粘物或被粘物或非极性非极性胶胶黏剂与黏剂与极性极性被粘物胶接，由于分子间排斥，不利被粘物胶接，由于分子间排斥，不利于分子的接近，不能产生足够的分子间力，所以于分子的接近，不能

44、产生足够的分子间力，所以胶接力很差；而胶接力很差；而非极性非极性胶黏剂与胶黏剂与非极性非极性被粘物结被粘物结合，由色散力产生的胶接强度较小。合，由色散力产生的胶接强度较小。扩散理论认为，高分子材料之间的扩散理论认为，高分子材料之间的胶接胶接是由于胶是由于胶黏剂与被粘物表面分子或链段彼此之间处于不停黏剂与被粘物表面分子或链段彼此之间处于不停的热运动引起的的热运动引起的相互扩散作用相互扩散作用，使胶黏剂与被粘，使胶黏剂与被粘物之间的界面逐步消失，形成相互交织的牢固结物之间的界面逐步消失，形成相互交织的牢固结合，胶接接头的合，胶接接头的强度强度随时间的随时间的延长延长而增至而增至最大值最大值。3扩散

45、理论扩散理论如果胶黏剂是以如果胶黏剂是以溶剂溶剂的形式涂敷到被粘物表面，而的形式涂敷到被粘物表面，而被被粘物表面粘物表面又能在此溶剂中又能在此溶剂中溶胀或溶解溶胀或溶解，则彼此间的扩散，则彼此间的扩散作用更为显著，其胶接强度就越高。因为胶黏剂和被粘作用更为显著，其胶接强度就越高。因为胶黏剂和被粘物间的物间的相互扩散相互扩散是产生胶接力的主要因素，是产生胶接力的主要因素，胶接强度胶接强度与与它们的它们的相容性相容性有关。有关。高分子材料之间的高分子材料之间的胶接胶接可以分为可以分为同种同种高分子材料的高分子材料的自粘自粘和和不同种不同种高分子材料的高分子材料的互粘互粘。前者是同种分子。前者是同种

46、分子间的扩散，后者是不同类分子的扩散。间的扩散，后者是不同类分子的扩散。两种扩散两种扩散的的结果都会使胶黏剂与被粘物分子交织在一起，从而结果都会使胶黏剂与被粘物分子交织在一起，从而形成牢固的结合。形成牢固的结合。该理论认为，该理论认为，胶接作用胶接作用是由于胶黏剂与被粘物之是由于胶黏剂与被粘物之间的间的化学结合力化学结合力而产生的，有些胶黏剂能与被粘而产生的，有些胶黏剂能与被粘物表面的某些分子或基团形成物表面的某些分子或基团形成化学键化学键。化学键是。化学键是分子中相邻两原子之间的强烈吸引力，一般分子中相邻两原子之间的强烈吸引力，一般化学化学键键要比分子间的要比分子间的范德华力范德华力大一两个

47、数量级，这种大一两个数量级，这种化学键的结合十分牢固。化学键的结合十分牢固。4化学键理论化学键理论5静电理论（双电层理论静电理论（双电层理论）双电层理论是将胶黏剂与被粘物视作一个双电层理论是将胶黏剂与被粘物视作一个电容器电容器。电容器的两块夹板就是电容器的两块夹板就是双电层双电层。即当两种不同的。即当两种不同的材料接触时，胶黏剂分子中官能团的材料接触时，胶黏剂分子中官能团的电子电子通过分通过分界线或一相极性基向另一相表面界线或一相极性基向另一相表面定向吸附定向吸附，形成，形成了了双电层双电层。由于由于双电层双电层的存在，欲分离双电层的的存在，欲分离双电层的两个极板两个极板，就必，就必须克服须克

48、服静电力静电力。当被粘物与胶黏剂剥离时，可以视为两。当被粘物与胶黏剂剥离时，可以视为两块极板的分离，此时两极之间便产生了块极板的分离，此时两极之间便产生了电位差电位差，并随着，并随着极板间的极板间的距离距离增大而增大，到一定极限值时，便产生了增大而增大，到一定极限值时，便产生了放电现象。放电现象。由于由于双电层双电层的形成，胶黏剂与被粘物之间就有静电的形成，胶黏剂与被粘物之间就有静电力产生，从而产生了力产生，从而产生了胶接力胶接力。双电层双电层理论只存在于能形成理论只存在于能形成双电层双电层的胶接体系，不的胶接体系，不具有普遍性，并且双电层所产生的具有普遍性，并且双电层所产生的静电力静电力即使

49、存在于某即使存在于某些胶接体系中，但是，它在这个胶接中些胶接体系中，但是，它在这个胶接中绝不是绝不是起起主导主导作作用的，它只占整个胶接力的用的，它只占整个胶接力的一部分一部分。总结性评价总结性评价自自1920年以来，人们已经提出了多种胶接理论。每种理年以来，人们已经提出了多种胶接理论。每种理论都有大量论都有大量实验为依据实验为依据，只是研究的，只是研究的角度、角度、实验方法实验方法、实验条件实验条件各有不同，但目标都是为追求形成各有不同，但目标都是为追求形成胶接现象胶接现象的的本质。另外，还有本质。另外，还有弱边界层理论弱边界层理论、流变理论流变理论也在研究中，也在研究中，各种理论研究继续向

50、纵深发展。各种理论研究继续向纵深发展。胶接理论胶接理论至今还未发展成统一的理论，对各派理论可至今还未发展成统一的理论，对各派理论可采取综合理解，兼收并蓄，灵活运用的原则，充分调采取综合理解，兼收并蓄，灵活运用的原则，充分调动动提高提高胶接强度胶接强度的一切有利因素，避免的一切有利因素，避免降低降低分子作用分子作用力的不利因素。力的不利因素。由于每一种由于每一种理论理论都有一定的依据，可以认为都有一定的依据，可以认为胶接胶接是多是多种因素构成的，并具有种因素构成的，并具有协同关系协同关系。21世纪胶接领域关注的重点研究课题世纪胶接领域关注的重点研究课题1.环保压力日益加重，研究能取代一切污染环境