胶黏剂胶合原理与胶粘剂精选PPT.ppt

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1、关于胶黏剂胶合原理与胶粘剂第1页，讲稿共105张，创作于星期三 1 胶粘剂的概念和分类胶粘剂的概念和分类n概念概念:通过粘附作用，能使被胶接材料的表面紧密地胶合在一起的通过粘附作用，能使被胶接材料的表面紧密地胶合在一起的物质叫胶粘剂。用胶粘剂把两个被胶接物牢固连接在一起称为胶接。物质叫胶粘剂。用胶粘剂把两个被胶接物牢固连接在一起称为胶接。n分类：分类：根据起胶接作用的物质种类分：根据起胶接作用的物质种类分：天然胶粘剂：天然胶粘剂：原料来源广，成本低，不耐水。如植物胶、动物胶原料来源广，成本低，不耐水。如植物胶、动物胶（以动物的皮、骨、筋等为原料，将其中所含的胶原蛋白经（以动物的皮、骨、筋等为原

2、料，将其中所含的胶原蛋白经过部分水解，萃取和干燥制成的固体蛋白质。）。过部分水解，萃取和干燥制成的固体蛋白质。）。合成胶粘剂：合成胶粘剂：胶合强度高，耐水性好。如合成树脂、合成橡胶。胶合强度高，耐水性好。如合成树脂、合成橡胶。第2页，讲稿共105张，创作于星期三3 优点：优点：n可实现不同种类或不同形状材料之间的连接，尤其是薄片材可实现不同种类或不同形状材料之间的连接，尤其是薄片材料；料；n粘接为面际连接，应力分布均匀，不易产生应力破坏，延粘接为面际连接，应力分布均匀，不易产生应力破坏，延长结构寿命；长结构寿命；n密封性能良好，有很好的耐腐蚀性能（隔开被粘物，可减少不密封性能良好，有很好的耐腐

3、蚀性能（隔开被粘物，可减少不同金属连接的电位腐蚀）；同金属连接的电位腐蚀）；第3页，讲稿共105张，创作于星期三4 优点：优点：n提高生产效率，降低成本；提高生产效率，降低成本；n减轻结构质量。通过交叉粘接能使各向异性材料的强度质量减轻结构质量。通过交叉粘接能使各向异性材料的强度质量比及尺寸稳定性得到改善，得到挠度小，结构差异小、质量轻比及尺寸稳定性得到改善，得到挠度小，结构差异小、质量轻的结构；的结构；n可赋予被粘物体以特殊的性能（导电胶、导磁胶、耐高温胶、可赋予被粘物体以特殊的性能（导电胶、导磁胶、耐高温胶、电绝缘胶）。电绝缘胶）。第4页，讲稿共105张，创作于星期三5缺缺 点点n耐候性差

4、；耐候性差；n胶接的不均匀使得扯离和剥离胶接的不均匀使得扯离和剥离强强度低，容易在接度低，容易在接头边缘头边缘首先首先破坏；破坏；n与机械物理与机械物理连连接法相比，溶接法相比，溶剂剂型胶粘型胶粘剂剂的溶的溶剂剂易易挥发挥发，而且某，而且某些溶些溶剂剂易燃、有毒，会易燃、有毒，会对环对环境和人体境和人体产产生危害。生危害。n胶接胶接质质量因受多种因素的影响，不量因受多种因素的影响，不够稳够稳定。定。第5页，讲稿共105张，创作于星期三6胶粘剂的污染问题胶粘剂的污染问题 常常见见的胶粘的胶粘剂质剂质量量问题问题主要是溶主要是溶剂挥发产剂挥发产生的有害物生的有害物质质：n苯苯是一种致癌物是一种致癌

5、物质质，人吸入，人吸入过过量，会出量，会出现头晕现头晕、恶恶心、乏力、皮肤心、乏力、皮肤干燥、意干燥、意识识模糊等模糊等现现象，重者可象，重者可导导致昏迷甚至死亡。致昏迷甚至死亡。n甲苯和二甲苯甲苯和二甲苯：对对皮肤和粘膜刺激性大，皮肤和粘膜刺激性大，长长期接触易引起膀胱癌。期接触易引起膀胱癌。n甲甲醛醛挥发较挥发较慢，吸入后会引起慢，吸入后会引起恶恶心，心，导导致支气管炎，甚至出致支气管炎，甚至出现现肺水肺水肿肿；n卤卤代代烃烃也是致癌物也是致癌物质质，长长期吸入会期吸入会损伤损伤肝肝脏脏等器官。等器官。第6页，讲稿共105张，创作于星期三 2 胶粘剂的发展简史胶粘剂的发展简史n早早期期的的

6、胶胶粘粘剂剂以以天天然然高高分分子子物物质质为为材材料料，多多属属水水溶溶性性，沿沿用用了了几几千千年年。如如我我国国古古代代劳劳动动人人民民在在很很早早就就使使用用天天然然动动、植植物物胶胶胶接各种材料。胶接各种材料。n早在2000多年前，秦朝人以糯米浆与石灰制成的灰浆用作长城基石的胶黏剂。n公元前200年，西汉人用糯米制成的胶粘剂作棺木的密封剂，再配用防腐剂，使尸体保存完整，肌肉和关节仍有弹性。n古埃及人从金合欢树中提取阿拉伯胶，从鸟蛋、动物骨骼中提取骨胶，从松树中收集松脂制成胶黏剂，还用白土与骨胶混合，再加上颜料，用于棺木的密封及涂饰。第7页，讲稿共105张，创作于星期三 2 胶粘剂的发

7、展简史胶粘剂的发展简史n20世纪，世纪，化学工业的发展，出现了以合成高分子物质为基础的化学工业的发展，出现了以合成高分子物质为基础的新型胶粘剂新型胶粘剂合成胶粘剂，使胶粘剂进入了一个崭新的发展时期。合成胶粘剂，使胶粘剂进入了一个崭新的发展时期。n1912年年美美国国的的L.H.贝贝克克兰兰首首先先将将酚酚醛醛树树脂脂作作为为胶胶粘粘剂剂用用于于木木材的粘接；材的粘接；n20年代末至年代末至30年代初，年代初，脲醛树脂脲醛树脂作为胶粘剂也用于木材工业；作为胶粘剂也用于木材工业；从此，胶粘剂开始了以合成树脂胶粘剂为主的发展阶段。从此，胶粘剂开始了以合成树脂胶粘剂为主的发展阶段。第8页，讲稿共105

8、张，创作于星期三 2 胶粘剂的发展简史胶粘剂的发展简史n4050年代，不饱和聚酯、环氧树脂和聚氨酯胶粘剂问世，年代，不饱和聚酯、环氧树脂和聚氨酯胶粘剂问世，合合成橡胶成橡胶和和热塑性树脂热塑性树脂在粘接领域得到广泛应用；在粘接领域得到广泛应用；n此后，又开发了合成橡胶改性的合成树脂胶粘剂，即此后，又开发了合成橡胶改性的合成树脂胶粘剂，即橡胶树脂橡胶树脂胶粘剂胶粘剂，并成功的用于粘接飞机机身部件。于是胶粘剂进入了粘，并成功的用于粘接飞机机身部件。于是胶粘剂进入了粘接金属结构部件的发展阶段；接金属结构部件的发展阶段；n以后，合成胶粘剂又增加了新品种，如以后，合成胶粘剂又增加了新品种，如50年代末，

9、单液型，在年代末，单液型，在常温下能快速（几十秒）固化的常温下能快速（几十秒）固化的氰基丙烯酸酯氰基丙烯酸酯胶粘剂实现工业胶粘剂实现工业化生产。化生产。第9页，讲稿共105张，创作于星期三 2 胶粘剂的发展简史胶粘剂的发展简史n目前目前世界合成胶粘剂品种已达世界合成胶粘剂品种已达5000余种，总产量超过余种，总产量超过1000万吨，销售额年均增长万吨，销售额年均增长5%。产量水系胶占。产量水系胶占45%，热熔，热熔胶占胶占20%，溶剂胶占，溶剂胶占15%，反应型胶占，反应型胶占10%，其它，其它10%。随着胶粘剂工业的发展，胶合理论的研究也逐渐得到人们的重视。为了解释胶接现象，自20世纪40年

10、代以来，人们提出了多种关于胶接机理的理论：吸附理论、机械胶接理论、静电理论、扩散理论、化学键理论等。第10页，讲稿共105张，创作于星期三胶粘胶粘剂剂的的应应用方面：用方面：n汽车工业汽车工业n航空航天航空航天n电子、电器工业电子、电器工业n机械工业机械工业n建筑工业建筑工业n轻工业轻工业n造船工业造船工业n医疗医疗3 胶粘剂在木材加工中的作用胶粘剂在木材加工中的作用第11页，讲稿共105张，创作于星期三12（1）汽车工业的应用）汽车工业的应用n现代汽车工业的技术进步要求结构材料轻量化、驾驶安全化、现代汽车工业的技术进步要求结构材料轻量化、驾驶安全化、节能环保化、美观舒适化等，因此一定采用铝合

11、金、玻璃钢、节能环保化、美观舒适化等，因此一定采用铝合金、玻璃钢、蜂窝夹层结构，塑料、橡胶等新型材料，必然要大量以粘接代蜂窝夹层结构，塑料、橡胶等新型材料，必然要大量以粘接代替焊接，胶粘剂用量明显增加。替焊接，胶粘剂用量明显增加。3 胶粘剂在木材加工中的作用胶粘剂在木材加工中的作用第12页，讲稿共105张，创作于星期三13（2）航空航天的应用）航空航天的应用n航空工业是最早使用胶粘剂的行业，飞机制造业是航空工业是最早使用胶粘剂的行业，飞机制造业是结构胶粘剂的主要用户。结构胶粘剂的主要用户。n宇航工业和空间技术等都大量采用蜂窝结构、宇航工业和空间技术等都大量采用蜂窝结构、高强度高模量复合材料、玻

12、璃钢、泡沫材料、高强度高模量复合材料、玻璃钢、泡沫材料、密封材料等，这些材料的制造和连接都离不开密封材料等，这些材料的制造和连接都离不开胶粘剂和密封材料。胶粘剂和密封材料。3 3 胶粘剂在木材加工中的作用胶粘剂在木材加工中的作用第13页，讲稿共105张，创作于星期三14（3）电子、电器工业的应用）电子、电器工业的应用n集成电路、计算机等电子元器件、零部件和整机生产集成电路、计算机等电子元器件、零部件和整机生产与组装中，都要使用胶粘剂和密封胶，如光刻胶、导与组装中，都要使用胶粘剂和密封胶，如光刻胶、导电胶、导磁胶等。电胶、导磁胶等。n各种家用电器设备，大量使用胶粘剂和密封胶，各种家用电器设备，大

13、量使用胶粘剂和密封胶，如洗衣机、冰箱（柜）、空调、电饭煲、吸尘器如洗衣机、冰箱（柜）、空调、电饭煲、吸尘器等。等。3 3 胶粘剂在木材加工中的作用胶粘剂在木材加工中的作用第14页，讲稿共105张，创作于星期三15（4）机械工业的应用）机械工业的应用n代替焊、铆、螺栓连接等，可以节约原材料减轻质量，代替焊、铆、螺栓连接等，可以节约原材料减轻质量，减少应力集中，缩短工期，简化工艺，从而提高效率，减少应力集中，缩短工期，简化工艺，从而提高效率，降低成本；降低成本；n铸件砂眼，零件缺陷能修复后再用，可以减少废品；铸件砂眼，零件缺陷能修复后再用，可以减少废品；3 3 胶粘剂在木材加工中的作用胶粘剂在木材

14、加工中的作用第15页，讲稿共105张，创作于星期三16（5）建筑工业的应用）建筑工业的应用n各种装修材料的粘贴与固定都要大量的胶粘剂和密封各种装修材料的粘贴与固定都要大量的胶粘剂和密封剂。剂。n胶粘剂用于修补混凝土结构件缺陷、裂缝，操作胶粘剂用于修补混凝土结构件缺陷、裂缝，操作简便，不仅保证使用性能，而且外观平整。简便，不仅保证使用性能，而且外观平整。3 3 胶粘剂在木材加工中的作用胶粘剂在木材加工中的作用第16页，讲稿共105张，创作于星期三17（6）轻工业的应用）轻工业的应用n制鞋工业制鞋工业n家具工业家具工业n纺织工业：无纺布纺织工业：无纺布n包装工业：如箱、桶、盒、袋、纸薄膜复合包装包

15、装工业：如箱、桶、盒、袋、纸薄膜复合包装（密封）（密封）n印刷工业：无线装订印刷工业：无线装订n此外，工艺美术、儿童玩具、体育用品、卫生器具、婴此外，工艺美术、儿童玩具、体育用品、卫生器具、婴儿尿布、文教用品等儿尿布、文教用品等3 3 胶粘剂在木材加工中的作用胶粘剂在木材加工中的作用第17页，讲稿共105张，创作于星期三18（7）造船工业的应用）造船工业的应用n在船舶装配时不论是玻璃钢、木材，还是金属结构件都要用在船舶装配时不论是玻璃钢、木材，还是金属结构件都要用到胶粘剂。到胶粘剂。n除了用常规的胶粘剂进行零部件的结构粘接之外，由于船舶航除了用常规的胶粘剂进行零部件的结构粘接之外，由于船舶航行

16、于江、湖、海的特殊环境，还大量使用密封剂用于甲板缝、行于江、湖、海的特殊环境，还大量使用密封剂用于甲板缝、舱孔、舷窗以及各种油、水管路和电缆贯通的密封。舱孔、舷窗以及各种油、水管路和电缆贯通的密封。3 胶粘剂在木材加工中的作用胶粘剂在木材加工中的作用第18页，讲稿共105张，创作于星期三8、医疗方面的应用、医疗方面的应用n 接骨植皮、修补脏器、代替缝合、有效止血、粘接接骨植皮、修补脏器、代替缝合、有效止血、粘接血管；以及牙齿的粘接、镶嵌、填充、美饰等。血管；以及牙齿的粘接、镶嵌、填充、美饰等。3 3 胶粘剂在木材加工中的作用胶粘剂在木材加工中的作用第19页，讲稿共105张，创作于星期三木材加工

17、木材加工业对业对胶粘胶粘剂剂的要求：的要求：l原料来源广泛，价格便宜；原料来源广泛，价格便宜；l对对木材没有侵木材没有侵蚀蚀性；性；l具有适当的具有适当的流流动动性性，对对木材表面有很好的木材表面有很好的润润湿性湿性。因因为润为润湿是胶接的首要条件，流湿是胶接的首要条件，流动动性能保性能保证证胶粘胶粘剂剂均均匀地分布于木材表面，适当的粘度可保匀地分布于木材表面，适当的粘度可保证证胶胶层层有足有足够够的胶量。的胶量。第20页，讲稿共105张，创作于星期三木材加工木材加工业对业对胶粘胶粘剂剂的要求：的要求：l使用使用方便，如适用期方便，如适用期长长，固化，固化时间时间短，常温固化，短，常温固化，压

18、压力低等。力低等。l固化固化时时能形成能形成坚坚固固的胶的胶层层，胶接，胶接强强度大。度大。l固化后胶固化后胶层层有一定有一定弹弹性性，使胶接制品能，使胶接制品能进进行弯曲加行弯曲加工并抵抗膨工并抵抗膨胀胀收收缩产缩产生的生的应应力，提高耐久性。力，提高耐久性。第21页，讲稿共105张，创作于星期三4 胶粘剂的发展趋势胶粘剂的发展趋势 n甲醛类胶粘剂：甲醛类胶粘剂：脲醛树脂胶脲醛树脂胶减缓树脂老化，降低收缩率，降低低甲醛释放，提高减缓树脂老化，降低收缩率，降低低甲醛释放，提高胶合耐水性和耐老化性能；胶合耐水性和耐老化性能；酚醛树脂胶酚醛树脂胶降低碱含量，降低固化温度，提高固化速度，降低降低碱含

19、量，降低固化温度，提高固化速度，降低成本；成本；三聚氰胺树脂胶三聚氰胺树脂胶提高树脂韧性，降低成本，开发新型浸渍用提高树脂韧性，降低成本，开发新型浸渍用树脂。树脂。第22页，讲稿共105张，创作于星期三4 胶粘剂的发展趋势胶粘剂的发展趋势n乳液胶粘剂：乳液胶粘剂：是是胶胶粘粘剂剂发发展展的的趋趋势势，各各种种性性能能优优良良的的树树脂脂都都被被研研究究制制备成乳液应用，胶粘剂有由溶液型向乳液型转变的倾向。备成乳液应用，胶粘剂有由溶液型向乳液型转变的倾向。n热热熔熔胶胶粘粘剂剂：降降低低熔熔融融粘粘度度，提提高高其其对对被被胶胶接接材材料料的的粘粘附附性性，调调节节收收缩缩应应力力，调调节节共共

20、聚聚物物中中单单体体的的比比例，分子量以合成出理想的共聚物例，分子量以合成出理想的共聚物。总之，胶粘剂向快固化、单组分、高强度、耐高温、无溶剂、低粘度、不污染、省能源、多功用等方向发展。第23页，讲稿共105张，创作于星期三第一章第一章 木材胶接基础木材胶接基础第24页，讲稿共105张，创作于星期三内容提要：内容提要：n1.1 胶接的各种理胶接的各种理论论n1.2 胶接胶接结结构的耐久性与胶接破坏构的耐久性与胶接破坏n1.3 影响胶接影响胶接强强度的因素度的因素 n1.4 胶粘胶粘剂剂的的组组成与分成与分类类 n1.5 木材胶粘木材胶粘剂剂的合理的合理选择选择第25页，讲稿共105张，创作于星

21、期三1.1 胶接的各种理论胶接的各种理论n1.1.1 吸附理吸附理论论 n1.1.2 机械胶合理机械胶合理论论 n1.1.3 扩扩散理散理论论 n1.1.4 静静电电理理论论 n1.1.5 化学化学键键理理论论 第26页，讲稿共105张，创作于星期三1.1.1 吸附理吸附理论论n理理论论提出年代：提出年代：20世世纪纪40年代。年代。n理理论论基基础础：表面吸附理表面吸附理论论、分子极性（相异）理、分子极性（相异）理论论、聚、聚合物分子运合物分子运动动及分子及分子间间作用理作用理论论等。等。n吸附理吸附理论论内容：内容：胶接作用是胶粘胶接作用是胶粘剂剂分子与被胶接物分子分子与被胶接物分子在界面

22、在界面层层上相互吸附上相互吸附产产生的。胶接作用是物理吸附和化生的。胶接作用是物理吸附和化学吸附共同作用的学吸附共同作用的结结果。而物理吸附果。而物理吸附则则是是产产生胶接作用生胶接作用的普遍性原因。的普遍性原因。第27页，讲稿共105张，创作于星期三n 吸附理吸附理论认为论认为胶接胶接过过程分两个程分两个阶阶段段：n胶粘胶粘剂剂分子通分子通过过布朗运布朗运动动，向被胶接物体表面移，向被胶接物体表面移动扩动扩散，使二者的极性基散，使二者的极性基团团或分子或分子链链段相互靠近。在此段相互靠近。在此过过程中，升温、降低胶粘程中，升温、降低胶粘剂剂的粘度和施加接触的粘度和施加接触压压力等都力等都有利

23、于布朗运有利于布朗运动动的的进进行。行。n吸附引力的吸附引力的产产生。当胶粘生。当胶粘剂剂和被胶接物体的分子和被胶接物体的分子间间距达距达到到510-10m以下以下时时，便，便产产生分子生分子间间引力，即范德引力，即范德华华力。力。1.1.1 吸附理吸附理论论第28页，讲稿共105张，创作于星期三n范德范德华华力和力和氢键氢键是是产产生胶接力的根源：生胶接力的根源：n范德范德华华力：作用能力：作用能E如公式所示：如公式所示：包括包括 偶极力偶极力 诱导诱导偶极力偶极力 色散力色散力n氢键氢键：属于弱的化学：属于弱的化学键键。可以包括在范德。可以包括在范德华华力之内，看作是力之内，看作是一种特殊

24、的偶极力，也可以不包括在范德一种特殊的偶极力，也可以不包括在范德华华力内，看作是一力内，看作是一种弱的配位种弱的配位键键。式中：式中：分子偶极矩；分子偶极矩；分子极化率；分子极化率；I I分子电离能；分子电离能；R分子间距离；分子间距离；K玻尔兹曼常数；玻尔兹曼常数；T 绝对温度。绝对温度。1.1.1 吸附理吸附理论论第29页，讲稿共105张，创作于星期三 不足之处不足之处n把胶接力与分子间力结合在一起，在一定的范围内解释了胶把胶接力与分子间力结合在一起，在一定的范围内解释了胶接现象。接现象。n吸附理论把胶接作用主要归于分子间的作用力。它不能圆满吸附理论把胶接作用主要归于分子间的作用力。它不能

25、圆满地解释胶粘剂与被胶接物之间的胶接力大于胶粘剂本身的强地解释胶粘剂与被胶接物之间的胶接力大于胶粘剂本身的强度相关这一事实。度相关这一事实。n在测定胶接强度时，为克服分子间的力所作的功，应当与分在测定胶接强度时，为克服分子间的力所作的功，应当与分子间的分离速度无关。事实上，胶接力的大小与剥离速度有子间的分离速度无关。事实上，胶接力的大小与剥离速度有关。关。n吸附理论不能解释极性的吸附理论不能解释极性的-氰基丙烯酸酯能胶接非极性的聚苯氰基丙烯酸酯能胶接非极性的聚苯乙烯类化合物的现象；对高分子化合物极性过大，胶接强度乙烯类化合物的现象；对高分子化合物极性过大，胶接强度反而降低的现象也都无法解释。反

26、而降低的现象也都无法解释。1.1.1 吸附理论吸附理论第30页，讲稿共105张，创作于星期三n理理论论基基础础：由由Mcbain，Hopkis提出，是胶接提出，是胶接领领域中最早提出的胶接理域中最早提出的胶接理论论。任何物体的表面即使肉眼看起来十分光滑，但放大看任何物体的表面即使肉眼看起来十分光滑，但放大看还还是十分粗是十分粗糙，有些材料糙，有些材料还还是多孔性的。是多孔性的。n理理论论内容：内容：液液态态胶粘胶粘剂剂充充满满被胶接物表面的被胶接物表面的缝缝隙或凹陷隙或凹陷处处，或者在毛或者在毛细细管管张张力的作用下，从表面敞开的管孔渗到力的作用下，从表面敞开的管孔渗到细细胞腔胞腔内，固化或硬

27、化后在界面内，固化或硬化后在界面产产生生啮啮合合连连接。接。1.1.2 1.1.2 机械胶接理论机械胶接理论第31页，讲稿共105张，创作于星期三n注意要点：注意要点：n机械机械连连接形式与浸接形式与浸润润、分子、分子间间作用力无关，通常称作用力无关，通常称为锚为锚固作用固作用或或紧紧固作用。固作用。n对对于木材来于木材来讲讲，机械，机械结结合理合理论显论显得更得更为为重要。因重要。因为为木材是多木材是多孔性材料，木材表面存在大量的孔性材料，木材表面存在大量的纹纹孔和暴露在外的孔和暴露在外的细细胞腔，胞腔，这这是木材胶接形成胶接力（胶是木材胶接形成胶接力（胶钉钉作用）的有利条件。作用）的有利条

28、件。n佐伯等人利用佐伯等人利用扫扫描描电电子子显显微微镜观镜观察察经过经过化学化学处处理后的婆理后的婆罗罗洲樟木胶合板的胶接洲樟木胶合板的胶接层层，发现发现由由导导管腔至管腔至细细胞壁胞壁纹纹孔的各孔的各种木材种木材组织组织内腔中都有胶粘内腔中都有胶粘剂剂渗入。渗入。1.1.2 1.1.2 机械胶接理论机械胶接理论第32页，讲稿共105张，创作于星期三 贡贡献及不足之献及不足之处处：n对对多孔性材料的胶接有多孔性材料的胶接有贡贡献。献。n机械机械结结合理合理论论不能解不能解释释非多孔性材料，如表面光滑的玻璃等物体非多孔性材料，如表面光滑的玻璃等物体的胶接的胶接现现象，也无法解象，也无法解释释由

29、于材料表面化学性能的由于材料表面化学性能的变变化化对对胶接作胶接作用的影响。用的影响。n不能解不能解释释空隙多的木材比孔隙少的木材胶接空隙多的木材比孔隙少的木材胶接强强度低，表面粗糙的度低，表面粗糙的比比经经刨床精加工的胶接刨床精加工的胶接强强度低。度低。n许许多事多事实证实证明，机械明，机械结结合力与物理吸附和化学吸附作用相比，合力与物理吸附和化学吸附作用相比，它是它是产产生胶接力的第二位主要原因。生胶接力的第二位主要原因。1.1.2 1.1.2 机械胶接理论机械胶接理论第33页，讲稿共105张，创作于星期三1.1.3 扩散理论扩散理论n理理论论基基础础：Voyutskii基于高分子基于高分

30、子链链段越段越过过界面相界面相互互扩扩散散产产生分子生分子缠绕缠绕强强化化结结合而合而产产生胶接生胶接强强度，度，提出提出扩扩散理散理论论。扩扩散理散理论对论对于同属于于同属于线线性高分子性高分子的胶接体系或的胶接体系或轻轻度交度交联联的高分子胶接体系是有效的高分子胶接体系是有效的。的。n扩扩散理散理论论内容：内容：胶粘胶粘剂剂和被胶接物分子通和被胶接物分子通过过相互相互扩扩散而形成牢固的接散而形成牢固的接头头，且胶接作用与它，且胶接作用与它们们的互溶特性的互溶特性有关。有关。第34页，讲稿共105张，创作于星期三 贡献及不足之处贡献及不足之处n贡献：贡献：它能圆满解释许多工艺因素（温度、时间

31、等）对胶接它能圆满解释许多工艺因素（温度、时间等）对胶接性能的影响，而且也能解释胶粘剂组分对胶接强度的影响。性能的影响，而且也能解释胶粘剂组分对胶接强度的影响。因为在胶接体系中，适当降低分子量，有助于提高扩散系数，因为在胶接体系中，适当降低分子量，有助于提高扩散系数，改善胶接性能。提高两种聚合物的接触时间和胶接温度，都改善胶接性能。提高两种聚合物的接触时间和胶接温度，都将增强扩散作用，从而提高胶接强度。将增强扩散作用，从而提高胶接强度。n局限性：局限性：它不能解释金属和陶瓷、玻璃等无机物的胶接现象。它不能解释金属和陶瓷、玻璃等无机物的胶接现象。1.1.3 1.1.3 扩散理论扩散理论第35页，

32、讲稿共105张，创作于星期三1.2.4 静电理论静电理论n理理论论基基础础：1949年前年前苏联苏联学者根据胶膜从被粘物表面剥离学者根据胶膜从被粘物表面剥离时时的放的放电现电现象，提出了静象，提出了静电电理理论论。n理理论论内容：在胶接接内容：在胶接接头头中存在双中存在双电层电层，胶接力主要来自双，胶接力主要来自双电层电层的静的静电电引力。当胶粘引力。当胶粘剂剂从被粘物剥离从被粘物剥离时时，两个表面，两个表面间间产产生了生了电电位差，并且随着被剥离距离的增大而增加。达到位差，并且随着被剥离距离的增大而增加。达到一定的极限一定的极限时时，便，便产产生放生放电现电现象。象。第36页，讲稿共105张

33、，创作于星期三n将双将双电层电层等效等效为电为电容器的极板，容器的极板，粘附功粘附功就等于就等于电电容器瞬容器瞬时时放放电电的的能量。可按下式能量。可按下式计计算：算：式中：式中：WA 粘附功；粘附功；Q 电电荷的表面密度；荷的表面密度；h 放放电电距离距离（相当于（相当于电电容器的极板容器的极板间间距）；距）；介介质质的介的介电电常数。常数。1.2.4 静电理论静电理论第37页，讲稿共105张，创作于星期三 贡贡献及不足之献及不足之处处n解解释释了粘附力与剥离速度有关的了粘附力与剥离速度有关的实验实验事事实实，克服了吸附理，克服了吸附理论论的不的不足。足。因为当胶接接头以极慢的速度剥离时，电

34、荷可以从极板部分逸出，降低了电荷间的引力，减少了剥离时消耗的功。当快速剥离时，电荷没有足够的逸出，粘附功偏高。n静静电电引力引力对对胶接胶接强强度的度的贡贡献可以忽略不献可以忽略不计计。n静静电电作用作用仅仅存在于能形成双存在于能形成双电层电层的胶接体系中，不具有普遍的胶接体系中，不具有普遍现现象。象。1.2.4 1.2.4 静电理论静电理论第38页，讲稿共105张，创作于星期三1.2.5 化学键理论化学键理论n理理论论内容：内容：胶接作用主要是化学胶接作用主要是化学键键力作用的力作用的结结果。胶粘果。胶粘剂剂与被粘物通与被粘物通过过分子分子间间化学反化学反应产应产生主价生主价键结键结合而合而

35、获获得高得高强强度。化学度。化学键键包括离子包括离子键键、共价、共价键键和金属和金属键键。在胶接体系。在胶接体系中主要是前二者。化学中主要是前二者。化学键键力比分子力比分子间间力大得多。力大得多。胶接体系产生化学键连接时，将有利于提高胶接强度，防止裂缝扩展，也能有效地抵抗应力集中和气候环境老化等因素的影响。第39页，讲稿共105张，创作于星期三n成成键键形式：形式：化学化学键键是在化学反是在化学反应应中形成的。胶接界面的化学中形成的。胶接界面的化学键键可通可通过过下述途径下述途径发发生化学反生化学反应应而形成：而形成：n通通过过胶粘胶粘剂剂和被胶接物中的活性基和被胶接物中的活性基团团形成化学形

36、成化学键键n通通过过偶偶联剂联剂使胶粘使胶粘剂剂与被粘物分子与被粘物分子间间形成化学形成化学键键n通通过过表面表面处处理理获获得活性基得活性基团团与胶粘与胶粘剂剂形成化学形成化学键键1.2.5 化学键理论化学键理论第40页，讲稿共105张，创作于星期三1 活活泼氢泼氢与与NCO、COOH及及COCl反反应应：第41页，讲稿共105张，创作于星期三2 羟羟基与基与NCO，RCHCH2，及，及RCH2，OH反反应应 O第42页，讲稿共105张，创作于星期三n偶偶联剂联剂，一般含有两，一般含有两类类反反应应基基团团。其中一。其中一类类可与胶粘可与胶粘剂剂分子分子发发生化学反生化学反应应；另一；另一类

37、类基基团团或其水解形成的基或其水解形成的基团团。n偶偶联剂联剂有若干有若干类类型，型，应应用最多的是硅用最多的是硅烷烷及其衍生物。及其衍生物。其通式其通式为为：X3Si（CH2）nY，其中，其中X为为可水解的基可水解的基团团，水解后生成水解后生成羟羟基并与被胶接表面的基基并与被胶接表面的基团发团发生反生反应应。Y是能与胶粘是能与胶粘剂发剂发生反生反应应的基的基团团。n硅硅烷烷基基过过氧化物偶氧化物偶联剂联剂，它在，它在热热的作用下分解成自由基，的作用下分解成自由基，可与可与烯类烯类聚合物聚合物发发生作用，从而促生作用，从而促进烯类进烯类聚合物的胶接。聚合物的胶接。通过偶联剂使胶粘剂与被粘物分子

38、间形成化学键通过偶联剂使胶粘剂与被粘物分子间形成化学键1.2.5 化学键理论化学键理论第43页，讲稿共105张，创作于星期三n许许多被胶接表面多被胶接表面经过经过表面表面处处理后可理后可获获得活性基得活性基团团，在，在胶接胶接过过程中与胶粘程中与胶粘剂剂分子分子发发生化学反生化学反应应。n例如聚乙例如聚乙烯烯薄膜薄膜经电晕经电晕放放电处电处理可理可产产生生OH、ONO2，、，、NO3，等活性基，等活性基团团，胶接，胶接时时，与相，与相应应的的胶粘胶粘剂剂分子可分子可发发生化学反生化学反应应。金属材料的表面。金属材料的表面处处理，理，如氧化、阳极化如氧化、阳极化处处理或酸洗理或酸洗处处理均可理均

39、可产产生活性氧化生活性氧化层层，与水可以形成水合，与水可以形成水合结结构构MeOH。胶接。胶接时时，与胶，与胶粘粘剂剂可可发发生化学反生化学反应应。通过表面处理获得活性基团与胶粘剂形成化学键通过表面处理获得活性基团与胶粘剂形成化学键1.2.5 化学键理论化学键理论第44页，讲稿共105张，创作于星期三 贡贡献与不足献与不足n化学化学键键理理论为许论为许多事多事实实所所证实证实，在相，在相应应的的领领域域中是成功的。但是，它的不足也是中是成功的。但是，它的不足也是显显而易而易见见的。的。它无法解它无法解释释大多数不大多数不发发生化学反生化学反应应的胶接的胶接现现象。象。1.2.5 1.2.5 化

40、学键理论化学键理论第45页，讲稿共105张，创作于星期三1.2 胶接结构的耐久性与胶接破坏胶接结构的耐久性与胶接破坏1.2.1 胶接耐久性胶接耐久性1.2.2 胶接破坏胶接破坏n接接头头的的结结构构n胶接接胶接接头头的破坏的破坏类类型型 n影响接影响接头头破坏的因素破坏的因素第46页，讲稿共105张，创作于星期三1.2.1 胶接耐久性胶接耐久性n概念：概念：胶接胶接结结构的耐久性是构的耐久性是标标志胶接志胶接结结构在大气构在大气环环境境作用下所能保持作用下所能保持实实用用强强度的一种特征，也是度的一种特征，也是标标志胶接志胶接结结构使用寿命的特征。构使用寿命的特征。n影响胶接影响胶接结结构耐久

41、性的因素构耐久性的因素 应应力作用：力作用：水分作用：水分作用：热热氧化作用：氧化作用：1.2 1.2 胶接结构的耐久性与胶接破坏胶接结构的耐久性与胶接破坏第47页，讲稿共105张，创作于星期三n应应力作用：力作用：包括收包括收缩缩膨膨胀应胀应力和力和热应热应力。力。木材的多孔性及木材的多孔性及亲亲水性会使胶接水性会使胶接结结构在吸水和排水构在吸水和排水时产时产生膨生膨胀胀或或收收缩缩，不同，不同树树种及不同种及不同组织细组织细胞的膨胞的膨胀胀收收缩缩有很大差有很大差别别，在，在某些部位某些部位产产生很大的生很大的膨膨胀胀收收缩应缩应力；力；环环境温度境温度变变化的情况下，化的情况下，会会产产

42、生生热应热应力。力。应应力的作用会加速力的作用会加速湿湿热热老化和老化和热热老化老化。因。因为应为应力会在胶接界面力会在胶接界面或胶或胶层层中中产产生裂生裂纹纹有助于水分的有助于水分的进进一步渗透，而水的一步渗透，而水的进进入又入又促促进进裂裂纹进纹进一步增大。一步增大。第48页，讲稿共105张，创作于星期三n水分的作用：水分的作用：水分作用于胶接界面水分作用于胶接界面处处，体体积积小，极性小，极性强强的水分子的水分子很容易沿着很容易沿着亲亲水性物水性物质质向胶接界面渗透，破坏界面向胶接界面渗透，破坏界面氢键氢键，减弱胶粘，减弱胶粘剂剂分子与被胶接材料表面的作用力。分子与被胶接材料表面的作用力

43、。水水对对胶胶层层有水解作用，有水解作用，也是降低胶接耐久性的一个也是降低胶接耐久性的一个因素。因因素。因为为水能渗透到胶水能渗透到胶层层的本体中，破坏胶粘的本体中，破坏胶粘剂剂分子分子间间的的氢键氢键，降低胶粘，降低胶粘剂剂的力学性能和物理性能；的力学性能和物理性能；水水还还可以使胶粘可以使胶粘剂剂的化学的化学键键水解，引起胶粘水解，引起胶粘剂剂降解。降解。第49页，讲稿共105张，创作于星期三n热热氧化作用：氧化作用：胶粘胶粘剂剂受受热产热产生两种作用：生两种作用：化学化学变变化，表化，表现为热现为热分解；分解；软软化和熔融化和熔融胶粘胶粘剂剂受受热热超超过热变过热变形温度或玻璃化温度形温

44、度或玻璃化温度时时，胶粘，胶粘剂剂软软化，力学性能会化，力学性能会显显著下降，如果受著下降，如果受热热温度达到胶温度达到胶粘粘剂剂的分解温度，胶粘的分解温度，胶粘剂剂就失去作用。就失去作用。第50页，讲稿共105张，创作于星期三1.2.2 胶接破坏胶接破坏n接接头结头结构：构：胶接接胶接接头头在材在材质质上不完全上不完全连续连续，通常是，通常是应应力力集中部位，在外力和集中部位，在外力和环环境境应应力作用下，可能力作用下，可能导导致接致接头头破破坏。坏。单单位胶接面位胶接面积积或或单单位胶接位胶接长长度上所能承受的最大度上所能承受的最大载载荷称荷称为为接接头头的破坏的破坏强强度。度。1，9被胶

45、接物被胶接物 2，8被胶接物的表面被胶接物的表面 3，7胶粘胶粘剂剂与被胶接物的界面与被胶接物的界面层层 4，6受界面影响的胶粘受界面影响的胶粘剂层剂层 5胶粘胶粘剂剂 胶接接胶接接头结头结构构组组成示意成示意图图1.2 1.2 胶接结构的耐久性与胶接破坏胶接结构的耐久性与胶接破坏第51页，讲稿共105张，创作于星期三n胶接接胶接接头头的破坏的破坏类类型型根据接根据接头头破坏的位置可以划分破坏的位置可以划分为为四种四种类类型。型。胶接胶接头头破坏破坏类类型示意型示意图图 （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 1.2.2

46、胶接破坏胶接破坏 第52页，讲稿共105张，创作于星期三 胶接接胶接接头头的破坏的破坏类类型型（1）被胶接物破坏：）被胶接物破坏：发发生在胶接部位的生在胶接部位的邻邻近近处处，那，那里里应应力最力最为为集中。主要取决于二种材料自身的集中。主要取决于二种材料自身的强强度。度。当然当然还还与材料内部的缺陷、构成接与材料内部的缺陷、构成接头头后体系内部胶后体系内部胶层层厚度，被胶接表面厚度，被胶接表面处处理状况，理状况，组组分分间间相互作用等相互作用等有关。此有关。此时时，接，接头头强强度并不等于材料自身度并不等于材料自身强强度。一度。一般略低于材料般略低于材料强强度。度。（2）内聚破坏）内聚破坏：

47、即胶粘：即胶粘剂层剂层破坏，取决于胶粘破坏，取决于胶粘剂剂自身自身的内聚的内聚强强度。度。第53页，讲稿共105张，创作于星期三（3）界面破坏：）界面破坏：是由被胶接材料的可粘性差造成的。是由被胶接材料的可粘性差造成的。由于材料的非均一性及表面由于材料的非均一性及表面处处理、工理、工艺实艺实施等施等环节环节的不均一性，完全的界面破坏是不存在的。在理想的不均一性，完全的界面破坏是不存在的。在理想的条件下，即没有界面区存在的条件下，即没有界面区存在时时，其破坏，其破坏强强度主要度主要取决于胶粘取决于胶粘剂剂与被胶接物之与被胶接物之间间的粘附的粘附强强度，度，还还与胶与胶粘粘剂剂和被胶接物的表面和被

48、胶接物的表面强强度有关。度有关。（4）混合破坏：）混合破坏：在胶接在胶接结结构各部分的构各部分的强强度相近度相近时时特特别别容易容易发发生。也是内聚破坏和界面破坏的一种生。也是内聚破坏和界面破坏的一种过过渡渡状状态态。胶接接胶接接头头的破坏的破坏类类型型第54页，讲稿共105张，创作于星期三n接头破坏类型会随着各种条件的变化而转变。对于粘弹性高聚物，当温度升高时，分子链段热运动增加，应力松弛过程加快，受载时变形较大而强度较低。同样加载速度降低，外力作用时间增加了，应力松弛更充分，因此受载时，变形较大，强度较低。n大量的测试结果表明，胶膜变厚、慢速测试和升高测试温度三者是等效的，往往导致内聚破坏

49、；胶膜变薄、快速测试和降低测试温度也是等效的，结果导致界面破坏。1.2.2 胶接破坏胶接破坏第55页，讲稿共105张，创作于星期三n影响接影响接头头破坏的因素破坏的因素（1）弱界面弱界面层层弱界面弱界面层层理理论认为论认为被胶接材料和胶粘被胶接材料和胶粘剂剂中，由于材料中，由于材料表面与内部存在着性表面与内部存在着性质质上的差异而造成上的差异而造成结结构不均匀构不均匀性性“弱界面弱界面层层”。它也可能由于体系的低分子物或。它也可能由于体系的低分子物或杂杂质质通通过扩过扩散、吸附或聚集，在界面内散、吸附或聚集，在界面内产产生低分子物生低分子物富集的富集的“弱界面弱界面层层”。接接头头在外力的作用

50、下出在外力的作用下出现现胶接的弱界面破坏或胶接胶接的弱界面破坏或胶接强强度的急度的急剧剧下降。下降。实质实质上是低分子物上是低分子物质质解吸界面解吸界面区内胶粘区内胶粘剂剂分子的分子的过过程。程。第56页，讲稿共105张，创作于星期三 （2）内）内应应力力 胶接胶接结结构的内构的内应应力主要指收力主要指收缩应缩应力和力和热应热应力两种。在胶接力两种。在胶接过过程中如何减少或程中如何减少或缓缓和内和内应应力是一个非常重要的力是一个非常重要的课题课题。内内应应力的来源：力的来源：n胶粘胶粘剂剂的固化或硬化的固化或硬化过过程中体程中体积积的收的收缩缩；n胶粘胶粘剂剂与被胶接材料的与被胶接材料的热热膨