胶粘剂 分类 粘结原理资料

1、Company LOGO 3.1 胶粘剂的定义及特点 v胶粘剂（黏合剂）eltadhesive： a定义：靠界面间作用使各种材料牢固地粘接 在一起的物质。 vb胶粘剂的组成： 第三章 胶粘剂 固化剂和固化促进剂 粘料 增塑剂和增韧剂 偶联剂 和其他助剂 稀释剂 填料 组成 c胶粘剂的分类 vc胶粘剂的分类：胶粘剂种类繁多，组分各异， 有多种分类方式。 1、按物理形态分类： 水溶液型、溶液型、乳液（胶乳）型、无溶 剂型、固态型、膏状或糊状。 2、按化学成分分类： 1）无机胶粘剂 2）有机胶粘剂 3、按来源分类 1）天然胶粘剂 2）合成胶粘剂 第三章 胶粘剂 d.胶粘剂的性能 耐温性 低污染性 粘接无破坏性 轻质性 第三章 胶粘剂 e.胶粘剂的应用 第三章 胶粘剂 1 1 防腐蚀 2 2 用于军事领域 3 3 用作生物医用 4 4 防恐反恐 胶粘剂除有传统的粘接用途，还有一些新的、巧妙的应用。 f.胶粘剂发展趋势 v 1）发展无溶剂性胶粘剂 现行的许多胶粘剂都含有大量挥发性很强的溶剂,这些溶剂不 仅危害人的身心健康,而且会破坏大气层中的臭氧层。近年来, 引起了公众和政府的高度重视,这样自然

2、给胶粘剂工业带来了一 种新的发展趋势,即向无溶剂的胶粘剂发展。 v 2)发展纳米胶粘剂 纳米胶粘剂是材料领域的重要组成部分,发展纳米胶粘剂,有 可能在席卷全球的“纳米经济”急战中,抢夺一个技术制高点。纳 米胶粘剂将成为一颗耀眼的新的科技明星。 v 3)发展多功能胶粘剂 当一种胶粘剂同时具有多种功能的时候,它的应用价值往往 陡增,所以多功能胶粘剂是胶粘剂工业的发展趋势之一。 v 4)发展军事、国防用胶粘剂 发展军事、国防用胶粘剂是未来战争和防恐、反恐的需要, 因此它必定有着长足发展。 第三章 胶粘剂 第三章 胶粘剂 相关定义 v胶接接头（adhesive joint）：通过胶粘剂而得到 的组件。 v被粘物（adherends）：接头中除胶粘剂外的固 体材料。 v粘结（adhesion）：胶粘剂把被粘物所受的载荷 传递到胶接接头的现象。 v粘附力（practical adhesion）：强度由被粘物和 胶粘剂的力学性能决定。 第三章 胶粘剂 胶粘剂的固化 v固化：通过适当方法使胶层由液态变成固态的过程。 热熔胶的固化 溶液型胶的固化 增塑糊型胶粘剂的固化 按 固 化 方 式 反应型胶粘剂的

3、固化 乳液型胶的固化 第三章 胶粘剂 3.3 粘结接头的设计 v1 接头及其受力情况：相当复杂，主要机械力 剪切力 不均匀扯离力 剥离力 拉伸力 第三章 胶粘剂 接头形式选择原则 2 接头形式选择原则： v 胶层承受剪切力和拉伸力， 避免剥离力和不均匀扯离力。 v 增加粘结面积 v 防止层间剥离 v 避免应力集中 v 胶层均匀 v 加工容易，方便 第三章 胶粘剂 粘结接头类型 v粘结接头类型：型样各异，变化多端 对接接头（butt joint） 斜接接头（scarf joint） 搭接接头（lap joint） 套接接头（dowel joint) 第三章 胶粘剂 3.2 粘接原理 v吸附理论 v胶接作用是胶粘剂分子与被胶接物分子界面 发生吸附作用。（物理吸附和化学吸附） v特点： 1. 范德华力和氢键力 2. 具有热力学平衡 3. 根据胶接功可计算胶接强度 4. 润湿影响胶接强度 第三章 胶粘剂 偶极力：极性分子间的引力， 即偶极距间的相互作用力。 式中： 偶极矩 R距离；T绝对温度 K波尔兹曼常数 诱导偶极力：由于受到 极性分子电场的作用而 产生的。 式中： 分子极 化率； 偶极矩

4、（永久，诱导） 在范氏力中 起主要作用 范德华力 色散力：非极性分子 间的作用力。 式中： 分子 电离能 第三章 胶粘剂 吸附理论 v吸附理论认为胶接过程分两个阶段 v第一阶段：胶粘剂分子通过布朗运动，向胶接 物体表明移动扩散，使二者的极性基团或分子 链段互相靠近。 v第二阶段：吸附力产生。作用能E如下 第三章 胶粘剂 试中： 分子偶极矩；I分子电离能；R分子间距离 极化率；k波耳兹蔓常量；T热力学温度 出处：Hofrichter C H.Ind.Eng.Chem,1948,40:329 物质的极性有利于获得 高胶接强度，但过高会 妨碍湿润过程的进行 结论结论 胶粘剂与被胶接材料 表面间的距离是产生 胶接力的必要条件 胶接体系内分子接触 区（界面）的稠密程 度是决定胶接强度的 主要因素 胶粘剂湿润被胶接材料的表面 产生物理吸附 必要非充分条件必要非充分条件 高的胶接强度高的胶接强度 H H2 2 OO 第三章 胶粘剂 吸附理论 vv吸附理论的缺陷吸附理论的缺陷： 1. 解释不了胶粘剂与被胶粘物之间的胶接力 大于胶粘剂本身的强度。 2. 解释不了胶接强度大小与分子间的分离速 度关系。 3

5、. 解释不了对于高分子化合物极性过大，反 而胶接强度降低。 4. 解释不了水的影响。 第三章 胶粘剂 静电理论 v该理论认为：在胶接接头中存在双电层，胶接 力来自双电层的静电引力。 v胶接功等于电容器瞬间放电的能量，计算公式 如下： WA胶接功；Q电荷表面密度； h放电距离；介质的介电常数 前苏联：Mcbain J W.J Phys Chem，1926，30：114 第三章 胶粘剂 将被胶接材料和固化的胶粘剂层理想化为电容器，即在胶接 接头中存在双电层，胶接力主要来自双电层的静电引力。静 电引力的产生是相1电荷场相2电荷场相互作用的结果。 成功地解释了粘 附功与剥离速度 有关的实验事实 静电引力（K+Na+。 v应用：金属、陶瓷、玻璃、石材、包装箱等多种物质的 粘接，以及有耐热、防火要求的材质的粘接。 v最常见硅酸钠，即水玻璃，n=3.2-3.4，对木材、纸张有 良好的粘接。 2.天然胶粘剂 A 天然胶粘剂是指由天然有机物制成的胶粘剂 v 优点：原料易得，使用方便 v 缺点：粘接力和耐水性等方面均不如合成胶粘剂 B 分类 v 按原料来源分：矿物胶、动物胶、植物胶 v 按组成分：淀粉、动

6、植物蛋白、纤维素、天然树脂 第三章 胶粘剂 天然胶粘剂（例1淀粉） 例1： 淀粉胶粘剂 v 淀粉：是有许多葡萄糖结构单元（C6H10O5）互相 连接而成的多糖类聚合物，为粒状。 v来源：植物中的种子、果实、叶、块茎、球茎中都 会有大量的淀粉。 v淀粉分离：溶解于冷水中先膨胀或溶胀，再干燥成 粒状分离。 v 淀粉直接糊化粘接性能很低，直接用途就有限，所 以在工业中广泛使用淀粉基胶粘剂一般通过淀粉的 降解转化或化学改性制得。 第三章 胶粘剂 v常用转化用配合剂有增塑剂、液化剂/溶胶化剂、填料 、硼砂、保鲜剂等。 A增塑剂：甘油，二醇类，大豆油，葡萄糖，果汁。 v 用途：控制胶合成的脆性或调节干燥速度。 B液化剂：氯化钙，尿素，硝酸钠，乙酰胺等。 v 用途：降低粘度，或控制胶粘时间与干燥速度的助剂 ，用量5-20% C 填料：粘土，磷酸钙，二氧化钛等 v 用途：控制与多孔性茎材相关连的渗透性，也可控制 淀粉类胶粘剂的固化。用量5-50% D 保鲜剂：甲醛，硫酸铜，硫酸锌，苯甲酸盐等。 v 用途：杀菌、防霉作用。但要注意毒性，用量0.2-1% 第三章 胶粘剂 vE 硼砂：（四硼酸钠） v 用途

7、：增粘，提高胶的内聚力和稳定性 v 原因：硼砂分子同淀粉的羟基相互作用或同游离 水分子缔合作用的结果。当加20%硼砂固化强度增 大，使操作速度快。 v当加入苛性碱直到所有四硼酸钠被转化成偏硼酸 钠时，其粘结强度可进一步提高。如碱加过量， 反而使粘度下降。 第三章 胶粘剂 第三章 胶粘剂 例：纸箱用耐水胶粘剂 v 配方：珍球状玉米淀粉 36.3kg+227kg v 苛性钠 6.8kg v 硼砂 10Mol v 苛性碱 6.8kg v 脲醛树脂（Casco树脂PR-195） 20.4kg v 水 212+689kg 工艺：1.初次混合： v 加水 49oC加热 玉米淀粉 5分钟+搅拌 硼 砂 苛性钠 15分钟 + 搅拌 加冷水 2.二次混合 v 上述料加水 在38oC下加热 加玉米淀粉 加脲醛 树脂 3.用20-30分钟A组分滴加剂 B组份中滴完至可搅拌15分钟，如太 稠，再搅拌10分钟检测，如太稀，可用水稀释 例2：纸板箱顶端和底部密封胶配方 第三章 胶粘剂 v 配方：水 400 v 磷酸三丁酯 1 v 硼砂（10mol） 30 v 白糊精 75 （80%冷水溶性PH3.43.5） v

8、加热到85oC（只使用夹套蒸汽），保温20分钟，冷却到 60oC并加入苛性钠（40%溶） 10 甲醛 1 v 搅拌 10分钟 即可 v 此胶黏度:10004000MP/S2之间 v 可用水调节施工粘度。 天然胶粘剂（例2 骨胶） v骨胶：动物蛋白胶,（皮胶、鱼胶）。. v制取工艺 A，将动物骨骼在石灰水中浸泡，然后水洗，中和，最 后加热蒸煮，获得浸出物，其直接脱水，干燥即将成 品。 B，将动物骨骼粉碎，水洗后。放进装有弱酸的压力罐 中，加热反应器，并不断向骨粉上喷洒热水，从而使 胶不断析出，溶出的稀胶掖经过滤去除脂肪酸及骨渣 等副产物，干燥后即为成品骨胶。 v骨胶：粒状或粉状，无臭味，颜色为淡黄至棕色。 v使用：加水，热溶，即可用。 v应用：砂皮，皮，皮革，木材，织物，纸张的粘接。 第三章 胶粘剂 3.合成聚合物胶粘剂 v1、热塑性树脂胶粘剂 热塑性高分子胶粘剂是以线型聚合物为粘料，很 容易配制成溶液状，乳液状或熔融状粘合剂进行粘接 操作，使用方便。固化过程中不产生交联反应，而是 通过溶剂或分散介质的挥发或熔体冷却成为胶层、产 生粘接力。 v优点：柔韧性、耐冲击性、初粘力高、贮存稳定性

9、好 等。 v缺点：耐热性、耐溶剂性较差，胶接强度相对较低， 常温下往往有蠕变倾向。 v 应用：非结构件的胶粘，如纸张、木材、皮革、纤 维制品等低受力物品的粘接。热塑性聚酰胺、聚酯等 也用于金属、金属与塑料、橡皮间的粘接。 第三章 胶粘剂 热塑性树脂胶粘剂（之一） v聚醋酸乙烯酯胶粘剂：以醋酸乙烯为单体经聚 合得到一种热塑性树脂胶粘剂。 v聚醋酸乙烯酯形成机理：自由基加聚反应 v以硫酸铵为引发剂为例 1 链引发 第三章 胶粘剂 v2 链增长 第三章 胶粘剂 v3 链终止 第三章 胶粘剂 v聚醋酸乙烯酯胶粘剂应用：乳液型和溶液型 v乳液型：例 聚乙烯醇 4 水 55 醋酸乙烯酯 44 邻苯二甲酸二丁酯 6 辛醇 0.2 过硫酸铵 适量 第三章 胶粘剂 聚醋酸乙烯酯乳液胶特点： 1.良好的操作条件 2.常温硬化胶，硬化速度快 3.使用方便，不必加热 4.水为分散介质，成本低 缺点： 1.耐水和耐湿性差 2. 那热性差，（4090oC） v聚醋酸乙烯酯溶液胶：由溶液聚合制得或将固 体聚合物溶解在溶剂中制成溶液。也靠溶剂挥 发，达到一定强度。 第三章 胶粘剂 热塑性树脂胶粘剂（之二） 聚乙烯醇及聚乙烯醇缩醛胶粘剂: 制备：聚醋酸乙烯酯水解制聚乙烯醇，聚乙烯醇与醛 类进行缩醛化反应得到聚乙烯醇缩醛胶粘剂。 第三章 胶粘剂 热塑性树脂胶粘剂（之二） v应用： 将聚乙烯醇和水在加热下溶解可直接得到水溶性 胶粘剂。通常命名用的聚乙烯醇牌号为PVA-1788，其 醇解度为88%，平均聚合度为1700。若醇解度太低水 溶性不好，醇解度太高则容易结晶，粘合效果下降。 因聚乙烯醇胶粘剂价格低、无毒、主要用于纸品的粘 接和办公用品中的浆液。 v例：107胶 主要成分为低缩醛度的聚乙烯

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