《精细化工概论》教学课件—05粘合剂.ppt

精细化工概论精细化工概论第五章第五章 粘粘 合合 剂剂 第一节第一节 概概 述述 一、 胶粘剂的发展 二、 粘合剂的组成 1. 粘料 2. 固化剂 3. 填料 4. 增塑剂 5. 增韧剂 6. 稀释剂 7. 增粘剂（偶联剂） 8. 防老剂 第一节第一节 概概 述述 三、三、 粘合剂的分类粘合剂的分类 胶粘剂品种繁多，目前尚无统一的分类方法，为了便于研究和应用，可以归纳为以下四个类别： 1. 按基料分类 以无机化合物为基料的称无机粘合剂，以聚合物为基料的称有机粘合剂，有机粘合剂又分为天然粘合剂与合成粘合剂两大类 2. 按物理形态分类 根据粘合剂外观上的差异人们常将粘合剂分为以下五种类型： (1)溶液型合成树脂或橡胶在适当的溶剂中配成有一定粘度的溶液，目前大部分粘合剂是这一形式 (2)乳液型合成树脂或橡胶分散于水中，形成水溶液或乳液这类粘合剂由于不存在污染问题，所以发展较快 （3）膏状或糊状型这是将合成树脂或橡胶配成易挥发的高粘度的胶粘剂主要用于密封和嵌缝等方面 第一节第一节 概概 述述 （4）固体型一般是将热塑性合成树脂或橡胶制成粒状、块状、或带状形式，加热时熔融可以涂布，冷却后固化，也称热熔胶。

这类粘合剂的应用范围广泛，常用在道路标志、奶瓶封口或衣领衬里等 （5）膜状型将粘合剂涂布于各种基材（纸、布等）上，呈薄膜状胶带，或直接将合成树脂或橡胶制成薄膜使用 3. 按用途分类 粘合剂按用途分类可分为结构胶、非结构胶以及专门用于木材、金属、塑料、纤维、橡胶、建筑、玻璃、汽车车辆、电气和电子工业、生物体和医疗等部门的特种粘合剂 （1）结构胶粘剂是用于受力结构件胶接，并能长期承受较大动、静负荷的胶粘剂 （2）非结构胶粘剂是适用于非受力结构件胶接 （3）特种胶粘剂是供某些特殊场合应用的胶粘剂，用以提供独特的用途此外，近年来，又出现了无污染胶粘剂等胶粘剂新品种 第一节第一节 概概 述述 四、四、 粘合剂应用粘合剂应用 粘合剂既能很好地连接各种金属和非金属材料，又能对性能相差悬殊的基材实现良好的连接其应用遍及各个工业部门，从儿童玩具、工艺美术品到飞机、火箭、人造卫星的制造等，到处都用到粘合剂 胶粘剂最早用于木材加工部门，在不少国家中其用量都占首位，大量用于胶合板、纤维板和刨花板的制造中，主要选用脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺树脂建筑业也是胶粘剂的大户，室内的装修和密封，如大理石、瓷砖、天花板、塑料护墙板、地板、预构建的密封、地下建筑的防水密封等都大量用到胶粘剂。

在轻工业方面胶粘剂的应用同样是极其广泛的，如制鞋、包装、装订，家具，皮革制品、橡胶和塑料用品、家用电器、玻璃制品等无一不使用胶粘剂在航天和航空以及交通运输中，胶粘剂起着极为重要的作用，如波音747大型客机的铝合金蜂窝结构面积达400m2，玻璃钢和金属蒙面面积各第二节第二节 胶接的基本原理胶接的基本原理 一、胶接界面 胶接接头是由胶粘剂与被粘物表面依靠粘附作用形成的，胶接接头在应力-环境作用下会逐渐发生破坏但是，对于胶接接头是怎样形成的，又是怎样破坏的，至今尚没有成熟的理论，主要原因之一是被粘物表面及其与胶粘剂之间的界面极其复杂如图5-1所示，胶接界面由被粘物表面（金属氧化物）及其吸附层（如空气、水、杂物）和靠近被粘物表面的底胶或胶粘剂组成第二节第二节 胶接的基本原理胶接的基本原理 胶接界面具有下列特性：界面中胶粘剂/低胶和被粘物表面以及吸附层之间无明显边界；界面的结构、性质与胶粘剂/低胶或被粘物表面的结构、性质是不同的，这些性质包括强度、模量、膨胀性、导热性、耐环境性、局部变形和裂纹扩展等；界面的结构和性质是变化的，随物理的、力学的和环境的作用而变化，并随时间而变化 胶接界面的结合包括物理结合和化学结合。

物理结合指机械联结及范德华力，化学结合指共价健、离子键和金属键等化学键，如表5-7所示，虽然化学结合的能量比物理结合的能量大得多，但形成化学键必须满足一定的条件，并不是胶粘剂与被粘物的每个接触点都能成键；而物理结合基本上是整个接触面的作用因此，人们认为化学键的存在不会改变界面结合总能量的数量级，但化学键抵抗应力环境作用，防止解吸附和裂纹扩展的能力要比物理键好得多第二节第二节 胶接的基本原理胶接的基本原理 第二节第二节 胶接的基本原理胶接的基本原理 二、胶粘剂对被粘物表面的润湿二、胶粘剂对被粘物表面的润湿 1. 润湿的热力学问题 液体润湿固体的程度一般用接触角来衡量，图5-2描述了水平固体表面上的一个液滴接触角90时液体不能很好润湿表面，90时液体能完全润湿表面，=0时液体能在表面上自发展开实际上被粘物表面都不是理想平面，液体在固体表面接触角随表面粗糙度而变化Wenzel用下式表示接触角和粗糙度的关系： 第二节第二节 胶接的基本原理胶接的基本原理 固体表面的真实面积A比表观表面积A大得多， 1.5的表面实际上是不存在的由式（5-1）可见，当90时，90时，这种难于润湿的表面由于凹凸而更加难润湿。

通常，表面处理的同时改变表面活性和粗糙度，因此，接触角的变化是表面几何面积变化和表面变化两种效果的相加，在绝大多数的情况下，胶粘剂对被粘物的接触角小于90，在热力学平衡时胶粘剂均能完成浸润被粘物表面 第二节第二节 胶接的基本原理胶接的基本原理 2. 润湿的动力学问题 固体的表面是波形的、凹凸不平的，有一定的粗糙度，并有裂纹和孔隙因此，可以近似地用毛细管结构来描述固体表面如果把固体表面上的缝隙比作毛细管，粘度为,表面张力为r的液体流过半径为R，长度为L的毛细管所需的时间为t；依Rideal-Washburn公式有： 第二节第二节 胶接的基本原理胶接的基本原理 3. 表面吸附对润湿的影响 固体表面容易吸附各种气体、水蒸气和杂质而形成吸附层以金属为例，一般可分为工业的、清洁的、和纯净的三类工业金属表面有氧化物、防锈油、加工油、有机物和水分等；清洁金属表面有氧化物、水分；纯净金属表面是指不存在氧化物和有机物的真表面，这种表面只有在超真空中才能存在 在固体表面上即使吸附了几个分子层的水或极微量的不纯物也会改变其接触角因此，测定接触角是确认表面污染的一种有用的手段，可以用来判别表面处理的效果水膜法”就是检验表面是否清洁的一个简便的应用实例。

在处理过的金属表面上滴上水，如果水能润湿金属表面，形成连续的水膜，则表面是清洁的反之，如果不能形成连续水膜，则表面有油污 第二节第二节 胶接的基本原理胶接的基本原理 三、粘附机理三、粘附机理 1. 吸附理论 吸附理论认为由于胶粘剂分子与被粘物之间的吸附力而产生了胶接,这种吸附不但有物理吸附,有时也存在化学吸附 粘合力包括表面润湿、粘合剂分子向被粘物表面移动、扩散和渗透，然后粘合剂与被粘物表面形成物理化学结合导致机械结合等一系列过程表面张力小的物质易润湿表面张力大的物质，所以，为了使被粘物表面易被润湿就需要清洗处理，除去油污等表面张力小的物质，从而使表面张力大的被粘物更好地与粘合剂接触，也可以在粘合剂中加入某些表面活性剂以降低其表面张力，于是粘合剂分子带极性的部分就能向被粘物表面带相反极性的部分移动，当距离达到510-10m以下即可发生物理化学结合这种结合可以通过主价键形式，如电价键、共价键和配位键等化学键，也可以通过氢键和范德华力第二节第二节 胶接的基本原理胶接的基本原理 2. 扩散理论 该理论认为，聚合物之间粘合力的主要来源是扩散作用，即两聚合物端头或链节相互扩散，导致界面的消失和过渡区的产生，从而达到粘接。

一般来讲，胶粘剂与被粘物两者的溶解度参数越接近，粘接温度越高，时间越长，其扩散作用也越强，由扩散作用导致的粘接力也越高这种理论最适合聚合物之间的胶接 3. 静电理论 该理论认为胶粘剂与被粘接材料接触时，在界面两侧会形成双电层，如同电容器的两个极板，从而产生了静电引力，经实验测得粘合功等于此电容瞬时放电能量在聚合物膜与金属胶接等方面，静电理论占有一定的地位，但不能解释导电胶的作用和非极性粘合等 第二节第二节 胶接的基本原理胶接的基本原理 4. 机械结合理论 任何物体的表面即使用肉眼看来十分光滑，但经放大后，表面十分粗糙，遍布沟壑，有些表面还是多孔性粘合剂渗透到这些凹凸或孔隙中，固化后就象许多小钩和榫头似地把胶粘剂和被粘物连接在一起 有的还提出了化学键理论，弱的边界层理论总之，现有的几种理论都有不完善的地方，完整的粘合理论有待于在粘合剂的应用、开发和研究中去完善第三节第三节 粘接工艺粘接工艺 一、一、 胶粘剂的选择胶粘剂的选择 胶粘剂的品种繁多，各有其应用范围和使用条件，要想获得好的粘接效果，必须合理使用胶粘剂一般来讲，应从如下几个方面进行考虑 1. 被粘物的表面性状 2. 胶接接头应用的场合。

3. 胶接过程有关的特殊要求 4. 胶接效率及胶粘剂的成本 第三节第三节 粘接工艺粘接工艺 二、胶接接头设计二、胶接接头设计 实施材料间良好的胶接，除了选择合适的胶粘剂外，还要进行正确的接头设计接头设计要遵循的基本原则如下： 1. 避免应力集中，受力方向最好在胶接强度最大的方向上 2. 合理地增加胶接面积 3. 接头设计尽量保证胶层厚度一致 4. 防止层压制品的层间剥离第三节第三节 粘接工艺粘接工艺 三、三、 胶粘剂配方的影响因素胶粘剂配方的影响因素 要制备高强度的胶接接头就必须配制高强度的胶粘剂为了使胶粘剂具备综合的力学性能，在进行胶粘剂配方设计时就需要考虑影响胶粘剂性能的各种因素，并接照配方准确称取胶的各个组分现把一些影响胶粘剂性能的因素粗略地归纳在表5-9中 四、表面处理四、表面处理 为了保证胶接的顺利进行，也为了获得胶接强度高、耐久性能好的胶接制品，通常需要对被粘接面进行表面处理，表面处理的基本原则如下 设法提高表面能 增加粘接的表面积 除去粘接表面上的污物及疏松层 表面处理的方法有两种 1. 物理法如打磨、喷砂、机械加工、电晕处理等 2. 化学法如溶剂清洗、酸、碱或无机盐溶液处理、阳极性处理、等离子体处理等 第三节第三节 粘接工艺粘接工艺 第三节第三节 粘接工艺粘接工艺 五、五、 粘接工艺步骤粘接工艺步骤 利用胶粘剂把被粘物连接成整体的操作步骤可分为：首先对被粘物的待粘表面进行修配，使之配合良好；其次是根据材质及强度的要求，对被粘物表面进行处理；表面处理之后，可涂敷偶联剂，或进行胶粘剂底涂，即先涂一极薄的底胶，以保护表面；然后涂布胶粘剂，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。

当然，如何精确、具体地操作，应根据特定品种的使用说明来定第四节第四节 合成树脂粘合剂合成树脂粘合剂 一、热塑性树脂胶粘剂 1. 聚醋酸乙烯酯粘合剂 聚醋酸乙烯及其共聚物胶粘剂是热塑性高分子胶粘剂中产量最大的品种，价格便宜，用于对纸张、木材、纤维、陶瓷、塑料薄膜和混凝土等的粘接 聚醋酸乙烯酯是由醋酸乙烯出发，用过氧化物或偶氮二异丁腈作引发剂，通过聚合反应等方法制得，反应式如下： 聚醋酸乙烯是无臭、无味、无毒的热塑性聚合物，基本上是无色透明的其玻璃化温度为2528，线膨胀系数 为 8.610-5/， 吸 水 率 为 23%， 20时 密 度 为1.19g/cm3 第四节第四节 合成树脂粘合剂合成树脂粘合剂 2. 聚乙烯醇和聚乙烯醇缩醛胶粘剂 由于乙烯醇是不稳定的，因而聚乙烯醇难以由此单体制得，通常是由聚醋酸乙烯在甲醇或乙醇溶液中，以氢氧化钠作催化剂水解而成 聚乙烯醇是一白色粉末，也是一种水溶性高聚物，随着聚合物中羟基的含量增高，溶解度增大聚乙烯醇胶粘剂通常以水溶液的形式使用一般是在搅拌下将聚乙烯醇溶于8090热水中即成在胶液中还需添加填料、增塑剂、防腐剂及熟化剂等配合剂 第四节第四节 合成树脂粘合剂合成树脂粘合剂 3. 丙烯酸酯类包括丙烯酸及其酯、甲基丙烯酸及其酯以及在分子结构上包含丙烯酸酯类的大量的化合物。

丙烯酸酯聚合物的结构式为： 丙烯酸酯粘合剂的特点是：无色透明，成膜性好，能在室温下快速固化，使。