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1、9 胶粘剂胶粘剂(Adhesive)l9.1概述概述l(1)定义l胶粘剂又称粘合剂，简称胶（bonding agent,adhesive），是使物体与另一物体紧密连接为一体的非金属媒介材料。在两个被粘物面之间胶粘剂只占很薄的一层体积，但使用胶粘剂完成胶接施工之后，所得胶接件在机械性能和物理化学性能方面，能满足实际需要的各项要求。(2)优点l胶接与其它连接法相比有如下优点：l（）能粘合用其他方法不能连接的物质，如粘接薄膜、纤维、小颗粒等；（）应力分布面广，比采用机械连接易得到更轻、更牢固的组件。如可以采用夹心板（由蜂窝芯和薄的铝或镁）制造飞机的机翼、尾翼和机身，可以减轻飞机的重量、降低疲劳破坏的
2、可能性；l（）通过交叉粘接能使各向异性材料的强度、重量比及尺寸稳定性得到改善，如木材本身不钧一且对水敏感，经交叉粘接后可变成不翘曲且耐水的层压板；（）粘合剂有许多特殊性能，如电容器、印刷线路、电动机、电阻器等的粘合面具有电绝缘性能；l（）可以粘合异种材料，如铝-纸、铜-钢、纸-木等。两种金属粘合在一起，粘合物件间有粘合剂层割开，从而可以防止腐蚀。如两种热膨胀系数相差显著的材料粘合在一起，柔性的胶层能降低因温度变化所产生的应力；（）粘合方法比其他连接方法（焊接、铆钉、螺栓等连接）便于施工，且速度快，经济，美观。9.1.2胶粘剂的组成胶粘剂的组成l胶粘剂的品种很多，其基本组成由基料，固化剂，填料，
3、增韧剂，稀释剂，偶连剂，触变剂，增塑剂等配合而成。（1）基料基料又称粘料、主剂、是决定粘合剂性能主要组分，能起到胶粘的作用，作为粘料的物质可以是天然高分子、合成树脂及合成橡胶。天然高分子有淀粉、蛋白质、天然橡胶等，还有无机材料如硅酸盐、磷酸盐等。l（2）固化剂和固化促进剂l以热固性聚合物为粘料时，必须加入固化剂使粘合组分交联形成体型结构。l固化促进剂是加速交联反应，缩短固化时间或降低固化温度的组分。l（3）增塑剂与增韧剂l为了改善胶层柔韧性，提高胶层冲击强度而加入的配合剂。l（4）稀释剂l稀释剂是为了降低粘合剂粘度、增加粘合剂浸稳透力而使用的低分子化合物，有些稀释剂还能降低粘合剂的活性，延长粘
4、合剂的使用期。l（5）填料l填料的作用是改善粘合性能和降低粘合剂的成本。填料一般是粉末状或细短纤维状。填料的用量要合适，否则会导致粘接性能下降。l（6）偶联剂l 偶联剂是为了改善粘合剂和被粘物表面之间的界面强度而使用的助剂。偶联剂是具有反应性基团的化合物，可与被粘物表面分子形成化学键合。偶联剂又称增粘剂。l（7）其它助剂l粘合剂组分除上述必需的组分外，有进根据粘料的结构性质、用途还需加入防老剂、着色剂、引发剂、促进剂、乳化剂、增稠剂、防老剂、阻燃剂、稳定剂等组分。9.1.3胶粘剂的分类胶粘剂的分类l胶粘剂的品种繁多，组分各异，主要的分类方法有：l（1）按化学成分分类 l以无机化合物为基料的称为
5、无机胶粘剂，如硅酸盐、磷酸盐、氧化铅、锡-铅等。以有机化合物为基料的称有机胶粘剂，分为天然胶粘剂:动物胶、植物胶、矿物胶和合成胶粘剂:树脂型、橡胶型、复合型。l（2）按物理形态分类l水基型：基料分散于水中形成水溶液或乳液，水挥发而固化。l溶液型：基料在可挥发溶剂中配成一定黏度的溶液，靠溶剂挥发而固化。l膏状和糊状：基料在可挥发溶剂中配成高黏度的胶粘剂，用于密封和嵌缝。l固体型：把热塑性合成树脂制成粒状或块状，加热熔融，冷却时固化。l膜状：将胶粘剂涂于基材上，呈薄膜状胶带。l（3）按固化方式分类l水基蒸发型（如聚乙烯醇和乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳液型胶粘剂）、l溶剂挥发型（如氯丁橡胶胶粘剂）、l热熔
6、型（如棒状、粒状与带状的乙烯-醋酸乙烯酯热熔胶）、l化学反应型（如-氰基丙烯酸酯瞬干胶和酚醛-丁腈橡胶等）、l压敏型。l（4）按用途分类l金属、塑料、织物、纸品、医疗、制鞋、化工、建筑、汽车、飞机、电子元件等用胶。还有特种功能胶，如导电胶、导磁胶、耐高温胶等。l如建筑业的胶粘剂、汽车工业用的胶粘剂、铸造工业用的胶粘剂、制鞋工业用的胶粘剂等。l（5）按受力情况分类l结构胶（环氧树脂、酚醛树脂等）l非结构胶（橡胶胶粘剂等）。9.2胶接的基本原理胶接的基本原理l9.2.1胶接界面l界面中胶粘剂、底胶和被粘物表面以及吸附层之间有明显边界。l（1）粘接接头受力情况（2）接头破坏形式l（3）胶粘剂必需具备
7、的条件la室温或加热条件下易于流动；lb有良好的润湿性；lc在一定温度、压力、时间下，能把被粘接物牢牢地粘接成一整体；ld具有足够的强度和良好的力学性质。l(4)胶接界面的结合力la、物理结合：l 机械连接和范德华力（偶极力、诱导力、色散力和氢键）lb、化学结合：l 共价键、离子键、金属键。l(5)影响界面结合的因素：la表面化学状态和吸附物；lb被粘附物表面的微细结构（粗糙度）；lc胶粘剂、底胶分子的链结构、粘度和粘弹性；ld胶粘剂底胶与被粘物表面的相容性；le胶结工艺 9.2.2 粘接的基本原理粘接的基本原理l(1)几种粘接理论简介几种粘接理论简介l吸附理论吸附理论l物理吸附的范德华力：当
8、两理想平面相距1nm，吸引力可达10100MPa;0.3nm，可达100-1000MPa。l只要胶粘剂能充分润湿被粘物表面，并与之达到良好接触，分子间的引力便产生了胶粘作用。l机械结合理论机械结合理论l认为粘合力是由于粘合剂渗入被粘物表面的缝隙或凹陷处，经固化后产生啮合连接。l l静电理论静电理论l当黏合剂与被黏结材料接触时在界面两侧形成双电层，粘合力主要来自于双电层的静电引力。l扩散理论扩散理论l粘合剂与被粘材料接触时，其分子互相扩散，在界面发生互溶，导致界面的消失和过渡层的产生，两聚合物的胶结是在过渡层中进行的。l化学键理论化学键理论l胶粘剂与被胶粘物表面形成化学键，从而产生化学结合力。化
9、学键能比分子间的作用能高且稳定。(2)粘接的基本原理和过程粘接的基本原理和过程l粘接接头的强度取决于三个基本因素，即：胶粘剂的内聚强度、被粘材料的强度和胶粘剂与被粘材料之间的粘合力。l其粘接过程如下：l润湿 l为使被粘物表面易被润湿，需清洗处理，除去油污；l胶粘剂分子的移动和扩散l 胶粘剂分子按布朗运动的规律向被粘物表面移动；l胶粘剂的渗透l粘接时胶粘剂向被粘物的缝隙渗透，从而增大了接触面积。l机械结合l（a）钉键作用 l（b）钩键作用 l（c）根键作用 l（d）榫键作用l物理化学结合l 主要有：化学键结合,范德华力结合,举例如下：l（a）配价键 l 环氧树脂胶、酚醛树脂胶、丁腈胶等分子中的N
10、、O带有孤对电子，它们能与金属形成配价键结合。带双键的橡胶分子双键上的电子能与金属形成配价键。l（b）共价键l如用聚氨酯胶粘接木材：（c）氢键 胶粘剂分子中的-OH可与玻璃、金属氧化层、陶瓷等上的氧原子共享氢质子而形成氢键结合。9.3合成树脂粘合剂合成树脂粘合剂l93.1热塑性树脂胶粘剂热塑性树脂胶粘剂l以热塑性树脂是为基料的粘合剂，加热熔融软化，冷却固化；遇溶剂可溶解，据固化机理不同分为四类：l（1）是通过溶剂挥发实现固化；l（2）是通过分散剂挥发实现固化的乳液型黏合剂；l（3）是通过溶体冷却实现固化的热熔胶；l（4）是通过化学反应实现固化的反应型胶粘剂。l热塑性树脂胶粘剂机械性能、耐热性能
11、和耐化学性能较差，但使用方便，有较好的柔软性。9.3.1.1聚醋酸乙烯粘合剂l 主要用于木料、纸制品、无纺布、发泡聚乙烯等的粘接。l(1)聚醋酸乙烯乳液胶粘剂l结构式：l合成方法：由醋酸乙烯在乳化剂存在下进行乳液聚合（自由基聚合机理）。l主要原料：l引发剂：是水溶性的，如过硫酸铵、过硫酸钾；l保护胶体：聚乙烯醇，用来改善胶乳的贮存稳定性；l乳化剂：常用阴离子型或非离子型表面活性剂；l增塑剂：常用邻苯二甲酸二丁酯。l主要特点及用途：l优点：黏结强度高、粘度低、使用方便；成本低、无毒、无污染。l缺点：耐水性、耐热性差；蠕变性较大。l适合于粘接多孔性材料，尤其是木材、纸制品、家具制造业、装饰装潢业、
12、无纺布（医院用一次性床单、手术衣）。l（2）聚醋酸乙烯溶液胶粘剂l 该类胶粘剂可由单体直接在溶液中聚合制得，也可将固体聚合物溶于适当溶剂中制得，常用的溶剂有低级酮、卤代烃。l 由于树脂的分子量不高，内聚强度不够，加之溶剂难以完全挥发，其粘接强度、耐热性比乳液胶粘剂低。l（3）聚醋酸乙烯共聚物粘合剂l 聚醋酸乙烯是一种刚性材料，加入增塑剂共混可提高其柔韧性，但共混增塑剂易渗出，不如共聚的作用持久。可与适当的单体（乙烯、氯乙烯、丙烯酸、丙烯酸酯顺丁烯二酸酯等）共聚合；代表性产品为乙烯-醋酸乙烯的共聚物。9.3.1.2聚乙烯醇和聚乙烯醇缩醛胶粘剂聚乙烯醇和聚乙烯醇缩醛胶粘剂l（1）聚乙烯醇胶粘剂l由
13、聚醋酸乙烯酯水解制得：聚乙烯醇胶粘剂通常以水溶液的形式使用，在搅拌下将聚乙烯醇胶粘剂及配合剂溶于热水中即成胶粘剂。聚乙烯醇的性质与水解度:水解度99.7-100%，耐水性好；水解度87-89%，易溶于水；l（2）聚乙烯醇缩醛胶粘剂l 聚乙烯醇与醛类进行缩醛化反应可制得聚乙烯醇缩醛，其反应如下：主要产品为聚乙烯醇缩甲醛和缩丁醛。缩甲醛可用作日用胶水；聚乙烯醇缩丁醛具有良好的柔韧性、光学透明性，常用于无机玻璃的黏结以制造安全玻璃、汽车工业的防护玻璃。9.3.1.3丙烯酸系列胶粘剂丙烯酸系列胶粘剂l指以丙烯酸、甲基丙烯酸及其酯或在分子结构中含有丙烯酸酯的化合物为主体的聚合物或共聚物配制的胶粘剂。l（
14、1）氰基丙烯酸酯胶粘剂氰基丙烯酸酯胶粘剂l俗称瞬干胶，是产量较小、价格较贵的一类黏合剂，常用的有501、502、504胶。结构通式：l固化机理：l氨基和酯基具有很强的吸电子性，使位C带有部分负电荷，在水或弱碱的催化作用下，易进行阴离子聚合而完成固化。l辅助成分lA、稳定剂：为防止贮存时发生阴离子聚合而加入的酸性物质，如：SO2、醋酸铜、P2O5、对甲基苯磺酸；lB、阻聚剂：防止贮存时发生自由基聚合，常用 对苯二酚。lC、增稠剂：为防止使用时流失而加入的高分子化合物。如：有机玻璃模塑粉。lD、增塑剂：提高胶粘剂的韧性，常用磷酸三甲酚酯、邻苯二甲酸二丁酯。l合成方法l 将氰乙酸酯与甲醛发生加成缩合
15、反应，然后加热裂解缩合产物即得：l氰基丙烯酸酯胶粘剂特点及应用lA、单组份、无溶剂、使用方便；lB、粘接速度快，室温下数秒即可粘接牢固；lC、粘度低、便于涂布，润湿性好、用量少；lD、胶层无色透明，毒性小；lE、耐温、耐水和耐极性溶剂较差；lF、较脆，胶结刚性材料时不耐振动和冲击lG、价格较贵l应用：501、502胶适用于粘接金属、玻璃、陶瓷等；504、661胶可用于粘接皮肤、血管、骨骼。l(2)乳液型、溶液型丙烯酸酯胶粘剂l乳液型丙烯酸酯类胶粘剂l原料有丙烯酸酯（C4-C8酯）和其它单体（如甲基丙烯酸、丙烯酸、醋酸乙烯、VC、苯乙烯），可进行同种单体聚合和不同单体共聚。l特点：耐老化性、耐水
16、性好，耐皂洗、耐磨、胶膜柔软；主要用于织物方面，如无纺布用、静电植绒等；还可用于建筑方面作装饰用胶粘剂和密封剂。l溶液型丙烯酸酯类胶粘剂l分为两种：la将聚合物溶解于适当的溶剂中制成一定黏度的聚合物溶液胶；lb以（甲基）丙烯酸酯为主的单体进行自由基溶液聚合制得的胶。该类胶称为第一代 丙烯酸酯胶粘剂。l其特点是具有透明性，一般用于有机玻璃及有机玻璃与金属间的粘接。l(3)反应型丙烯酸酯类胶粘剂l单纯的丙烯酸酯单体形成的胶粘剂受热软化、不耐溶剂、抗冲击能力差，添加高分子弹性体对其增韧。能显著地改善聚合物的柔韧性，提高其抗冲击性。其组成：lA、主体材料：丙烯酸酯、高分子弹性体溶液；lB、引发剂、促进
17、剂：在促进剂作用下，使引发剂产生自由基，从而引发单体和弹性体进行接枝共聚。lC、阻聚剂：防止胶液在贮存过程中自行聚合。l称为第二代丙烯酸酯类胶粘剂（SGA）；l使用时配成主剂和底剂两部分，通常以甲基丙烯酸酯、高分子弹性体溶液和引发剂为主剂、而以促进剂溶液为底剂。使用时将底剂先涂在两个被粘面上，干燥后再在其中之一涂上主剂，然后合拢，立即发生聚合反应l特点：粘接迅速，使用方便、强度高；表面不须严格处理可达到较高强度；气味大、有毒，耐热、耐水性有限。l主要用于各种铝铭牌、地板砖的粘贴；也可用于金属、塑料、珠宝首饰、玻璃及复合材料粘接。l(4)厌氧胶粘剂 l与氧接触下能长期保存，在隔绝氧时能自行固化的
18、胶粘剂。l厌氧胶的组成：l一般由单体、配合剂（引发剂、促进剂、稳定剂、填料、染料、增塑剂、增稠剂等）组成。lA、单体 la、三缩四乙二醇双甲基丙烯酸酯：lb、二异氰酸双甲基丙烯酸烷酯：c、环氧树脂双甲基丙烯酸酯：b、c两单体是生产结构胶的原料，用于金属结构件的粘接。lB、配合剂l引发剂：引发剂产生自由基，主要是有机过氧化物.l促进剂：使引发剂加速分解，常用胺类促进剂l稳定剂：延长胶液的贮存期，常用对苯二酚、对苯二醌等。l厌氧胶粘剂的固化l厌氧胶的固化是自由基聚合反应，氧气的存在会起阻聚作用。其阻聚机理：l引发剂引发单体产生自由基后，容易吸收氧再与另一自由基结合，生成稳定的过氧化物；隔绝氧气后，
19、能迅速进行自由基聚合，实现固化。l另外，厌氧胶的固化还受被粘物表面情况的影响，被粘物表面分为三类：lA、活性表面：清洁的铜、铁、钢等金属表面能加速胶层固化；lB、非活性表面：纯铝、不锈钢、锌、镉、钛等金属表面会使固化速度减慢；lC、抑制性表面：经阳极化、氧化或电镀处理的金属表面能抑制厌氧胶的固化。l后两类表面应先涂上固化促进剂。l厌氧胶的应用lA、锁固厌氧胶：用来防止螺丝松动、锁紧双头螺栓等。lB、密封厌氧胶：用于管路密封、各种轴套及螺纹的密封。思考题l1.胶粘剂有哪些优点?一般由哪些组成？l2.聚醋酸乙烯乳胶的优点，组成，生产影响因素，适用场合。l3.-氰基丙烯酸脂特点？502胶 组成及其各组分的作用？