精细化工工艺学—第5章 粘合剂

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1、第5章黏合剂兰州理工大学化工学院2009年10月6-1黏合剂概述一定义：填充于两个物件之间将其连接在一起、并具有足够强度的一类物质称为黏合剂，简称为胶。二、历史：几千年的历史，20世纪30年代高分子材料的出现，形成了现代粘结剂工业，世界产量8百万吨，5000多个品种，合成胶黏剂80％40-50年代不饱和聚酯、环氧、PU50年代丙烯酸，60年代厌氧胶、热熔胶三、与其他联接方式相比的优点1薄膜、纤维和小颗粒的粘接；2应力分布面广：和焊接、铆钉比较3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；如三合板4电容器,印刷线路等的黏合面具有电绝缘性能5可粘接各种异种材料

2、；(不同金属电极电位不同，直接连接相当于原电池)6比织布、焊接或铆钉相比具有快速、经济等特点四、胶黏剂的组成基料：是构成黏合剂的主要成分，分为:天然聚合物：淀粉,天然橡胶,松香,动植物胶合成聚合物：合成树脂、橡胶，无机物：硅酸盐、磷酸盐固化剂（交连剂；硬化剂）：固化型填料：为改善某些性能（如纤维，铝粉，云母粉可以提高冲击强度；石棉粉提高耐热性能）、降低成本，占树脂的几十％－几百％胶黏剂的组成稀释剂:（与涂料的区别：活性稀释剂，参与反应，降低黏度，体积收缩小如灌封胶）偶联剂:硅烷或钛酸酯，如KH-550，γ－氨基丙基三乙氧基硅烷，增加润湿触变剂:如气相二氧化硅，触变性，防流挂

3、增塑剂:如DOP其它:引发剂、促进剂、乳化剂、增稠剂、防老剂、阻燃剂、稳定剂。五、胶结剂的固化粘接前为液体或变成液体胶粘剂对被粘物面的湿润。粘接后固化，提高强度。热塑性黏合剂：溶剂挥发热固性黏合剂：交联固化六、黏合剂分类按主体材料:有机（天然和合成）和无机按粘接强度：结构型（静态剪切强度大于15MPa）和非结构型；（9.8）按固化方式：室温、高温型，挥发固化，辐射按物理型态：液态（溶液、水溶型、乳液型、膏状）固态（粒状、块状、膜状）胶黏剂的分类：按主料分无机硅酸盐、磷酸盐、水玻璃、水泥有机胶黏剂天然动物胶皮胶、骨胶、虫胶、鱼胶,酪素胶植物胶淀粉、糊精、松香、阿拉伯树脂矿物胶

4、矿物蜡、沥青合成合成树脂热塑纤维素、烯类、聚酯、聚醚热固环氧、酚醛、脲醛、有机硅橡胶氯丁、丁苯、丁腈、丁基、聚氨酯橡胶树脂酚醛－丁腈、酚醛－氯丁、酚醛－聚氨酯、环氧－丁腈、环氧－聚硫七、应用木材加工：三合板、密度板（脲醛，甲醛）建筑业：大白胶（聚醋酸乙烯）防水（房顶包装业：箱、袋、压敏胶其次是纺织、密封、腻子、汽车、航空航天6-2胶接的基本原理一、胶结界面：被粘物和胶黏剂主体之间称为胶结界面(接头，胶接界面)1、胶结界面情况界面中胶黏剂、底胶和被粘物表面以及吸附层之间无明显边界2粘接接头受力的基本类型3接头破坏接头的强度取决于黏接剂的内聚强度、被粘物材料的强度和两者之间的粘

5、合力中最弱的环节4胶结界面结合力种类及特点物理结合：普遍存在机械联结和范得华力（偶极力、诱导力、色散力和氢键）化学结合：共价键、离子键、金属键。化学键合的能量比物理键合的能量大且稳定（抵抗应力环境作用，防止解吸附，裂纹扩张能力远大于物理键合方式）。结合力的种类与大小类型作用力种类原子间距nm能量kJ/mol范德华力偶极力0.3-0.5<21诱导偶极力0.3-0.5<2色散力0.3-0.5<42氢键0.2-0.3<50化学键离子键0.1-0.2590-1050共价键0.1-0.263-710金属键0.1-0.2113-3475影响界面结合因素：表面化学状态和吸附物；（水、油）

6、被粘附物表面的微细结构(粗糙度)－－被粘物胶黏剂、底胶分子的链结构（分子量、官能团等）、黏度和黏弹性；－－－－－黏接剂胶黏剂底胶与被粘物表面的相容性和各组分及界面应力—环境的稳定性；－－－环境胶结工艺－－温度、压力、涂胶方式－工艺6胶黏剂必需具备的条件室温或加热条件下易于流动；有良好的润湿性；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；具有足够的强度和良好的力学性质。二、润湿现象良好的润湿性是胶结的必要条件，润湿的好坏可以用接触角θ恒量。对于理想的表面:平整、光滑、洁净液体润湿固体程度：θ‘>90o不能很好润湿；θ’<90o能很好润湿；扬氏方程：γSG=γSL

7、+γLGcosθγslγlgγsg1热力学问题：Wenzel关系式实际表面为非理想面θ’<900，θ<θ’，易于润湿的表面由于凹凸而更有利于润湿；θ’>900，θ>θ’，难于润湿的表面由于凹凸而更难润湿；热力学角度上看：θ’<90o是润湿的充分条件r＝A/A’=cosθ’/cosθ>1.5式中：r粗糙度系数A真实表面积A’理想表面表观表面积θ真实接触角θ’理想表面表观接触角2润湿的动力学问题（Rideal-Washburn式）：认为非理想表面存在毛细管：黏度太大，润湿时间长，有时固化快，黏度上升快，更不易润湿，虽然