第十章 胶 粘 剂.ppt

May,2001 化工过程控制 第十章 胶 粘 剂 10-1 粘合剂概述 一 定义：胶粘剂又称粘(黏)合剂、粘接剂、接着剂。它是一种能把各种材料紧密结合在一起，并且具有良好的粘接强度及机械性能的物质。 借助胶粘剂将各种物件连接的技术称为胶接技术。 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，合成胶粘剂80％. 40-50年代不饱和聚酯、环氧、PU 50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 物体的连接方式：焊接、螺接、铆接、缝接、嵌接、粘接。 1.能连接同类或不同类的、软的或硬的、脆性的或韧性的、有机的或无机的各种材料，特别是异性材料连接。 2. 可减轻构件重量 :让航天飞行器(如火箭、导掸、飞船、人造卫星等)减少1kg的重量，那么将可节省3万美元开支 . 3.表面光滑，气动性能良好，这些对于飞机、导弹等高速运载工具尤为重要。 4 电容器,印刷线路等的粘合面具有电绝缘性能 5 .可粘接各种异种材料；(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 7. 应力分布面广：和焊接、铆钉比较 四、胶粘剂的组成 基料(胶料、粘料）：是构成胶粘剂的主要成分，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％ 胶粘剂的组成 稀释剂:（与涂料的区别：活性稀释剂，参与反应，降低粘度，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 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、胶粘剂的固化 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。 热塑性粘合剂：溶剂挥发 热固性粘合剂：交联固化 六、粘合剂分类 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） 胶粘剂的分类：按主料分 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 10-2 胶接的基本原理 一、胶结界面：被粘物和胶粘剂主体之间称为胶结界面(接头，胶接界面) 1、胶结界面情况 界面中胶粘剂、 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 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 5 影响界面结合因素： 表面化学状态和吸附物；（水、油） 被粘附物表面的微细结构(粗糙度)－－被粘物 胶粘剂、底胶分子的链结构（分子量、官能团等）、粘度和粘弹性；－－－－－粘接剂 胶粘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 胶粘剂必需具备的条件 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 + γLG cosθ 1 热力学问题：Wenzel关系式 2 润湿的动力学问题 （Rideal-Washburn式）：认为非理想表面存在毛细管：粘度太大，润湿时间长，有时固化快，粘度上升快，更不易润湿，虽然热力学上可以润湿，但来不及已经固化，造成动力学上的不润湿。 粘度为η，表面张力为 的流体流过半径为R、长度为L的毛细管所需时间t： 3表面吸附对润湿的影响 表面易吸附各种气体、水蒸汽和杂质而形成吸附层； 吸附层会改变接触角大小；如吸附油使得表面的自由能下降，引起θ上升，润湿困难。 清洗处理:表面处理有机械、化学和物理方法、放电法；如酸、碱洗、水洗