第2章胶粘剂

第2章胶粘剂§2.1概述§2.4无机胶接剂§2.5天然胶粘剂§2.3粘接的原理及工艺§2.2粘接性的组成及分类§2.6天然胶粘剂§2.7合成聚合物胶粘剂第2章胶粘剂08:492.1概述在合成聚合物材料中，它仅次于塑料、橡胶、纤维和涂料，成为一类应用广泛的化工产品，同时它又是一类重要的精细化工产品。应用领域非常广泛,涉及建筑、包装、航空航天、化工、电子、汽车、机械设备、医疗卫生、轻纺等国民经济中各个领域，以及人民生活的诸多方面。粘合剂不但可以粘合性质相同的材料，也可以粘合性质不同的材料，它比焊接、铆接和螺钉联结有更多优点，如方便、快速、经济和节能，而且粘合接头光滑，应力分布匀均，重量轻，还有密封、防腐、绝缘等优良性能。不足之处，例如，抗剥离强度和抗冲击强度比较低。耐老化能力比较差，耐热性能还不够好，一般只能在300℃以下应用，此外表面处理的要求很严格也是一个不方便之点。胶粘剂，又称粘合剂，简称胶，它是一类通过粘附作用而使被粘接物体结合在一起的物质。第2章胶粘剂08:492.2粘接性的特点、组成及分类一、优缺点：与传统的铆接、螺栓连接、焊接等机械物理方法相比，粘接或胶接具有一系列独到的优点：1．可实现不同种类或不同形状的材料之间的有效连接。2．应力分布均匀，不易产生应力破坏。3．采用粘结工艺，可大大减轻被连接物体的重量。4．提高工作效率，降低成本。5．可赋予被粘物体以特殊的性能。胶接中存在的一些缺陷：1．耐候性较差，在空气、日光、风雨、冷热等气候条件下，会产生老化现象，影使用寿命。2．由于大多数胶粘剂为有机合成高分子物质，所以在高温或低温下，机械性能会下降。第2章胶粘剂08:493．与机械物连接法相比，溶剂型胶粘剂的溶剂易挥发，会对环境和人体产生危害。4．无损探伤尚没有很好的办法。二、胶粘剂的化学组成及作用粘合剂分主体材料和辅助材料。1．粘料起粘接作用的主要成分。它可以是天然产物，也可以是人工合成的高聚物，合成高聚物占有绝对的主导地位。2．固化剂和促进剂使低聚合物分子产生交联，从而提高其性能。促进剂是在配方中起促进化学反应，缩短固化时间，降低固化温度的成分。第2章胶粘剂08:493．稀释剂是用来降低胶粘剂粘度的液体物质。稀释剂可分为活性稀释剂和非活性稀释剂两种。4．偶连剂即有助于提高被粘物与胶粘剂胶接能力的一类物质。其中含有活性基团的一端与被粘物反应，另一端与胶粘剂反应，从而可以使两种不同的材料“偶联”起来。5．填料为了改善胶粘剂的性能或降低成本而加入的一种非粘性固体物质。以提高内聚力、粘结力和耐热性。6．增塑剂:它主要是减弱分子间的力以提高韧性和耐寒性。包括邻苯二甲酸酯、磷酸酯和已二酸酯等。7．其他助剂改性剂、稳定剂、增稠剂、增韧剂、阻燃剂、防老剂、增塑剂等，这些都是为了改善或加强胶粘剂总体的性能而加入的。第2章胶粘剂08:49•硅酸盐类：硅酸盐水泥、硅酸钠（水玻璃）•磷酸盐类：磷酸-氧化铜•硫酸盐类：石膏•陶瓷：氧化锆、氧化铝•淀粉类：淀粉、糊精•蛋白类：大豆蛋白、血蛋白、骨胶、鱼胶、酪素、虫胶•热塑性：聚醋酸乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚酰胺、饱和聚酯等•热固性：脲醛树脂、酚醛树脂、间苯二酚树脂、三聚氰按树脂、环氧树脂、不饱和聚酯、聚异氰酸酯、呋喃树脂等树脂型橡胶型复合型氯丁橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、聚硫橡胶、端羧基橡胶、有机硅橡胶、热塑性橡胶酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-氯丁橡胶、酚醛-丁腈橡胶、环氧-酚醛、环氧-聚酰胺、环氧-丁腈橡胶、环氧-聚氨酯合成有机胶粘剂天然有机胶粘剂无机有机胶粘剂三、胶粘剂的分类第2章胶粘剂08:49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。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。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。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的需要,因此它必定有着长足发展。胶粘剂的发展趋势第2章胶粘剂08:492．按用途分结构胶、非结构胶和特种胶。结构胶粘剂中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。非结构胶粘剂适用于非受力结构胶接。特种胶粘剂和医用胶粘剂是供某些特殊场合应用的胶粘剂，用以提供独特的性能，如：导电、导热、导磁胶粘剂和医用胶粘剂，以及光敏胶等。3．按形态分类粉状、膏状、棒状、胶膜、胶带、水溶液型、乳液型、溶剂等。第2章胶粘剂08:49一、粘接的基本原理1．机械理论经过固化在基材表面产生楔合、钩合、锚合等而形成的。2．吸附理论界面间的相互作用力主为范德倾力，即分子间作用力3．扩散理论两聚合物端头或链节相互扩散，从而导致界面的消失和过渡区的产生。4．静电理论界面两侧会形成双电层，如同电容器的两个极板，从而产了静电引力。4.3粘接的原理及工艺二、粘接的基本工艺1．胶粘剂的选择原则正确地选择胶粘剂是保证良好胶接的关键因素之一第2章胶粘剂08:49①被子粘接材料的性质。②被粘接材料应用的场合及受力情况。③粘接过程有关特殊要求。④粘接效率及胶粘剂的成本。⑤同材料或不同材料间实施胶接，其胶接的选择可参见附表。2．胶接接头设计基本原则为：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。以T型接头为例：第2章胶粘剂08:493．表面处理更新表面，适量增加粗糙度。常用的表面处理方法：物理法：打磨、喷砂、机械加工、电晕处理等。化学法：溶剂清洗，酸、碱或无机盐溶液处理，阳极化处理，等离子处理等。4.4无机胶接剂从化学组分来看，其主要包括硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐、硼酸盐等。无机胶粘剂的耐热性、阻燃性、耐久性、耐油性等比有机胶粘剂要好得多，可成功地用火箭、导弹及常用的燃烧器的耐热部件的粘接，也可广泛地用于各种金属、玻璃、陶瓷等材料的粘接。一、热熔型胶粘剂在熔融状态下进行冷却，冷却后即可完成胶接过程。如焊锡等低熔点金属，以及玻璃陶瓷等，其中玻璃胶粘剂和陶瓷胶粘剂已广泛应用于电子管、显象管、金属等的胶接。例如，一种玻璃胶粘剂以PbO-B2O3为主体加入ZnOAL2O3等氧化物粉末，使用时用水调成糊状，即可在500~600℃用于显象管的真空密封。第2章胶粘剂08:49通式M2OnSiO2mH2O一般主要为Li、Na、K等碱金属，也可为季胺或叔胺等，n：称为模数，代表SiO2/M2O的比值，此比值与性质有密切的关系，以硅酸盐为例，当n=3.0左右时，粘接温度最高，n=5.0左右时，耐水性最好。二、水固型胶接剂此类胶接剂包括水泥和石膏等三、硅酸盐类胶粘剂一种此类胶粘剂的配方及工艺：玻璃釉质分50氧化铁50硅酸钠适量将玻璃釉质粉、氧化铁过320目筛，称量后，再用硅酸钠调成糊状，即可使用，其固化条件为：室温固化3h，然后在40~60℃下固化3小时，80~100℃下固化3小时，120~150℃下固化2h，此种胶粘剂主要用于金属与陶瓷的粘接。四、磷酸盐胶粘剂此类胶粘剂包括正磷酸盐、偏磷酸盐、焦磷酸盐、多聚偏磷酸盐或者也可是磷酸盐本身。它们与固化剂反应的产物即为胶料。固化剂包括金属氧化物、氢氧化物、硼酸盐、硅酸盐以及金属盐等。第2章胶粘剂08:49氧化铜-磷酸盐胶粘剂为例说明其制造应用情况。（一）氧化铜粉制备先将氧化铜粉在900℃左右烧一定时间，然后冷却，研磨成200目以上的铜粉，备用。（二）磷酸盐的制备取一定量的Al(OH)3，热熔于磷酸当中，得到外观为白色透明的粘性液体，即酸性磷酸铝溶液。（三）胶粘剂的制备按1：5取制备好的酸性磷酸铝和氧化铜粉末，调制均匀，即可涂胶、粘合。（四）固化条件室温放置一定时间后，非常缓慢地加热到100℃，并保持1h即可。此类胶粘剂可粘接金属、陶瓷、硬质合金等。第2章胶粘剂08:494.5天然胶粘剂按原料来源划分，可分为矿物胶、动物胶和植物胶；按组成划分，大致可分为淀粉、动物蛋白、纤维素和天然树脂等。一、淀粉胶粘剂制作简单，使用方便，不污染环境，但耐水性及生物霉变性差。应用一般要加入多种助剂，以使其利于应用和改善性能。常用的助剂有：硼砂、甲醛、甘油、CaCO3等，这些助剂可分别起到交联剂、防腐剂、增塑、填料等作用。例如，用于瓦楞纸箱用的玉米淀粉粘合剂可如下配制：1．45份水加入到反应设备中，加热至60。2．投入玉米淀粉12.0份，搅拌均匀。3．加入6.0份次氯酸钠，搅拌10分钟，使之氧化。4．加入10%烧碱溶液13分，糊化。5．加入17份60℃的水稀释。6．加入10%硼砂溶液2分。7．加入10%大苏打溶液5分。8．冷却放料，即为成品。第2章胶粘剂08:492.6合成聚合物胶粘剂一、三醛胶系指酚醛树脂胶粘剂、脲醛树脂胶粘剂和三聚氰胺甲醛树脂胶粘剂。主要用于木材加工业，其他领域亦有应用。酚醛树脂是最早的人工合成树脂，其用于胶粘剂行业由来已久。酚醛树脂种的酚类物质包括苯酚、甲酚、二甲酚和间苯二酚、叔丁基苯酚等，醛类主要为甲醛，也可是糖醛。反应历程大致为：第2章胶粘剂08:49苯酚与甲醛的反应，当原料的比例或使用的催化剂不同时，生成的树脂的性能也就不同。一般来讲，在碱催化下，当甲醛过量时，反应生成热固性的酚醛树脂；在酸催化下，当苯酚过量时，反应的产物就为线性酚醛树脂，若线性酚醛树脂与甲醛或六次甲基四胺作用时，就会变成热固性的树脂，我们用作粘胶剂的酚醛树脂即为热固性树脂。（写出反应方程式）第2章胶粘剂08:49合成工艺纯酚醛树脂品种主要有三种，即水溶性酚醛树脂（以NaOH为催化剂)、醇溶性酚醛树脂(以NH3H2O为催化剂)和钡酚醛树脂(以Ba(OH)2为催化剂)，其中以水溶性酚醛树脂最重要，大量用于木材加工中。用于胶粘剂制造的水溶性酚醛树脂的制造方法。1、配方原料名称苯酚甲醛NaOH酒精含量（%）98373095用量1001276.9502、生产工艺⑴将熔化的苯酚加入反应器中，开动搅拌，在40~45℃下，加入NaOH。⑵加入甲醛，缓慢升温至95~98℃。⑶保持回流至折光指数为1.478~1.485时，即为缩聚重点。⑷降温至70℃，进行减压脱水，至粘度为1.4Pa•S，停止脱水。⑸加入酒精，搅拌均匀，冷却至40℃放料，包装。第2章胶粘剂08:49第2章胶粘剂08:49酚醛树脂的应用方法用于胶合板制造的酚醛树脂，一般为热压树脂，它可直接涂敷，进行木材的粘接，其固化温度一般为120~145℃，压力为0.3~2.1MPa，时间8~10min，用于热压的酚醛树脂也可象用于冷压得酚醛树脂一样，加入固化剂等助剂，以提高胶层的韧性、强度和缩短固化时间。二、醋酸乙烯系胶粘剂主要是指以醋酸乙烯为单体的聚醋酸乙烯胶粘剂。醋酸乙烯的聚合可采用本体聚合、溶液聚合和乳液聚合等多种方法，得到的产物称为聚醋酸乙烯乳液胶粘剂，简称“白乳胶”或“白胶”，可用于书籍装钉、牛奶盒生产和多层袋、信封、折叠箱、木材的胶合以及汽车车厢内装饰物的粘合其中最重要的是乙烯-醋酸乙烯(EVA)以及相应的共聚物，它们大量用于包装工业中作热熔粘合剂亦即热熔胶。例如纸盒和纸箱的密封；地毯接缝粘合；也用于制鞋工业和家俱工业等。第2章胶粘剂08:49㈠聚醋酸乙烯乳液生产工艺聚醋酸乙烯乳液是由乳液聚合方法制造的，其组分包括：醋酸乙烯、水、引发剂等（一般为过硫酸铵）、乳化剂、保护胶体（常用聚乙烯醇）、pH值调节剂（如磷酸盐等），以及分子量调节剂等。典型的生产配方及工艺如下：1、配方原料醋酸乙烯水PVA过硫酸铵OP-10碳酸氢铵DBP用量71063662.51.4382.280第2章胶粘剂08:492、生产工艺⑴把部分水及PVA加入反应器中，加热，搅拌，使之溶解。⑵加入剩余的水及OP-10、