胶粘剂概述

1第五章胶粘剂§5.1概述2胶粘剂（adhesive）定义胶粘剂，又称粘合剂，俗称胶。能使物体的表面与另一物体的表面结合在一起的物质。3胶接结构的Y12运输机45机头罩的粘接6用环氧树脂胶粘接的人行木桥，跨度38m7用环氧树脂胶粘接的混凝土预制件建造的澳大利亚悉尼歌剧院8窗口密封胶9优点①可实现不同种类或不同形状材料之间的连接，尤其是薄片材料；②粘接为面际连接，应力分布均匀，不易产生应力破坏，延长结构寿命；③密封性能良好，有很好的耐腐蚀性能；a、密封性好；b、隔开被粘物，可减少不同金属连接的电位腐蚀。10④提高生产效率，降低成本；⑤减轻结构质量。通过交叉粘接能使各向异性材料的强度质量比及尺寸稳定性得到改善，得到挠度小，结构小、质量轻的结构；⑥可赋予被粘物体以特殊的性能（导电胶、导磁胶、耐高温胶、电绝缘胶）。11缺点①耐候性差；②胶接的不均匀扯离和剥离强度低，容易在接头边缘首先破坏；③与机械物理连接法相比，溶剂型胶粘剂的溶剂易挥发，而且某些溶剂易燃、有毒，会对环境和人体产生危害。④胶接质量因受多种因素的影响，不够稳定，而且无损探伤尚没有很好的方法。12胶粘剂的污染问题常见的胶粘剂质量问题主要是溶剂挥发产生的苯类、卤代烃和甲醛等有害物质：苯是一种致癌物质，人若吸入过量，会出现头晕、恶心、乏力、皮肤干燥、意识模糊等现象，重者可导致昏迷甚至死亡。甲苯和二甲苯：对皮肤和粘膜刺激性大，长期接触易引起膀胱癌。甲醛挥发较慢，吸入后会引起恶心，导致支气管炎，甚至出现肺水肿；卤代烃也是致癌物质，长期吸入会损伤肝脏等器官。13苯苯又称安息油。分子式C6H6，无色至淡黄色透明液体，易挥发，有强烈芳香味，极易燃烧，蒸气与空气能形成爆炸性混合物，高毒，苯的蒸气对人有强烈的毒性，吸入或经皮肤吸收，可积累中毒，使人沉闷、抑郁、头痛、乏力，昏睡、眩晕等。已被定为致癌物。同时对苯的长期接触有可能出现再生障碍性贫血，并导致死亡。有资料介绍说，苯对人体的伤害远大于目前人类知识所掌握的范围。国标GB18583-2001明确规定，苯不能作为胶粘剂的溶剂使用，作为杂质其最高含量不得大于5g/kg。令人痛心的是，目前市场上所销售的胶粘剂产品，用苯或含苯溶剂为原料的还占相当大的比重，他们也标明环保或绿色产品，鱼目混珠，坑害消费者。14甲苯甲苯又称苯基甲烷，分子式C6H5-CH3无色易挥发液体，有类似苯的气味，易燃。中等毒性，对皮肤和黏膜刺激性大，对血液毒害较小，但对神经系统作用比苯强，大量吸人会出现疲惫，恶心，错觉，活动失灵，全身无力，嗜睡等，长期接触有引起膀胱癌的可能。但甲苯能被氧化成苯甲酸，与甘氨酸生成马尿酸，能从尿中排出。国标GB18583-2001对甲苯的使用只是作了量的限制，没有规定不许作为溶剂使用，其限量为甲苯+二甲苯总量不得大于200g/kg。15二甲苯无色易挥发液体，易燃，有芳香气味。分子式C6H4-（CH3）2。中等毒性，毒性比苯和甲苯小，高浓度下对黏膜和呼吸道有刺激和伤害，甚至呈现兴奋，有麻醉作用。国标GB18583-2001二甲苯的使用和甲苯一样只是作了量的限制，其限量为甲苯十二甲苯总量不得大于200g/kg。16甲醛甲醛为无色可燃气体，分子式CH20，不是胶粘剂的溶剂，是生产某些胶粘剂的基本原料，如酚醛胶、脲醛胶、聚乙烯醇缩醛胶等。有强烈的刺激性和窒息性气味，对人的眼、鼻有刺激作用，有毒，吸入甲醛蒸气会引起恶心、鼻炎、支气管炎和结膜炎等。甲醛易溶于水，通常是约40%水溶液，称甲醛水，俗称福尔马林，是致癌嫌疑物质。17三氯甲烷又称氯仿，分子式CHC13，无色透明易挥发液体，有特殊香甜气味，具有麻醉性，大量吸入高浓度蒸气可导致呼吸系统和心肝肾的损伤，甚至突然死亡，慢性中毒表现为呕吐、消化不良、虚弱，严重者患忧郁症和精神病。在日光、空气和湿气中可反应生成剧毒的光气COC12，被列为致癌物。181，2－二氯乙烷分子式C2H4C12，无色透明油状液体，有类似氯仿的气味，味甜。高毒，对皮肤和黏膜有刺激作用，可引起角膜浑浊和肺水肿，抑制中枢神经系统，可致人昏迷，刺激肠道引起肝肾病变，美国环保局已将其列为致癌物。19三氯乙烯分子式C2HC13，无色透明液体，有类似氯仿气味，中等毒性，有麻醉性和刺激性，加热或高温时与氧反应可生成剧毒光气。被列为二类致癌物质。20四氯化碳又称四氯甲烷，分子式CCl4，无色易挥发液体，具有特殊芳香气味，毒性极大，对心、肝、肾的毒性强，急性中毒可引起咳嗽、头痛、呕吐、而后呈现麻醉作用，昏睡，最后肺出血而死。慢性中毒能引起眼睛损害，黄疸、肝脏肿大等症状。21氯化溶剂氯化溶剂除了严重危害健康，还会破坏大气臭氧层。国外已从1996年禁止使用氯化溶剂。尽管国标GB18583-2001暂时没有限制氯化溶剂的使用，但对生产厂来说，应该考虑该原材料的毒性问题，不可置消费者的身体健康于不顾。22一、胶粘剂的发展（沿革）合成胶粘剂的出现：①1912年美国的L.H.贝克兰首先将酚醛树脂作为胶粘剂用于木材的粘接；②20年代末至30年代初，脲醛树脂作为胶粘剂也用于木材工业；从此，胶粘剂开始了以合成树脂胶粘剂为主的发展道路。23a、40～50年代，不饱和聚酯、环氧树脂和聚氨酯胶粘剂问世，合成橡胶和热塑性树脂在粘接领域中得到了广泛的应用；b、此后，又开发了合成橡胶改性的合成树脂胶粘剂，即橡胶－树脂胶粘剂，并成功的用于粘接飞机机身部件。于是胶粘剂进入了粘接金属结构部件的发展阶段；c、以后，合成胶粘剂又增加了新品种，如50年代末，单液型，在常温下能快速（几十秒）固化的氰基丙烯酸酯胶粘剂实现工业化生产；60年代开发了贮存稳定，使用方便的厌氧胶粘剂……2480年代以来，世界胶粘剂年产量约800万吨，合成胶粘剂占总量的70%～80%。25二、胶粘剂的组成1、粘料（胶料）亦称基料，起粘接作用的主要成分。常用的有天然聚合物、合成聚合物和无机化合物三大类。其中常用的合成聚合物有：合成树脂如环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、聚氨酯、硅树脂等；合成橡胶如氯丁橡胶、丁腈橡胶和聚硫橡胶等。常用的无机化合物有硅酸盐类、磷酸盐类等。262、固化剂（熟化剂）亦成硬化剂。其作用是使液态基料转变成固体，从而使粘接具有一定的机械强度和稳定性。固化过程：它直接或者通过催化剂与主体粘合物进行反应，使低分子聚合物或单体经过化学反应生成高分子化合物，或使线型高分子化合物交联成体型高分子化合物。27固化剂的选择固化剂的种类和用量对胶粘剂的性能及工艺有直接影响。固化剂随基料品种不同而异。例如脲醛胶粘剂的固化剂选用氯化铵，酚醛胶粘剂选用乌洛托品（六亚甲基四胺）或苯磺酸，环氧树脂胶粘剂选用胺、酸酐或咪唑类。六亚甲基四胺28固化方法①室温固化：如车胎；②加热固化涂布→溶剂挥发→叠合涂胶面→加热加压固化293、填料填料一般在胶粘剂中不发生化学反应，加入一定量的填料，能使胶粘剂的稠度增加，可提高胶粘剂的粘接强度、耐热性和尺寸稳定性，并可降低成本。30填料的种类和作用①为提高胶粘剂的耐冲击强度，可采用石棉纤维、玻璃纤维、铝粉及云母等作填料；②为提高硬度和抗压性，可用石英粉、瓷粉、铁粉等；③为提高耐热性可加入石棉；④为提高抗磨性，可加入石墨粉或二硫化钼；⑤为提高凝聚力可加入氧化铝粉、钛白粉；⑥为增加导热性，则可加入铝粉、铜粉或铁粉等。314、增塑剂增塑剂是能够增进固化体系塑性的物质。它能使胶粘剂的刚性下降，提高弹性和改进耐寒性。增塑剂通常是高沸点液体，一般不与高聚物发生反应。32按化学结构可以分为以下几类：①邻苯二甲酸酯类：最主要的增塑剂，性能全面，用途广泛；②脂肪族二元酸酯类：主要用作耐寒的辅助增塑剂；③磷酸酯类：耐寒性差，毒性大，但有阻燃作用；④聚酯类：耐久性、耐热性良好，但相容性较差；⑤偏苯三酸酯类：耐热性、耐久性优良，相容性也好。335、增韧剂能提高胶粘剂的柔韧性，提高胶层的抗冲击强度和伸长率，改善胶粘剂的抗剪强度、剥离强度、低温性能等。346、稀释剂用于降低胶粘剂粘度、便于施工操作的物质，可分为活性与非活性两类，常用的有机溶剂有丙酮、甲苯、二甲苯等。作用：①便于施工；②增加润湿能力和分子活动能力从而提高粘接力；③提高胶层流动性，避免胶层厚薄不匀。35三、分类1、按基料分类⑴有机胶粘剂⑵无机胶粘剂36无机胶粘剂：硅酸盐，磷酸盐，氧化铅，硫磺，氧化铜－磷酸等。372、按物理形态分类有胶液（包括溶液，乳液，无溶剂液体），胶糊，胶粉，胶棒，胶膜等。3、按用途分有金属、塑料、织物、纸品、医疗、制鞋、木工、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。38四、胶粘剂的应用1、汽车工业的应用现代汽车工业的技术进步要求结构材料轻量化、驾驶安全化、节能环保化、美观舒适化等，因此一定采用铝合金、玻璃钢、蜂窝夹层结构，塑料、橡胶等新型材料，必然要大量以粘接代替焊接，胶粘剂用量明显增加。392、航空航天的应用航空工业是最早使用胶粘剂的行业，飞机制造业是结构胶粘剂的主要用户。宇航工业和空间技术等都大量采用蜂窝结构、高强度高模量复合材料、玻璃钢、泡沫材料、密封材料等，这些材料的制造和连接都离不开胶粘剂和密封材料。403、电子、电器工业的应用集成电路、计算机等电子元器件、零部件和整机生产与组装中，都要使用胶粘剂和密封胶，如光刻胶、导电胶、导磁胶等。各种家用电器设备，都大量用胶粘剂和密封胶，如洗衣机、冰箱（柜）、空调、电饭煲、吸尘器等。414、机械工业的应用①代替焊、铆、螺栓连接等，可以节约原材料减轻质量，减少应力集中，缩短工期，简化工艺，从而提高效率，降低成本；②能耗小，无需特殊设备，节省能源；③铸件砂眼，零件缺陷能修复后再用，可以减少废品；④治理三废（水、油、气）导电连接，满足特殊要求。425、建筑工业的应用各种装修材料的粘贴与固定都要大量的胶粘剂和密封剂。胶粘剂用于修补混凝土结构件缺陷、裂缝，操作简便，不仅能保证使用性能，而且外观平整。436、轻工业的应用①制鞋工业②家具工业③纺织工业——无纺布④包装工业：如箱、桶、盒、袋、纸－薄膜复合包装（密封）⑤印刷工业：无线装订⑥此外，工艺美术、儿童玩具、体育用品、卫生器具、婴儿尿布、文教用品等447、粘接磨料模具如砂纸、砂轮8、造船工业的应用9、医疗方面的应用接骨植皮、修补脏器、代替缝合、有效止血、粘接血管；还能用于牙齿的粘接、镶嵌、填充、美饰等。45作业