第四章_胶粘剂

第4章胶粘剂4.1胶粘剂概述4.2粘接机理4.3无机胶粘剂4.4天然胶粘剂4.5合成聚合物树脂胶粘剂4.6其它胶粘剂4.7粘接工艺4.8胶粘剂的环保问题和发展趋势4.1胶粘剂概述凡能将同种或不同种的固体材料粘接在一起的物质统称胶粘剂,也称黏合剂、粘接剂。4.1.1胶粘剂的组成基料(粘料或主体材料)辅助材料第四章胶黏剂天然产物或人工合成的聚合物基料的基本要求:对被粘物体有良好的润湿性能,以便均匀涂胶;应具有优良的综合力学性能;要有良好的环境性能,保证胶层在各种外界条件下能保持良好的粘接强度。第四章胶黏剂常用的基料树脂型聚合物:聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯树脂橡胶型：氯丁橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶，合成橡胶等无机物：硅酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硼酸盐、熔接玻璃、金属和氧化物返回第四章胶黏剂辅助材料溶剂增塑剂偶联剂固化剂填料促进剂防老剂阻聚剂引发剂其它辅助材料第四章胶黏剂环氧树脂胶黏剂的配方E-44环氧树脂100份（质量）邻苯二甲酸二丁脂15份二乙烯三胺8份Al2O330份第四章胶黏剂4.1.2胶粘剂的分类按主体化学成分及特性分类第四章胶黏剂按用途分类结构胶非结构胶特种胶密封胶按形态分类粉状膏状棒状胶膜胶带水溶液乳液型溶剂型热熔型按性能分类压敏胶再湿胶瞬干胶厌氧胶耐高温胶耐低温胶微胶囊胶粘剂第四章胶黏剂按固化方式分类室温固化胶高温固化胶溶剂挥发固化胶光敏固化胶热熔固化胶吸湿固化胶厌氧固化胶第四章胶黏剂4.1.3胶粘剂的应用粘接与柳接、焊接、螺钉连接等相比的优点：1.不论材质的种类、形状、厚度、大小相同与否均可适时粘接；2.没有柳接、焊接、螺钉连接的应力集中问题，可延缓材料的疲劳，可延长粘接件使用寿命；3.可以减少零件数量，减轻结构重量；4.粘接工艺简单，容易操作；5.可进行特殊条件下的快速粘接。缺点：存在粘接强度不够高、耐久和耐候性差、粘接可靠性不好确定等问题返回第四章胶黏剂胶粘剂的应用木材加工纸加工包装建筑纺织机械运输橡胶产品生产航天航空电子武器装备化工第四章胶黏剂4.2粘接机理机械理论认为对于多孔材质的被粘物体，在粘接过程中，胶粘剂渗透到被粘物体的表面的空隙中，经过固化，产生机械键合。一般有钉键作用、勾键作用、根键作用和榫键作用。机械理论认为粘接是简单的机械嵌定，它无法解释致密被粘物如玻璃、金属等的粘接。第四章胶黏剂吸附理论认为粘接是与吸附现象类似的表面过程。吸附理论认为胶粘剂分子充分地润湿被粘物表面，并且与之良好接触，分子间的距离小于50nm时，两种分子之间发生相互吸引作用，并最终趋于平衡，这种界面间的相互作用力主要是范德华力，这种分子间力不但有物理吸附，也有时存在化学吸附,正是这种吸附力产生了胶接。根据这一理论,若黏合剂和被粘物的极性基团强,并且极性基团多，则黏合力就强;若其中一个是极性的，另一个是非极性，则黏合力就弱.但是吸附理论不能解释极性的α-氰基丙烯酸胶为什么能黏合非极性的聚苯乙烯材料，说明这个理论有它的局限性。扩散理论又称为分子渗透理论。该理论认为，聚合物之间的粘接是由扩散作用形成的，即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。胶粘剂和被粘物两者的溶解度参数越接近，粘接温度越高，时间越长，其扩散作用也越强，由扩散作用导致的粘接力也越高。聚合物之间的粘接最适合这种理论解释，但不能解释聚合物与金属之间的粘接。静电（双电子层）理论该理论认为胶粘剂与被粘材料接触时，在界面两侧会形成双电层，从而产生静电引力而产生粘接。聚合物与金属胶接时，适用该理论。第四章胶黏剂化学键理论认为胶粘剂分子与被粘物表面通过化学反应形成化学键合而产生较高强度的粘接。当胶粘剂分子存在电子对，而被粘物表面又可提供空轨道，这时就认为粘接是通过配位键力结合，用环氧树脂胶接金属时适用这种理论通常粘接的过程，不会是只有某一粘接作用，大多是两种甚至多种粘接作用的共同作用结果。返回第四章胶黏剂4.3无机胶粘剂无机胶粘剂是由无机物组成的胶粘剂，其耐热性、阻燃性、耐久性、耐油性等比有机胶粘剂要好。从固化机理看可分为空气干燥型（水玻璃、黏土）、水固化型（石膏、水泥等）、热熔型（低熔点金属、低熔点玻璃、玻璃陶瓷、硫黄）、反应型（硅酸盐类、磷酸盐类、胶体氧化铝、牙科胶泥）。按粘料可分为硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐、硼酸盐、胶体氧化铝等。第四章胶黏剂1.硅酸盐类胶粘剂硅酸盐胶粘剂是以硅酸盐为粘料，可以是气干型、水固型、反应固化型。适用于金属、陶瓷、玻璃、石材、包装箱等的粘接。气干型硅酸盐胶粘剂中的水分在空气中挥发后，氧化硅溶胶变成凝胶固化。水固化型的硅酸盐胶粘剂就是遇水可硬化的硅酸盐水泥（波特兰水泥）。反应型硅酸盐胶粘剂的粘料上硅酸盐，在固化剂（碱土金属的氧化物或氢氧化物）作用下固化，这类胶粘剂有很高的粘接强度和耐热高温性能，主要用于金属与陶瓷的粘接。第四章胶黏剂2.磷酸盐类胶粘剂正磷酸盐偏磷酸盐焦磷酸盐多聚偏磷酸盐及磷酸它们与固化剂反应的产物即为胶料，固化剂主要有金属氧化物、氢氧化物、硼酸盐、硅酸盐、金属盐等。氧化铝、石灰、石英玻璃粉末与磷酸混合制成胶泥，称为磷酸-硅酸盐胶，用氧化硅凝胶固化即可形成粘接，主要用于牙科，作牙齿填充料。第四章胶黏剂磷酸锌胶用于牙齿修补。磷酸-氧化铜胶主要由CuO粉、H3PO4、缓冲剂（氢氧化铝，用于延长固化时间）组成。主要用于刀具、模具等的粘接以及补漏、密封等。3.硫酸盐类胶粘剂硫酸盐胶粘剂的粘料是石膏(CaSO4.1/2H2O),它遇水即还原成生石膏((CaSO4.2H2O)而固化.CuO+2H3PO4+H2O2CuHPO4+3H2O第四章胶黏剂4.其它胶粘剂将1份甘油与2-3份PbO混合24H,即成PbO-甘油胶粘剂,主要用于电子设备粘接、密封陶瓷制件。利用硫的低熔点（110℃），熔融后加入炭黑、多硫化合物，制成的硫胶粘剂可用于粘接金属。由氧化铝、硼砂、NiO,Fe2O3,K2CO3,红铅、石英、NaF等调制而成的陶瓷胶粘剂,具有高的粘接强度和耐高温性能,可粘接陶瓷、金属、玻璃钢等材料.返回4.4天然胶粘剂动物胶植物胶矿物胶海洋天然胶粘剂第四章胶黏剂动物胶粘剂可分为骨胶、酪朊胶、鱼胶和虫胶等，是由α-氨基酸分子以肽键连接起来的高分子，其中主要的几种氨基酸是水溶性的，其平均分子量为2×104~25×104。植物胶粘剂可分为淀粉胶粘剂、植物蛋白胶和树脂胶粘剂（包括松香胶、桃胶、冷杉胶、阿拉伯胶等）。矿物胶粘剂可分为硫黄胶粘剂、沥青胶粘剂、蜡质胶粘剂。返回第四章胶黏剂4.5合成聚合物树脂胶粘剂1热塑性合成树脂胶粘剂2热固性合成树脂胶粘剂3热熔胶4厌氧胶5光敏胶6压敏胶返回第四章胶黏剂1热塑性胶粘剂1.1乙烯树脂类胶粘剂1.2丙烯酸树脂类胶粘剂1.3杂环高分子胶粘剂1.4氟树脂类胶粘剂返回第四章胶黏剂热塑性胶粘剂热塑性胶粘剂为线性聚合物，粘接过程中不形成新的化学键，能以溶液，乳液状后熔融状态进行粘接操作。特点加热熔化，易软化遇水溶解非结构胶主要类型乙烯树脂类胶粘剂丙烯酸树脂类胶粘剂杂环高分子胶粘剂氟树脂类胶粘剂第四章胶黏剂1.1乙烯树脂类胶粘剂1聚醋酸乙烯式聚合方法：本体聚合，溶液聚合，乳液聚合乳液聚合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”。可用于书记籍订，标签，箱制品，纸张的印花，卷烟纸，木材加工，皮革加工，瓷砖粘贴等许多方面，还可用于制造物纺布（制一次性使用毛巾，医用床单，手术衣，工业滤布）。返回第四章胶黏剂白乳胶的特性分子量高粘性不是最大机械强度好成本低而已无毒但存在耐水性，耐热，耐溶剂型不好喝蠕变等问题第四章胶黏剂聚醋酸乙烯乳液生产配方和工艺原料重量作用醋酸乙烯710单体水636溶液PVA62.5增稠剂过硫酸铵14.3引发剂OP-108乳化剂碳酸氢钠4缓冲剂DBP80增塑剂第四章胶黏剂生产工艺如下1将过硫酸氢铵和碳酸氢钠加入适量的水中配成10%的过硫酸铵水溶液，10%碳酸氢钠水溶液；2把部分水和PVA加入反应器中，加热，搅拌，将他溶解；3加入剩下的水，OP-10，单体总量的15%和过硫酸铵用量的40%；4温慢升温到75~78度；第四章胶黏剂5在3~5小时内向反应器内滴加完剩余的单体和过硫酸铵溶液;6保持反应半小时，降温到50度，加入碳酸氢钠溶液和DBA（邻苯二甲酸二甲酯），搅拌均匀，40度出料，包装。返回第四章胶黏剂2聚乙烯醇胶粘剂聚乙烯醇胶粘剂通常是以水溶液的形式使用，固含量低（5%~10%），固化速度慢，在搅拌下将聚乙烯醇溶于80~90度热水中即成，作为胶粘剂采用聚合度偏高为宜，一般视需要还会加入填料，增塑剂（聚乙二醇，甘油，提高胶层的柔性），熟化剂（硫酸钠，多元有机酸和醛类，使聚乙烯醇交联），防腐剂等助剂，主要用于纸品粘接。第四章胶黏剂3聚乙烯醇缩醛胶粘剂聚乙烯醇和与不同的醛类进行缩醛反应则制的聚乙烯醇缩醛，缩醛度为50%时，可溶于水，可配成水溶液胶粘剂。聚乙烯醇缩甲醛，即107胶水，大量用于建筑内墙刷浆（但由于聚乙烯醇缩醛中含有游离甲醛，对环境有污染，对人体有危害，已限制使用）聚乙烯醇缩丁醛韧性很好，而已耐光，耐湿性好，主要用于无机玻璃的粘接。第四章胶黏剂1.2丙烯酸树脂类胶粘剂丙烯酸系列胶粘剂的适用范围非常广泛，可以说所有的金属，非金属材料都能用丙烯酸系列胶粘剂粘接。按形态和应用特点可大致分为：溶剂型厌氧型乳液型光敏型反应型热熔型压敏性返回第四章胶黏剂1溶剂型丙烯酸酯胶粘剂是由丙烯酸树脂溶于有机溶剂而成，常用的溶剂由二氯甲烷，氯仿，二氯乙烷，四氯乙烷，氯苯等，主要用于有机玻璃的粘接，可用于有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）溶解，互相渗为一体，粘接力很强，常温固化。第四章胶黏剂故将5份甲基丙烯酸甲酯溶于95份氯仿中，就可得到简单的丙烯酸甲酯胶粘剂，但这类胶粘剂有刺激性气味，对环境污染和人体危害大。第四章胶黏剂乳液型丙烯酸酯胶粘剂配方原料重量作用丙烯酸甲(乙,辛)酯90(352,150)混合单体丙烯酸15单体N-羟甲基丙烯酰胺13交联剂水160溶剂第四章胶黏剂其制法如下1将13gN-羟甲基丙烯酰胺溶于130g水中，配成N-羟甲基丙烯酰胺水溶液；2将丙烯酸甲酯，乙酯，辛酯三种单体和丙烯酸混合成丙烯酸酯混合单体；3在反映器中加入纯水560g，OP系类乳化剂40gN-羟甲基丙烯酰胺水溶液80g,丙烯酸酯单体240g第四章胶黏剂4搅拌，通入氮气20min;5加入过硫酸钾和偏亚硫酸钠个0.5g;6升温至55度7保持55度，缓慢滴入剩余的混合单体及丙烯酰胺水溶液；8加入过硫酸钾和偏亚硫酸钠各40ml，总反应时间240min第四章胶黏剂3氰基丙烯酸酯胶粘剂氰基丙烯酸酯胶粘剂，即常用的501，202，504等胶气主要成分为ā-氰基丙烯酸R代表烷基可以是甲,乙,丁基和异丙基第四章胶黏剂目前一般是采用将相应的氰乙酸酯与甲醛发生加成缩合反应，然后加热裂解这种缩合产物，即氰基丙烯酸酯。502胶水配方第四章胶黏剂氰基丙烯酸酯胶粘剂的优点：使用方便应用范围广瞬间固化粘接快（粘接时间几分钟）抗拉强度高几乎可以粘接所以物质（除了聚乙烯和聚四氟乙烯等外）第四章胶黏剂氰基丙烯酸酯胶粘剂的缺点:韧性差耐热性差不能实施大面积粘接价格较贵抗冲击和抗剥离强度低，不耐水第四章胶黏剂1.3杂环高分子胶粘剂杂环高分子化合物结构中存在环状结构，使分子间或链段间的作用力增强，分子链的刚性增大，尤其是含有多个稠环的共轭梯状，片状或棒状高分子化合物，分子链或链段的相对运动极为困难，因此：具有良好的耐热性耐低温性能很好在航空航天领域的应有效果很好。返回第四章胶黏剂1聚苯并咪唑粘合剂聚苯并咪唑（PBI）是杂环高分子化合物中被首选作耐高温胶粘剂的一类聚合物，它是由