搜索
第四部分胶粘剂胶粘剂是一种能把其他材料紧密粘合在一起的物质；以各种树脂、橡胶、淀粉等为基体材料，添加各种辅料而制成的。胶黏剂是一类古老而又年轻的材料。早在数千年前，人类的祖先就已经开始使用胶黏剂。许多出土文物表明，5000年前我们祖先就会用粘土、淀粉和香松等天然产物做胶黏剂；4000千多年前就会用生漆做胶黏剂和涂料制造器具；3000年前的周朝已用动物胶作木船的填缝密封胶。两千年前的秦朝用糯米浆与石灰作砂浆粘合长城的基石，使万里长城成为中华民族伟大文明的象征之一。秦俑博物馆中出土的大型彩绘铜车马的制造中，用了磷酸盐无机胶黏剂。公元前200年东汉时期用糯米浆糊制成棺木密封胶，配以防腐剂，使马王堆古尸出土时肌肉及关节仍有弹性,足见中国胶接技术之高超。到上世纪初，合成酚醛树脂的发明，开创了胶黏剂的现代发展史。目前，与三大合成高分子材料的产量比较，胶黏剂只占第五位，但年增长速度则居第一位。目前，胶黏剂的应用已渗入到国民经济中的各个部门,成为工业生产中不可缺少的技术，在高技术领域中的应用也十分广泛。如据报导：国外在生产一辆汽车中要使用5～10kg胶黏剂；一架波音飞机的粘接面积达到2400m2；一架宇航飞机需要粘接30000块陶瓷片。汽车结构件粘接：发动机中罩与前后加强梁，通常用改性环氧树脂胶黏剂粘接使用的部件由原来机内装饰、非结构件、发展到结构件、受力件，甚至整个机体。胶粘剂的功能一、结构件的粘接结构件粘接是指那些能够承受较长时间的负荷和较大应力物体的粘接，比如建筑物、车辆、舰船、飞机、宇宙飞行器等结构件的粘接。适用于粘接结构件的胶粘剂叫结构胶粘剂。结构胶粘剂一般有较高的强度，能承受较大的应力。根据不同的用途，还应具有各种不同的特殊性能。例如制造飞机用的胶粘剂有酚醛-丁腈、环氧-丁腈和改性环氧等类型。使用胶粘剂可以减轻飞机的结构质量，增加航速；同时使粘接件表面光滑平整，有利于航行；还具有密封、防腐蚀等性能。二、耐高温粘接和超低温粘接一般胶粘剂能耐100℃以下的温度。无机粘接剂耐高温性能比有机的好，能耐600℃左右，其中以陶瓷胶粘剂为最佳，通常在150℃时烧结固化，就可以耐1300℃的高温。耐超低温胶粘剂应用最广的是聚氨酯，它能在-196℃，甚至更低温度（-269℃）时保持很高的强度和韧性。改性环氧树脂也能在超低温条件下使用。三、水下粘接水下粘接在水坝或桥梁的修建、造船工业和国防工业中起很大的作用，它可以把陆地上的预制件在水中和水下的部件连接起来，从而大大简化施工工艺，加快施工进度。水下胶粘剂大多是双组分环氧树脂。四、瞬间粘接瞬间胶粘剂使用时不需要加热、加压、具有固化快、粘接强度大的特点。一个6.45cm2（一平方英寸）的粘接面所承受的拉力足以吊起一辆小汽车。这样的胶粘剂对连续化生产流水线起了很大的推动作用。目前最通用的瞬间胶粘剂是α-氰基丙烯酸乙酯。五、油面粘接金属板材表面常涂有防锈油，一般在粘接前要除去表面的油，工艺比较复杂。油面用胶不需要先在表面除油，简化了工艺，并有良好的粘接强度。油面胶粘剂有第二代丙烯酸酯、改性聚氨酯及改性环氧树脂。六、液态密封堵漏有些胶粘剂在常温下是流动性的液体，涂在各种连接或需要密封的部位，形成有弹性的胶层，能代替通常的垫片，起密封作用。液态密封胶有橡胶型、树脂型和混合型等。七、医用粘接医用胶粘剂已成为医疗方面不可缺少的新材料。例如，α-氰基丙烯酸酯、亚甲基丙二酸酯和改性丙烯酸酯等胶粘剂对人体肾脏的粘合、血管的接合，伤口、食道或胆道的吻合、牙科的粘接和修复、骨胳连接等方面能发挥很好的作用。八、压敏粘接压敏胶俗称不干胶，通常制成胶粘带或片状物。将它粘贴后，稍加一些压力就能起到粘结作用。这种产品用于商品标鉴和机器铭牌的粘贴、纸箱的封缄、线束的捆扎和高光洁金属板表面的保护等。压敏胶有橡胶型和丙烯酸酯型。带或片的基材有纸、塑粘薄膜、织物（布）和铝箔等，如牛皮纸胶粘带、B0PP（双向拉伸聚丙烯）封箱带、办公用透明胶粘带以及涂有不干胶的各种标签。九、热熔粘接热熔胶粘剂是一种固体，它要在加热熔化成流体后才能胶粘，粘合冷却后恢复成固体，形成牢固的粘接件。热熔胶粘剂由热塑性聚合物配以增粘剂等配制而成。主要的品种有乙烯-醋酸乙烯酯型，其他品种有聚乙烯型、聚酯型、聚酞胺（尼龙）型、聚氨酯型等。它用于书籍无线装订、纸袋封口、纸箱制造、木制品封边、非织布（原称无纺布）的制作，热熔衬垫、制鞋、聚乙烯及聚丙烯塑料粘接、制作道路标志线等。三、胶黏剂分类及组成1、按胶接强度特性分类结构型胶黏剂非结构型胶黏剂次结构型胶黏剂2、按组成成分分类化学反应型胶黏剂：有活性基团的线型聚合物，当加入固化剂后，由于化学反应而生成交联的体型结构，从而产生胶接作用。热塑性树脂溶液胶黏剂：热塑性聚合物加溶剂配制而成。热熔胶黏剂：是以热塑性聚合物为基本组分的无溶剂型固态胶黏剂，通过加热熔融黏合，然后冷却凝固。3、胶粘剂组成胶黏剂通常是由基料、固化剂、促进剂、填料、增韧剂、稀释剂、偶联剂、稳定剂，防老剂、增粘剂、增稠剂等配合而成。基料又称粘料，是胶黏剂的主要成分。有天然聚合物、合成聚合物及无机物三大类。基料：决定胶接头的主要物理化学力学性能。例如，环氧树脂和酚醛树脂等。固化剂：是使液态基料通过化学反应，发生聚合、缩聚或交联反应，转变成高分子量固体，使胶接接头具有力学强度和稳定性的物质。不同的基料应选用固化快、质量好、用量少的固化剂。a)固化：液体的胶粘剂通过物理化学方法变成固体的过程。物理方法有溶解挥发、乳液凝聚、熔融体冷却；化学方法使胶粘剂聚合成高分子物质。b)固化剂：固化过程所使用的化学物质。填料：是不参与反应的惰性物质，可提高胶接强度、耐热性、尺寸稳定性并可降低成本。其品种很多，如石棉粉、铝粉、云母、石英粉、碳酸钙、钛白粉、滑石粉等。各有不同效果，根据要求选用。增韧剂：能提高胶黏剂的柔韧性，降低脆性，改善抗冲击性等。稀释剂：降低胶黏剂的粘度，便于施工操作，有能参与固化反应的活性稀释剂和惰性稀释剂两种。偶联剂：具有能分别和被粘物及粘合剂反应成键的两种基团，提高胶接强度。多为硅氧烷或聚对苯二甲酸酯化合物。稳定剂：为防止胶黏剂长期受热分解或贮存时性能变化的成分。胶接及机理胶接:靠胶黏剂将物体连接起来的方法称为胶接。良好胶接，必须具备：第一胶黏剂要能很好地润湿被粘物表面胶黏剂表面张力比被粘物的小，才能较好地润湿其表面，易于胶接，反之则难于胶接。第二胶黏剂与被黏物之间要有较强的相互结合力。⑴机械粘合论:即胶接是胶粘剂渗透到被粘物表面层的孔隙中,固化后产生机械锲合作用而使其连接为一体的.⑵吸附论:即胶接是胶粘剂与被沾物的表面分子间相互吸附而使其粘结为一体的.胶接机理⑶静电论:即胶接是胶粘剂和被粘物间相互接触,产生正、负电层的双电层,由于静电相互吸引而产生粘附力的.⑷扩散论:即胶接是胶粘剂与被粘物分子间相互扩散,在界面上互溶而形成牢固结合的.4.4.3胶接强度粘接强度：单位粘接面上承受的粘接力。影响粘接强度的因素（胶黏剂分子结构及黏接条件）1.胶黏剂分子中含有能与被黏物形成化学键或强力次价结合的基团时，可大幅度提高胶接强度。2、胶层厚度胶层厚，缺陷多；一般降低厚度，粘接强度增大；但过薄会引起缺陷，降低粘接强度。3、粗糙度在浸润性好的情况下胶粘剂在粗糙表面的浸润性比光滑表面上好4.粘接环境被粘物受周围介质污染,粘接力严重降低，如油层大大降低胶粘剂与被粘物表面亲合力；水分在极性介质中迅速扩散，扩散能导致胶层膨胀作用加速进行。4.5.3胶接工艺表面处理涂胶胶层固化胶接质量1.表面处理:是为使被粘物适于胶接或涂布而对其表面进行的化学或物理处理.目的:⑴清除表面污物⑵增加表面积和增加表面能包括:预清洗、脱脂、打磨和化学处理等2.涂胶⑴对于液体胶粘剂和溶剂型胶粘剂:可采用刷涂、喷涂、浸渍、注入和漏胶等方式.⑵糊状胶粘剂:通常采用刮胶方法.⑶固体胶粘剂:常采用敷贴胶膜、热熔涂胶等方法3.胶层固化⑴工艺参数:胶层固化应控制温度、压力和时间等三个参数.⑵常用的加压方法:杠杆加压、弹簧加压、气囊施压和抽真空施压等.4.胶接质量检测:⑴破坏实验:即通过破坏胶接件以检测其胶接质量的试验.⑵非破坏性试验:即在不破坏胶接件的条件下进行的胶接质量的检测试验,如目视检查、敲击检测等.环氧树脂胶黏剂1927年问世，1950年商品化。粘合强度高，收缩率小，尺寸较稳定，电性能优良，耐介质性好，易于改性，几乎能粘合各种材料，用途广泛。环氧树脂是热塑性线型结构，不能直接使用，必须加入固化剂，固化交联之后，才能发挥其优良的粘合性。固化剂种类也很多，分脂肪胺、芳香胺、改性胺、低分子聚酰胺、咪唑及其衍生物、酸酐及潜伏性固化剂等类。环氧树脂是指高分子链结构中含有两个或两个以上的环氧基团的高分子化合物的总称。属于热固性树脂代表性树脂有双酚A型环氧树脂双酚A型环氧树脂环氧树脂的特点（双酚A型）1、不可单独使用，需与固化剂配合才有应用价值，2、高粘接强度，居合成胶粘剂之首3、固化收缩率小酚醛树脂胶：8-10%；有机硅树脂胶6-8%；聚氨酯4-8%；环氧树脂1-3%4、耐化学性能好，50%硫酸10%硝酸浸泡半年，10%浸泡一个月性能不变5、电绝缘性能好，工艺性能好尺寸稳定耐性好吸水率低应用涂料工业：可广泛应用于汽车、管道容器、船舶、电子、玩具、工艺品电子电器工业：可以用于绝缘材料如整流器、变压器、电阻、电感器等的表面粘接五金饰品、工艺品、体育用品环氧类胶粘剂主要由环氧树脂和固化剂两大部分组成。为改善某些性能，满足不同用途还可以加入增韧剂、稀释剂、促进剂、偶联剂等辅助材料。由于环氧胶粘剂的粘接强度高、通用性强，曾有“万能胶”、“大力胶”之称，在航空、航天、汽车、机械、建筑、化工、轻工、电子、电器以及日常生活等领域得到广泛的应用。分类环氧树脂胶粘剂的品种很多，其分类的方法和分类的指标尚未统一。按胶粘剂形态分类无溶剂型胶粘剂、(有机)溶剂型胶粘剂、水性胶粘剂(又可分为水乳型和水溶型两种)、膏状胶粘剂、薄膜状胶粘剂(环氧胶膜)等。按固化条件分类1)冷固化胶(不加热固化胶)。又分为：低温固化胶，固化温度＜15℃；室温固化胶，固化温度15—40℃。2)热固化胶。又可分为：中温固化胶，固化温度约80—120℃；高温固化胶，固化温度＞150℃。3)其他方式固化胶，如光固化胶、潮湿面及水中固化胶、潜伏性固化胶等。按胶接强度分类1)结构胶，抗剪及抗拉强度大，而且还应有较高的不均匀扯离强度，使胶接接头在长时间内能承受振动、疲劳及冲击等栽荷。同时还应具有较高的耐热性和耐候性。通常钢-钢室温抗剪强度＞25MPa，抗拉强度≥33MPa。不均匀扯离强度＞40kN／m。2)次受力结构胶，能承受中等载荷。通常抗剪强度17—25MPa，不均匀扯离强度20—50kN／m。3)非结构胶，即通用型胶粘剂。其室温强度还比较高，但随温度的升高，胶接强度下降较快。只能用于受力不大的部位。按用途分类1)通用型胶粘剂。2)特种胶粘剂。如耐高温胶(使用温度≥150℃)、耐低温胶(可耐—50℃或更低的温度)、应变胶(粘贴应变片用)、导电胶(体积电阻率10-3～10-4Ω·cm)、密封胶(真空密封、机械密封用)、光学胶(无色透明、耐光老化、折光率与光学零件相匹配)、耐腐蚀胶、结构胶等。其他分类也可按固化剂的类型来分类，如胺固化环氧胶、酸酐固化胶等。还可分为双组分胶和单组分胶，纯环氧胶和改性环氧胶(如环氧-尼龙胶、环氧-聚硫橡胶胶、环氧-丁腈胶、环氧-聚氨酯胶、环氧-酚醛胶、有机硅环氧胶、丙烯酸环氧胶等)。胶粘原理环氧胶粘剂是由环氧树脂、固化剂、促进剂、改性剂、稀释剂、填料等组成的液态或固态胶粘剂。环氧胶粘剂的胶粘过程是一个复杂的物理和化学过程，包括浸润、粘附、固化等步骤，最后生成三维交联结构的固化物，把被粘物结合成一个整体。胶接性能(强度、耐热性、耐腐蚀性、抗渗性等)不仅取决于胶粘剂的结构和性能以及被粘物表面的结构和胶粘特性，而且和接头设计、胶粘剂的制备工艺和贮存以及胶接工艺等密切相关，同时还受周围环境(应力、温度、湿度、介质等)的制约。因此环氧胶粘剂的应用是一个系统工程。