胶黏剂与粘接技术原理.ppt

材料胶接技术 绪论 应用已十分普遍 有几千年的历史 浆糊 泥墙 在高分子学科的发展之后真正作为一门学科即是合成胶黏剂出现 高分子材料五大分支之一来阐述的 基本概念 把两个或多个物体通过另外一种材料在其两相界面间产生的分子间力连接在一起 称为粘接 被粘接的物体称为被粘物 粘接所使用的材料称为胶黏剂 通过粘接得到的组件称为胶接接头 胶接件 减弱粘接称为脱粘 胶粘剂概述 一 胶粘剂基本组成基料 固化剂 溶剂 增塑剂 填料 偶联剂 交联剂 引发剂 促进剂 增韧剂 增黏剂 稀释剂 防老剂 阻聚剂 阻燃剂 光敏剂 消泡剂 防腐剂 稳定剂 乳化剂二 胶粘剂的分类三 常见胶黏剂成分 组成 1 基料又称胶料 是胶粘剂主要成分 2 固化剂使单体或低聚物变为线形或网状体型高聚物 又称硬化剂 熟化剂 交联剂 硫化剂3 溶剂4 增塑剂降低玻璃化温度和熔融温度 改善胶层脆性 内增塑 外增塑 5 填料降低成本 改善机械性能 降低膨胀系数6 偶联剂同时与极性和非极性物质产生结合力的化合物 7 交联剂在线形大分子间形成化学键8 引发剂引起单体分子或预聚物活化而产生自由基 9 促进剂降低引发剂分解温度或加快固化反应速度 10 增黏剂提高初粘力 透明胶水 白乳胶 滑石粉 水 乙二醇 蔗糖 尿素 香精 分类 1 按化学成分分类 分类 2 按形态分类液态 水溶液 溶液 乳液 无溶剂型固态型 粉状 块状 细绳状 胶膜带状 黏附型 热封型膏状与腻子3 按应用方法分类室温固化型 溶剂挥发型 潮气固化型 厌氧型 加固化剂型 压敏型 接触压胶 自粘 冷粘 型 缓粘 热粘 型 永粘型 热固型 热熔型4 按用途分类结构用 实际粘接强度大于6 9MPa 通常是热固性 非结构用 压敏胶 特种用 常见胶黏剂成分 胶水 固体胶 聚乙烯醇类建筑用107 108胶 聚乙烯醇缩甲醛万能胶 环氧胶粘剂 主要组分是环氧树脂AB胶 哥俩好 通常是双组分丙烯酸改性环氧胶或环氧胶502胶 504胶 医用 瞬间胶粘剂 氰基丙烯酸酯厌氧胶 铁锚300系列 Y 150胶 甲基丙烯酸双酯胶带 丙烯酸脂共聚物 天然橡胶 二烯苯乙烯嵌段共聚物补胎胶水 乒乓球拍 天然橡胶 溶剂粘鞋 橡胶类胶黏剂 聚氨酯系列703 704 FS 203等 有机硅胶粘剂 主要组分是有机硅氧烷 CH 505 酚醛 丁腈橡胶胶粘剂铁锚801强力胶 酚醛 氯丁橡胶胶粘剂 混合溶剂 百得胶 FN 303胶 XY 401胶 CH 406胶等 为什么要使用胶黏剂 材料加工 主要包括变形 切分与结合 组合连接分类一般有三种 机械紧固 焊接与粘接 胶接优点 1不破坏被粘物2不造成应力集中3改善疲劳性能4同时起密封效果5连接不同金属不形成电池6特殊场合 如粘接炸药 7粘接形状复杂的被粘物8设备简单 胶接缺点 1需要更大的接触面积2表面工艺条件高 甚而苛刻3存在的不确定性 难以监测4有些有毒5存储寿命有限6不能重复利用7学科起步晚 设计缺信心 第一章粘接理论基础 粘接是一种材料界面 表面的科学获得好的粘接效果有两个必要条件 过程 1 足够面积的紧密接触 清理表面 润湿 扩散 2 分子间的吸引力甚或成粘合键 固化 为满足第一个条件 胶粘剂应能扩展到固体的表面 并取代存在于表面的空气或其他附着物 固体表面都是高低不平的 抛光后接触面积不到总面积的1 100 液体可以完全浸润 胶粘剂与被粘物连续接触的过程叫润湿 胶粘剂浸入固体表面的凹陷与空隙就形成良好润湿 如果胶粘剂在表面的凹处被架空 便减少了胶粘剂与被粘物的实际接触面积 从而降低了接头的粘接强度 获得良好润湿的条件是 a液体的接触角应为0 或接近于0 浸润热力学 b粘度要低 即不得大于几毫帕 秒 动力学 c能驱除被粘物接头间所夹的空气和其他附着物 1 1界面理论 表面张力是分子间力的直接表现 是由于物体主体对表面层吸引的结果 表面分子能量状态高 物体有减少自身表面的趋势 增加表面积即能量增加 也有了表面自由能 存在的最普遍的分子间吸引力为VanderWaals力 它来源于几种不同的作用 静电力 取向力 永久偶极之间 13 21kJ mol 诱导力 偶极在其他分子上引起的诱导偶极 6 13kJ mol 色散力 London力 偶极矩自由运动产生 0 8 8kJ mol 另外还有氢键 不超过40kJ mol 共价键100 400kJ mol 离子键一般大于300kJ mol 金属键 表面张力 表面张力 固体表面分为高能表面 s 100达因 cm 如金属和无机物 低能表面 s 100达因 cm 如塑料 达因 10 5N 水72mJ m 聚合物随分子量增加表面张力增加 聚乙烯35 聚丙烯30 聚苯乙烯40 聚氯乙烯43 聚氯丁二烯46 聚四氟乙烯24 18 聚六氟丙烯17 聚醋酸乙烯36 聚甲基丙烯酸甲酯 丁酯41 31 聚二甲基硅氧烷20 二乙基硅氧烷25 分子间力的另一表现 内聚力 是在同种物质内部相邻各部分之间的相互吸引力 只有在各分子十分接近时 小于10 8米 才显示出来 浸润的热力学 完全浸润 浸润平衡 1 Young氏方程 sl lcos s 接触角 要小于90 2 胶粘剂液体在固体表面自动展开的条件是 l90 时 表面粗糙度增加 则 增加 表面张力的测定 液体 液滴法 液面 固体 接触角 液滴 前进 后退 表面力仪 杨 拉普拉斯公式 浸润的动力学 浸润速度与被粘物的表面结构 胶粘剂粘度 和表面张力有关 浸润时间T 2k lcos k 与表面结构有关的常数有机液体的表面张力 l相差不会很大 越小 浸润速度越快液体粘度越低 浸润时间越短 便充分浸润缝隙 a胶粘剂的表面张力小于固体的临界表面张力b胶粘剂黏度低胶粘剂对固体表面的粘附功最大 或者界面能最低时 解到最好胶接强度 许多合成胶粘剂都容易润湿金属被粘物 而多数固体被粘物的表面张力都小于胶粘剂的表面张力 这就是环氧树脂胶粘剂对金属粘接极好的原因 而对于未经处理的聚合物 如聚乙烯 聚丙烯和氟塑料很难粘接 浸润的条件 1 机械互锁理论 抛锚理论 2 扩散理论 3 电子理论 静电 4 吸附理论 为满足第二个条件 固化后应形成跨过界面的粘接力 而此力的本质和大小对粘接效果都是极重要的 目前主要有四种理论解释粘接力产生机理 1 2粘接机理 胶粘剂渗透到被粘物表面的缝隙或凹凸之处 固化后在界面区产生了啮合力 其本质是摩擦力 要求 a胶粘剂必须渗入被粘物表面的空隙内b排除其界面上吸附的空气在粘合多孔材料 纸张 织物等时 机构连接力是很重要的因素 但对某些坚实而光滑的表面 这种作用并不显著 从物理化学观点看 机械作用并不是产生粘接力的因素 而是增加粘接效果的一种方法 缺点 不能解释平面应用 表面粗糙问题 胶粘剂粘接经表面打磨的材料效果要比表面光滑的材料好 这是因为 一 机械作用力理论 问题 胶粘剂粘接经表面打磨的材料效果要比表面光滑的材料好 这是因为 1 机械镶嵌 2 形成清洁表面 3 生成反应性表面 4 表面积增加 由于打磨确使表面变得比较粗糙 可以认为表面层物理和化学性质发生了改变 从而提高了粘接强度 两种聚合物在具有相容性的前提下 当它们相互紧密接触时 由于分子的布朗运动或链段的旋摆产生相互扩散现象 这种扩散作用是穿越胶粘剂 被粘物的界面交织进行的 扩散的结果导致界面的消失和过渡区的产生 由此形成粘接 当胶粘剂和被粘物都是具有能够运动的长链大分子聚合物时 粘接体系借助扩散理论基本是适用的 热塑性塑料的溶剂粘接和热焊接可以认为是分子扩散的结果 缺点 不能解释聚合物材料与金属 玻璃或其他硬体胶粘 因为聚合物很难向这类材料扩散 应用 材料相容性好 溶剂溶胀 升温 二 扩散理论 当胶粘剂和被粘物体系是一种电子的接受体 供给体的组合形式时 电子会从供给体 电负性低如金属 转移到接受体 电负性高如聚合物 在界面区两侧形成了双电层 从而产生了静电引力 但静电作用仅存在于能够形成双电层的粘接体系 因此不具有普遍性 也决不是起主导作用的因素 有些学者指出 双电层中的电荷密度必须达到1021电子 厘米2时 静电吸引力才能对胶接有效果 实际1019电子 厘米2 有的认为只有1010 1011电子 厘米2 此外 不能解释温度 湿度等因素对粘接的影响 三 静电理论 粘接力的主要来源是两材料接触时的分子间作用力 包括范德华力和氢键力 经计算 理想平面距离1nm时 范德华力产生的吸引力9 90Mpa 距离0 3nm时 吸引力100Mpa 聚乙烯20Mpa 尼龙66 80Mpa Bikerman 正常的粘接头在机械力作用下粘附破坏是不可能的 分子间作用力是提供粘接力的因素 但不是唯一因素 在某些特殊情况下 其他因素也能起主导作用 缺点 理论与实际的差距 只有物理吸附 其他物理吸附比胶黏剂容易要求 充分润湿 亲密接触 四 吸附理论 化学键形成理论化学键理论认为胶粘剂与被粘物之间除分子力间外 有时还有化学键产生 1 离子键2 共价键3 金属键化学键的强度比范德化作用力高得多 化学键形成可以提高粘附强度 还可以克服脱附使胶接接头破坏的弊病 但化学键的形成必须满足一定的量子化件 胶粘剂与被粘物之间的接触点不可能都形成化学键 单位粘附界面上化学键数要比分子间作用的数目少得多 因此粘附强度主要来自分子间的作用力 酸碱相互作用理论 与静电理论类似 路易斯酸碱相互作用 提供接受电子对 多数普通玻璃是碱性的 使用酸性胶黏剂 每种理论都有大量的实验为依据 只是研究的角度 方法 条件不同 共同目标是最求形成黏结现象的本质 更好的应用 没有统一的定论 理解各派理论兼容并包灵活运用 调动提高粘接强度的一切因素 小结 相溶的胶黏剂 扩散性 自发浸润的胶黏剂 填充凸凹不平的表面 表面张力 表面处理粗糙使具有微观结构形态 机械互锁 合适的黏度与固化时间 黏度 恶劣环境中的胶接件尽量产生化学键 1发动机罩 热固化乙烯基塑料溶胶 车身外的贴花加工 采用丙烯酸酯压敏胶 挡风玻璃粘接 采有聚硫多组分反应性胶粘剂 聚氯乙烯顶篷缝粘接 采用聚酯 聚酰胺热熔胶 顶篷隔音衬垫粘接 采用氯丁橡胶为基体的溶剂型胶粘剂或聚丙烯酸酯乳液胶粘剂 聚氯乙烯顶篷粘接 采用氯丁橡胶为基体的溶剂型胶粘剂或聚丙烯酸酯乳液胶粘剂 顶篷拱型加固梁与顶篷的结构粘接 采用热固化的高含固量的聚氯乙烯塑料溶胶 顶篷衬里粘接 采用丁苯橡胶为基体溶剂型胶剂 后盖板防雨条粘接 采用氯丁橡胶为基体的溶剂型胶粘剂或聚丙烯酸酯乳液胶粘剂 后盖隔音材料粘接 采用高含固量的再生胶 11聚氯乙烯成型防护侧条粘接 采用丙烯酸酸压敏胶 12接缝装饰条粘接 采用丙烯酸酯压敏胶或橡胶型压敏胶 13刹车衬里与闸瓦粘接 采用酚醛 缩醛胶 酚醛 丁腈胶或酚醛 缩醛 有机硅胶等热固性胶粘剂 14木纹聚氯乙烯侧面装饰板粘接 采用丙烯酸酯压敏胶 15座椅衬垫与聚氯乙烯塑料片粘接 丁苯胶或乙烯 醋酸乙烯共聚体热熔胶 16车门内装饰板粘接 采用氯丁橡胶溶剂型胶粘剂或聚丙烯酸酯乳液胶粘剂 17车门防风防雨条粘接 采用氯丁橡胶溶剂胶粘剂 18电动机皮带与离合器的结构粘接 采用酚醛 丁腈胶等热固陛胶粘剂 19闸瓦底座与圆盘衬垫的粘接组装 采用酚醛树脂胶 20装饰板 商标等粘接 采用丙烯酸酯型压敏胶 A 汽缸盖垫片 半干性粘弹型密封胶B 螺栓 氯丁胶乳液或厌氧胶C 绝热隔板接缝 再生胶D 绝热隔板密封 采用环氧树脂或聚氨酯胶 E 外层窗玻璃密封 采用丁基橡胶一聚异丁烯胶 F 后窗玻璃密封 采用丁基胶 G 后窗外层辅助密封 采用软性丁基橡胶一聚异丁烯胶 H 顶篷排水槽外密封 采用聚氯乙烯塑料溶胶 I 顶篷至车舷后部位塑料挡板粘接密封 采用高含固量聚氯乙烯塑料溶胶 J 油箱输油管密封 采用高含固量 可膨胀 热固化氯丁胶 K 行李箱接缝密封 采用高固含量聚氯乙烯塑料溶胶 L 后盖排水槽外缝密封 采用高固含量热固化聚氯乙烯塑料溶胶 M 非膨胀性焊接内缝密封 采用高固含量热固化聚氯乙烯塑料溶胶 N 可膨胀性焊接内缝 后盖挡板及挡泥板 密封 采用可膨胀 热固化丁苯胶 O 挡泥板高低板填充密封 采用高含固量聚氯乙烯塑料溶胶 P 底板内缝密封 采用以沥青为基体的高固含量胶粘剂 Q 罩板总装的膨胀性焊接缝密封 采用丁苯胶 R 减震器垫片密封 采用热固化氯丁胶 S 在油漆层下的外缝密封 采用高固含量 热固化型聚氯乙烯塑料溶胶 化学因素1 极性2 分子量3 侧链4 PH值5 交联6 溶剂和增塑剂7 填料8 结晶性9 分解 水解 热解 物理因素1 表面粗糙度2 表面处理3 渗透4 迁移5 压力6 胶层厚度7 负荷应力8 内应力9 环境 热 水 光 氧气等 1 3粘接的影响因素与破坏机理 在实际的接头上作用的应力是复杂的 包括正应力 剪切应力 剥离应力和交变应力 1 正应力 2 切应力 接头在剪切应力作用下 被粘物的厚度越大 接头的强度则越大 3 剥离应力 力集中于粘接界面上 因此接头很容易破坏 在设计时尽量避免产生剥离应力 4 交变应力 在接头上胶粘剂因交变应力而逐渐疲劳 在远低于静应力值的条件下破坏 强韧的 弹性的胶粘剂 如某些橡胶态胶粘剂 耐疲性能良好 胶接头的力学行为 外力 内应力使胶接强度和耐久性下降 产生的原因 1 收缩应力 胶粘剂固化时 因挥发 冷却和化学反应而体积发生收缩 引起收缩应力 2 热应力 胶粘剂和被粘物的热膨胀系数不同 温度的变化将引起热应力 3 在老化过程中胶层吸水而发生溶胀 在不连续处将产生内应力 降低内应力 1 共聚或提高聚合物分子量以降低体系中官能团浓度 2 加入增韧剂 降低固化收缩应力 3 加入无机填料 4 胶接热膨胀系数大的材料时选择较低的固化温度 5 使胶粘剂的热膨胀系数接近于被粘物 6 选用弹性良好的胶粘剂 胶接头的力学行为 内力 大多数合成胶粘剂的主要成分是非晶态高聚物 在材料内部存在很多细小的缺陷 形成应力集中 当局部应力超过局部强度时 缺陷就发展成为裂缝真正破裂 因此内应力集中造成的破坏将降低粘接强度 固体材料的强度与分子作用力的大小 材料中的缺陷大小分布情况以及缺陷周围的应力分布有关 1 减少材料的缺陷即提高分子量 形成结晶 2 加入增韧剂增加对裂缝扩展的抵抗力 胶接头的力学行为 应力集中 胶接件破坏的一般形式有四种 见图 被粘物破坏 发生于粘接强度大于被粘物强度时 内聚破坏 胶粘剂破坏 强度取决于胶粘剂内聚力 界面破坏 粘附破坏 破坏发生在被粘物与胶粘剂的界面 胶粘界面完整脱离 此时粘接强度决定于粘附力 混合破坏 既有内聚破坏 又有界面破坏 破坏现象 胶粘剂或被粘材料破坏是理想的破坏形式 即100 的内聚破坏 因为这种破坏在材料粘接时能获得最大强度 粘接破坏发生在接头最薄弱的地方 不一定总是发生在界面上 说明粘接强度不仅与胶粘剂 被粘物之间作用力有关 也与聚合物粘料分子之间的作用力有关 高聚物分子的化学结构 以及聚集态都强烈地影响胶接强度 弱边界层 WBL 来自胶粘剂 被粘物 环境 或三者之间任意组合 当发生破坏时 尽管多数发生在胶粘剂和被粘物界面 但实际上是弱边界层的破坏 正是这些内聚强度较低的物质存在 致使粘接强度会表现的比预期降低 1 不良浸润 有空气泡或灰尘 油等杂质残留形成弱区 2 溶于液态胶粘剂的不溶杂质 在固体化后形成另一相3 内应力在被粘体与胶粘剂整体间产生弱界面层4 聚合物中低分子量有机物WBL除工艺因素外 在聚合物成网或熔体相互作用的成型过程中 胶粘剂与表面吸附等热力学现象中产生界层结构的不均匀性界面层也会有WBL出现 这种WBL的应力松弛和裂纹的发展都会不同 因而极大地影响着材料和制品的整体性能 应用 避免弱边界层粘接胶带隔离层通常是经过化学剪裁的弱边界层 弱边界层理论 胶接头在存放或使用过程中由于受到热 水 光 氧气等环境因素作用 性能逐渐下降 使接头完全破坏 这就是胶接头的老化 金属胶接头的老化A 接头的大气老化机理 水的作用 1 水对界面的作用 2 水对胶层的作用 3 水的化学降解作用 4 水和氧气同时存在引起金属被粘表面的电化学 5 水对接头界面的应力集中起促进作用 6 腐蚀性气体腐蚀B 金属接头的热老化机理 主要是胶粘剂的热老化物理变化 化学热分解和氧化分解 过渡元素的氧化物或离子对氧化分解起到催化作用 木材 塑料和橡胶胶接头的老化环境温度产生的热应力和水的降解是木材老化的主要原因 尤其是水解的影响最大 胶粘剂 木材质量和加工性能影响到木材胶接头老化 而胶层厚度越大 胶合板耐老化性能越好 塑料橡胶的表面是疏水性的 水难以渗透到胶接界面里 因此其老化性能稳定得多 第三章胶黏剂 3 1胶粘剂概述 一 胶粘剂基本组成基料 固化剂 溶剂 增塑剂 填料 偶联剂 交联剂 引发剂 促进剂 增韧剂 增黏剂 稀释剂 防老剂 阻聚剂 阻燃剂 光敏剂 消泡剂 防腐剂 稳定剂 乳化剂二 胶粘剂的分类三 常见胶黏剂成分 组成 1 基料又称胶料 是胶粘剂主要成分 2 固化剂使单体或低聚物变为线形或网状体型高聚物 又称硬化剂 熟化剂 交联剂 硫化剂3 溶剂4 增塑剂降低玻璃化温度和熔融温度 改善胶层脆性 内增塑 外增塑 5 填料降低成本 改善机械性能 降低膨胀系数6 偶联剂同时与极性和非极性物质产生结合力的化合物 7 交联剂在线形大分子间形成化学键8 引发剂引起单体分子或预聚物活化而产生自由基 9 促进剂降低引发剂分解温度或加快固化反应速度 10 增黏剂提高初粘力 透明胶水 白乳胶 滑石粉 水 乙二醇 蔗糖 尿素 香精 分类 1 按化学成分分类 分类 2 按形态分类液态 水溶液 溶液 乳液 无溶剂型固态型 粉状 块状 细绳状 胶膜带状 黏附型 热封型膏状与腻子3 按应用方法分类室温固化型 溶剂挥发型 潮气固化型 厌氧型 加固化剂型 压敏型 接触压胶 自粘 冷粘 型 缓粘 热粘 型 永粘型 热固型 热熔型4 按用途分类结构用 实际粘接强度大于6 9MPa 通常是热固性 非结构用 压敏胶 特种用 常见胶黏剂成分 胶水 固体胶 聚乙烯醇类建筑用107 108胶 聚乙烯醇缩甲醛万能胶 环氧胶粘剂 主要组分是环氧树脂AB胶 哥俩好 通常是双组分丙烯酸改性环氧胶或环氧胶502胶 504胶 医用 瞬间胶粘剂 氰基丙烯酸酯厌氧胶 铁锚300系列 Y 150胶 甲基丙烯酸双酯胶带 丙烯酸脂共聚物 天然橡胶 二烯苯乙烯嵌段共聚物补胎胶水 乒乓球拍 天然橡胶 溶剂粘鞋 橡胶类胶黏剂 聚氨酯系列703 704 FS 203等 有机硅胶粘剂 主要组分是有机硅氧烷 CH 505 酚醛 丁腈橡胶胶粘剂铁锚801强力胶 酚醛 氯丁橡胶胶粘剂 混合溶剂 百得胶 FN 303胶 XY 401胶 CH 406胶等 每种胶黏剂要求掌握 分子式特点 是什么 固化机理 固化剂 热固 粘接特点 粘接件优缺点 应用方法 单 双组份 溶剂型 加热 配方 应用领域 3 2环氧树脂类粘接剂 环氧树脂是结构胶粘剂中份额最大的一类 一般是指至少含有两个环氧基的高分子化合物 以环氧乙烷为反应单元 品种很多 双酚A型最普遍 8 室温下可用多种固化剂快速固化 9 掺和性能好缺点 未改性的性脆 个别稀释剂固化剂对人体有一定伤害 配制后的胶使用期短2 分类 1 缩水甘油醚型环氧树脂 2 缩水甘油酯型环氧树脂 3 缩水甘油胺型环氧树脂 4 线型脂肪族环氧树脂 5 脂肪族环氧树脂 6 混合型环氧化烯烃 二 双酚A型环氧树脂 双酚A 二酚基丙烷 环氧氯丙烷 双酚A型环氧树脂是由双酚A和环氧氯丙烷在氢氧化钠存在下缩聚而得 都是双官能团化合物 生成的环氧树脂是线形结构 聚合度一般在0 19 分子量300 7000 当n 2 得到琥珀色或淡黄色低分子量液体的环氧树脂 当n 2 得到高分子量的固体环氧树脂 一般用作胶粘剂的分子量小于700 软化点低于50 双组分环氧树脂胶粘剂生产过程 环氧树脂预热熔化稀释剂增塑剂甲组分增韧剂填料乙组分 固化剂 促进剂 稀释剂 填料 三 环氧树脂固化剂和固化机理1 有机胺类固化剂 1 脂肪族胺类伯仲胺能在室温快速固化 能黏结多种材料 成本低 但耐热性差 脆 乙二胺H2N CH2 CH2 NH2 室温固化 用量6 8 二乙烯三胺H2N CH2 CH2 NH CH2 CH2 NH2 用8 11 挥发性小三乙烯四胺又称三亚乙基四胺NH2C2H4NHC2H4NHC2H4NH2 2 芳香族胺类耐热性好间苯二胺固体 用量14 16 二氨基二苯基甲烷耐高温 二氨基二苯砜 固化剂和固化机理 有机胺类固化剂有机酸酐类固化剂多元硫醇 有机酸酐类固化剂固化机理 环氧树脂胶黏剂主要特点 万能胶 1 胶合力强 内聚强度高 机械强度高 2 固化过程不产生副产物 3 收缩小 蠕变小 稳定性好 4 可以配成不含溶剂的胶料 5 电绝缘性好 6 室温下可用多种固化剂快速固化 7 掺和性能好 易于改性缺点 未改性的脆 个别稀释剂固化剂对人体有一定伤害 配制后的胶使用期短 价格贵 生产难度大 环氧胶粘剂 一般无溶剂液态 因配方不同 可制得加热固化和固化剂室温固化 哥俩好 两种胶 主要用来粘接金属 玻璃 陶瓷 橡胶 木材 塑料等 3 3酚醛树脂胶黏剂 酚醛树脂是商业上第一个成功合成的树脂 根据原料配比和聚合条件的不同可以得到不同性能的树脂 相对分子质量在700 1000左右 酸性条件下 苯酚过量生成线型酚醛树脂 热塑性 剩余邻位的活性点 加热能与六次甲基四胺或多聚甲醛反应生成不溶不熔的固态树脂 碱性条件下加成反应优先 甲醛 苯酚摩尔比一般 1 至多2 5倍 越大生成的2 3 羟甲基酚愈多 羟甲基与余下的活性点反应使分子量继续增大 把反应的全过程分为A B C三个阶段 A阶树脂 称为甲阶酚醛树脂 溶解于酒精 丙酮及碱的水溶液中 它是热塑性的 又称可熔酚醛树脂 加热后能转变为不熔的固体 B阶树脂 亦称半熔酚醛树脂 B阶树脂的分子结构比可熔酚醛树脂要复杂的多 三官能作用 热塑性较差 C阶树脂 为不溶不熔的固体物质 酚醛树脂胶黏剂的特点 1 优点 耐热性能高 可在150 以上使用 环氧胶 有机硅胶改性后则能在200 以上使用 粘接强度高 极性大 耐老化性能好 耐水 油 化学介质 具有优良的抗疲劳性能 价格低廉 容易与其他高分子相配合获得性能优异的胶黏剂 2 缺点 脆性大 剥离强度不高 需加热固化 收缩率大 颜色深 有酚类气味 固化时会释放水 酸性酚醛树脂为固态热塑性树脂 加固化剂热固型胶黏剂甲阶酚醛树脂为固态热固型胶黏剂 也可加入酸性催化剂 对氯苯磺酸 磷酸的乙二醇溶液 盐酸的乙醇溶液等 室温固化主要用的是甲阶水或乙醇溶液 用途 纯的主要用于木材加工 间苯二酚甲醛树脂胶可在室温下迅速固化 用于粘接尼龙等一般胶黏剂不易粘接的材料 更多的应用是改性酚醛树脂 3 0脲醛树脂 产量最大的胶黏剂 尿素与甲醛水溶液在酸或碱的催化下聚合得到线性脲醛低聚物 酸催化时易导致凝胶 中性 碱性时易交联固化 工业上以碱作催化剂 甲醛 尿素摩尔比为1 5 2 0 以保证树脂能固化 反应第一步生成一和二羟甲基脲 然后羟甲基与氨基进一步缩合 得到可溶性树脂 产物需在中性条件下才能贮存 线性脲醛树脂以氯化铵为固化剂时可在室温固化 脲醛树脂胶优点 价廉 原料易得 生产工艺简单 使用方便耐弱酸 弱碱及油脂等介质 绝缘性能好 耐磨性极佳 坚硬耐刮伤 具有一定的韧性 固化后颜色比酚醛树脂浅 呈半透明状 耐光性好不变色 缺点易于吸水 耐水性及耐老性较差 遇强酸 强碱易分解耐候性较差 耐电性能较差 耐热性也不高 生产和使用过程中有甲醛逸出 污染环境 危及人体健康应用脲醛树脂可用于制作水溶性粘合剂 以粘接木材 3 0聚醋酸乙烯胶黏剂 聚醋酸乙烯 PVAc 及其共聚物胶黏剂 在胶黏剂中产量居第2位 以醋酸乙烯酯 VAc 为单体 数均聚合度一般在500 1500 其反应通式为 聚醋酸乙烯以微粒 粒径在0 01 1um 的形式分散在水中成稳定乳状液 可直接作为胶黏剂 也可加入其他添加剂以改进其性能 配制成所需要的胶黏剂 聚醋酸乙烯乳液胶黏剂 是乳液胶黏剂的主力军 也称乳白胶 白胶 白乳胶 水为分散介质 通过乳液聚合制得 优点 在室温下自干 水基胶黏剂 无污染 不燃烧 使用方便 粘接度可自由调节 有较好的早期粘接强度 化学稳定性好 容易跟填料 增塑剂等相互混合 无毒 价格低廉 耐油 贮存期较长等特点 对多孔材料如木 纸 布 皮革 陶瓷有很强的粘合力 因而被广泛应用于纸张 书籍装订 瓦楞箱 木材加工 皮革加工 家具制造 建筑装修 织物处理 卷烟接嘴 汽车内装饰 铅笔生产 瓷砖粘贴 标签固定 造纸工业 乳胶漆制造等很多领域 聚醋酸乙烯材料基体非常脆 常与其他单体共聚 特别是与乙烯 丙烯酸酯 马来酸酯 羟甲基丙烯酰胺等共聚得到共聚改性聚醋酸乙烯胶黏剂 大大地拓宽了其使用范围 乙烯 醋酸乙烯脂无规共聚 EVA 是一种热熔胶 醋酸乙烯含量 18 52 熔指0 6 500g 10min 相当宽的材料选择范围 缺点 耐水性差 尤其沸水 易吸湿 潮湿环境易开胶不耐久 耐热性差 固化后的胶层具有热塑性 软化点低 40 80 随着温度升高 强度急剧下降 耐冻融性差 5 以下冻结 产生破乳现象 在冬季贮存 运输中需特别注意保温 3 5丙烯酸树脂类 主要有三类 丙烯酸脂胶黏剂 厌氧胶 瞬间固化胶黏剂 自由基聚合 阴离子聚合 优点 在粘接时形成化学键 粘接强度比较大 可用于结构件的粘接 高反应性 固化快 可油面粘接 耐冲击抗剥离 综合性能优良 耐水油介质老化热寒性能好 缺点 气味较大 储存期较短 胶液一般是双组分 但不要调配 只要把胶液分别涂于被粘接的材料上 粘合后几分钟内就有一定的强度 适合金属和非金属 聚烯烃和氟 硅塑料除外 材料的自粘和互粘 双组分 A MMA MA 增韧橡胶 引发剂 稳定剂 B 促进剂 第二代的丙烯酸酯胶粘剂 简称SGA 紫外线固化胶黏剂 UV胶 又叫第三代丙烯酸酯胶粘剂 TGA 紫外线照射光引发剂分解产生自由基 优点 单组份固化快 以秒计 并可控制无溶剂环保无污染适合高度自动化加工 厌氧胶 主要成分是甲基丙烯酸双酯 氧气为阻聚剂 它在室温 有空气时不能固化 排除空气 即无氧条件 就能迅速固化 根据不同需要 可加入引发剂 促进剂 增稠剂 阻聚剂和染料等组分 或热致引发剂分解 优点 单组份 无溶剂 低粘度 使用方便 耐热 耐溶剂 耐酸碱性好 适用期长 储存稳定 主要用途 作螺纹的紧固密封和轴承的装配 对非活性金属 如不锈钢 锌 银等需加入促进剂以加速固化 不宜粘接多孔材料和填充较大缝隙 瞬间胶粘剂 由 氰基丙烯酸酯单体和少量稳定剂 增韧剂等组成优点 常温常压下迅速固化 合适条件下不到一分钟 黏度低 组分简单 无溶剂 不用配料 使用时 被粘物表面不需特殊处理 能满足工业自动化流水线的需要 毒性小 因而应用范围广 还用于医疗方面的粘结 缺点 不适宜于大面积和多孔材料的粘接 脆性大 耐久性差 价格贵502胶 医用为504胶 3 4聚氨酯胶黏剂 主链上含有氨基甲酸酯基 NHCOO 和异氰酸酯基 NCO 的胶黏剂 简称聚氨酯胶黏剂 俗名 乌利当 是近年来发展最快的胶黏剂之一 异氰酸酯不但能和多羟基化合物反应生成氨基甲酸酯 还可以和其他具有 活性氢 的化合物反应生成各种相应的化学链节 从而改变聚氨酯的链节结构和性能 有目的地引入各种链节和基团 改变高聚物性能 因此聚氨酯类高聚物有 可缝制的高聚物 之称 R NCO R OH RNHCOOR 氨基甲酸酯 2R NCO H2O RNHCONHR CO2取代脲 R NCO R NH2 R NHCONHR 伯胺取代脲 由于结构中含有极性基团 NCO 它们与含有活泼氢的材料 如泡沫塑料 木材 皮革 织物 纸张 陶瓷等多孔材料和金属 玻璃 橡胶 塑料等表面光洁的材料都有着很强的化学粘接力 而聚氨酯胶黏剂与被粘接材料之间产生的氢键作用会使粘接更加牢固 聚氨酯胶黏剂还具有韧性可调节性 粘接工艺简单 极佳的耐低温性能 耐冲击 震动 疲劳性好 耐油耐溶剂 耐磨 绝缘 可粘接多种材料 缺点 耐热 耐水 耐湿热 耐强酸碱性差 主要原料是甲苯二异氰酸酯 有些人严重过敏 使用甲苯二异氰酸酯封端的低聚体 二聚体 三聚体 3 6橡胶基弹性胶黏剂 氯丁橡胶是主力军 以氯丁橡胶 Polychloroprene 为主体材料制成的胶粘剂称为氯丁 橡胶 胶粘剂 氯丁橡胶是由氯丁二烯以乳液聚合方法而得 氯丁橡胶经溶剂溶解就可以配制成氯丁橡胶胶粘剂 加入各种配合剂 如树脂 硫化剂 促进剂 防老剂 填料等 特点 1 初始粘力大 经适当晾置 接触后能瞬时结晶 2 粘接强度高 强度建立的速度很快 3 对多种材料都有较好的粘接性 也有 万能胶 之称 4 耐大气老化性好 优良的防燃性 耐光性 抗臭氧性 5 胶层柔韧 弹性良好 耐冲击与振动 6 耐介质性好 耐油 耐水 耐碱 耐酸 耐溶剂性能 7 可以配成单组分 使用方便 价格低廉 缺点 溶液型氯丁橡胶胶粘剂稍有毒性 贮存稳定性差 容易分层 凝胶 沉淀 耐热性较差 耐寒性不佳 最近 以氯丁胶为粘接材料的包括笔记本计算机 iPod 遥控器等 3 7有机硅胶黏剂 可分为两大类 以有机硅树脂为基料和以硅橡胶为基料硅树脂是以硅 氧键为主链的立体结构 加人固化剂 填料和有机溶剂混配制成有机硅胶黏剂 一般需要在加压 470MPa 高温 200 270 下固化 可用于高温下非结构部件如金属 合金 陶瓷及复合材料的粘接及密封 螺钉的固定以及云母层压片的粘接等 所得胶接件可在 60 1200 温度范围内使用 而硅橡胶则是一种线型的以硅 氧键为主链的高分子量弹性体 它们必须在固化剂及催化剂的作用下才能缩合成为有若干交联点的弹性体 单组分室温硫化硅橡胶 端羟基聚二甲基硅氧烷 填料 交联剂 偶联剂 催化剂 固化剂 甲基三乙酰氧基硅烷 脱酸 甲基三甲氧基硅烷 脱甲醇 硅橡胶胶黏剂优点 优良的耐紫外线 耐臭氧 耐化学介质和耐潮湿很好的热稳定性和低温柔韧性 缺点 强度低主要用于电子工业中的灌封 电器元件连接部位和接头处的密封 以防止灰尘和潮气等的侵害 还可作建筑工程的防水密封材料 室温硫化型的主要产品牌号有703 704 3 8复合型胶 一般来讲 合成树脂基胶黏剂强度较高 但脆 橡胶基弹性胶黏剂韧性好 强度低复合型胶黏剂综合其优点胶黏剂改性 增强 橡胶类 增韧 环氧 酚醛 改性酚醛树脂胶黏剂 缺点 脆性大 剥离强度不高 需加热固化 收缩率大 颜色深 有酚类气味 固化时会释放水 酚醛 丁腈橡胶胶粘剂由酚醛树脂和丁腈混炼胶溶于溶剂中而制得的 这种胶韧性好 耐油 耐水 耐冲击 能在 60 150 的宽范围温度下长期使用 是一种应用比较普遍的结构胶 在低温 中温下的剥离强度较高 可达1 7 2 8Pa 用于冲击和剥强度要求高的结构件的粘接 热熔胶 指使用时受热在熔融条件下进行涂布浸润被粘物 经冷却固化和结晶成型而产生粘接强度的无溶剂胶黏剂 乙烯 醋酸乙烯共聚物 EVA 粘合剂特点 快速粘合 强度高 耐老化 无毒害 热稳定性好 胶膜韧性用途 木材 塑料 纤维 织物 金属 家具 灯罩 皮革 工艺品 玩具电子 电器元器件 纸制品 陶瓷 珍珠棉包装等互粘固体 能普遍为工厂 家庭使用硅烷封端聚氨酯密封胶 SPUR 3 0压敏胶 PSA presssensitiveadhere特点 粘性强力持久 仅用指压即可粘附 不需要任何能量源激活 有足够的能力束缚被粘物 有足够的内聚强度 使其能够从被粘物上干净的去除 当压敏胶施加到被粘物上时 人们期望在很小或无压力作用下胶黏剂在被粘物表面自由铺展 初粘性要求 具有液体的特性 当剥离或悬挂重物时人们期望胶黏剂能抵抗这些力 要求较大的内聚力 应具有固体的特性 于是 高分子粘弹性正好满足 短时间固体 长时间液体 要求初粘性 抗剥离 抗剪切基体成分主要三类 天然橡胶基 丙烯酸脂 苯乙烯嵌段增黏剂 松香 等 使产生初粘力 加入增黏剂会使PSA获得初粘性能 过多时呈刚性失去初粘性 提高增黏剂的含量 会改善PSA的抗剥离性能 高剥离速率下 增黏剂提高刚性 低剥离速率下内聚破坏 中剥离速率下内聚破坏转变为粘附破坏 随速率剥离力增加 高剥离速率下剥离力降低 粘滑破坏 不稳定剥离震荡剥离 提高增黏剂的含量 会降低PSA的剪切保持功率 低剪切速率下 高温 时温等效 增黏剂起到增塑作用 高剪切速率下 增黏剂反增塑 提高分子量可提高 3 9无机天然胶黏剂 3 10特种胶黏剂 耐高温 大多为含芳杂环的耐高温聚合物为基料 如聚酰亚胺 聚苯并咪唑 聚苯硫醚 有机硅氧烷 超低温胶 多以聚氨酯及其改性产物为基料 能在 180度以下工作 导电 加导电填料如银粉 铜粉 铝粉 炭黑等 环氧 聚氨酯基料 不能受热 导磁 加导磁铁粉导热 金属粉或其他导热性好的粉料点焊胶 是将金属点焊和粘接技术结合起来运用的先进工艺方法 主要由环氧树脂和改性剂 助剂等制成 分为先点焊后涂胶和先涂胶后点焊两类 在汽车 飞机 坦克制造中用得较多 密封胶 在汽车 飞机 建筑中用得较多 光敏胶 受紫外线照射发生固化反应的胶黏剂 适用于透光材料与金属 塑料的粘接 广泛用于电子工业中的微型电路光刻 第4章粘接技术 在粘接技术中如果要获得良好的粘接效果 首先要求如下的三个良好条件 粘接接头的设计胶粘剂的选用粘接工艺的实施 2 1粘接接头的设计 接头在实际应用中的受力分析 一个好接头与粘接强度密切相关 首先是受力方向和接头之间的关系 粘接接头在实际的工作状态中其受力主要有下列几种基本类型 剪切 均匀扯离 不均匀扯离和剥离 实验证明一般情况下 胶粘剂承受剪切和均匀扯离的作用能力比承受不均匀扯离和剥离作用的能力大得多 1 剪切外力平行于粘接面 这种受力形式的接头最常用 因为它不但粘接效果好而且简单易行 易于推广应用 2 均匀扯离有时也称为拉伸 作用力垂直作用在粘接平面 应力均匀分配 高强度结构胶拉伸强度可达到58 8MPa 3 不均匀扯离均匀扯离在实际使用中是很难碰到的 一旦外力方向偏斜 就产生严重的应力集中 主要集中在边缘的区域内 接头容易破坏 这种类型的接头 其承载能力很低 一般只有理想的均匀扯离强度的1 10左右 4 剥离或撕离两种薄的软质材料受扯离作用时 称为撕离 两种刚性不同的材料受扯离作用时 称为剥离 粘接试件受扯离作用时 应力集中在胶缝的边缘附近 而不分布在整个粘接面上 这种情况称为剥离或撕离 高强度环氧胶实验 铝合金搭接接头 剪切强度很高 但横向负载能力不高 这样接头就不能用在受横向负载较大的结构构件上 粘接玻璃钢 板材 剪切强度比较低 搭接接头是不合适 粘接车刀 钻头等受力大的部件 采用简单的平面对接 即使是高强度结构胶粘剂 剪切强度达49MPa 仍然要失败 如改变接头形式 采用套接 嵌接等使应力的很大部分由金属被粘物本身去承担 就可能成功 如图 例子 接头设计的基本原则 1 胶粘剂的拉伸剪切强度较高 设计接头尽量承受拉伸和剪切负载 板材搭接接头承受剪切负载的是比较理想的 保证粘接面上应力分布均匀 尽量避免剥离和劈裂负载 剥离和劈裂破坏通常是从胶层边缘开始 在边缘处采取局部加强或改变胶缝位置的设计都是切实可行的 最理想的办法是各种局部的加强 如平面粘接的防剥措施如图2 4所示 接头设计的基本原则 2 在允许的范围内 尽量增加粘接面的宽度 搭接 增加宽度能不增大应力集中系数的情况下增大粘接面积 提高接头的承载力 木材或层压制品的粘接要防止层间剥离 在承受较大作用力的情况下 如果采用粘掊 可采用复式胶粘剂的选择 美观 利于加工 常用的几种接头形式 1 平板接头的形式 几种接头相对强度比较 常用的几种接头形式 2 角接和T型接头形式 常用的几种接头形式 3 管材 棒材接头形式 常用的几种接头形式 4 复合连接形式 胶铆和胶螺 两种类型 先胶后铆或螺 接头强度较高 但应选柔韧性较好的胶粘剂 先钻好孔 粘接后再铆接 最后固化 这时不需另加压 位置准确 但胶层的厚薄不易控制 常用的几种接头形式 4 复合连接形式 两种类型 先涂胶后点焊 对胶要求较低 用固化时无须加压的 先点焊后灌胶 对胶的要求较苛刻 粘度低 又不能太低 胶焊复合连接工艺近几年来发展很迅速 特别在航空工业更为突出 由于这种工艺对胶粘剂的特殊要求 致使又发展了一类新胶种 点焊胶 胶焊复合连接 测试结果 点焊44 1MPa粘接63 7MPa粘接点焊73 5MPa 复合连接方式其连接接头强度绝不是两个连接强度的简单叠加 如图 点焊试样比单纯点焊有更高的疲劳强度 2 2胶粘剂的选择 不存在能满足所有材料 所有应用条件的万能胶粘剂 判定哪些性能或条件是最重要的 哪些是不那么重要的 只有了解粘接件所要求的全部信息以及粘接条件 才能决定选哪种胶粘剂 或是设计和制造一种新胶粘剂 或是不能采用胶粘剂 当几种化学成分完全不同的胶粘剂 都可以满足一种粘接接头的物理性质方面的要求时 要注意 额外的增益常常是牺牲了另外性质的结果 或者增加了成本 不要超规格使用有粘剂 因为片面的追求高指标 将有可能导致粘合件的可靠性不足 实践是检验真理的唯一标准 选择胶粘剂的因素 1 被粘物材料的种类 性质 大小和硬度 2 被粘物的形状结构和工艺条件 致密 多孔 新 旧表面 形状复杂 3 胶接件使用环境 承受的负荷和形式 温湿度 酸碱 光照 气体 耐久性 一般热固性胶黏剂强度较高 4 特殊要求如导电 导热 耐高温和耐低温 5 成本 低档 尖端产品 强度件 功能件 机械化 被粘物材料的性质特点 1 金属 表面氧化膜处理后 容易胶接 线膨胀系数相差大 胶接部位因水作用易产生电化学腐蚀 2 橡胶 塑料 极性越大 胶接效果越好 表面往往有脱模剂或其它游离出的助剂 妨碍胶接效果 3 木材 属多孔材料 易吸潮 引起尺寸变化 可能因此产生应力集中 抛光比表面粗糙的木材胶接性能好 4 玻璃 微观表面是凹凸不平 胶粘剂湿润性要好 si o 表面层易吸附水 玻璃极性强 极性胶粘剂易与表面发生氢键结合 形成牢固粘接 玻璃易脆裂而且又透明 胶黏剂的特点1 强度 0良好 中等 差 1 增加橡胶型胶粘剂的强度 通常采用的办法是引入极性基团或者加入极性较大的树脂 例如 天然橡胶或丁苯橡胶胶粘剂可以通过橡胶的氯化 使粘接强度大大提高 在氯丁橡胶胶粘剂中添加45 的叔丁基酚醛树脂后 对棉帆布的粘接强度可提高40 270 2 对酚醛树脂 环氧树脂等脆性胶粘剂来说 增加粘接强度的办法是减小内应力 或者增加韧性 例如a 改性环氧树脂柔韧性 环氧 聚硫 环氧 聚酰胺 环氧 胺固化剂 b 改性酚醛柔韧性 酚醛 聚酰胺 酚醛 聚醋酸乙烯酯 酚醛 环氧 橡胶改性酚醛因剥离强度高 很有使用价值 但剪切强度相对低些 胶黏剂的特点2 耐热 耐高温胶粘剂通常具有刚性的高分子结构 很高的软化温度和稳定的化学基团 胶黏剂的特点3 低温 环氧 尼龙胶粘剂在 73 c的低温范围强度最高 尼龙柔性 在液氮温度 196 C 时 与聚氨酯相差很小 在液态氢温度 253 c 下 新型聚氨酯胶粘剂强度最高 环氧 酚醛的低温强度和高温性能都相当好 酚醛 缩醛胶粘剂低温强度较高 但其强度随温度降低而减小 胶黏剂的特点4 湿气和浸水 湿气通过两种方式影响粘接强度 水解丧失强度和硬度 严重时液化 尤其是聚氨酯 水还会渗入胶层 取代粘接界面的胶粘剂 普通存在 水解的速率取决于胶粘剂基料的化学结构 催化剂类型 用量 以及胶粘剂的柔性 酯 氨酯 酰胺和脲 能被水解 酯键水解速率最快 在大多数情况下 以酰胺固化的环氧树脂的水解稳定性比酸酐固化的好 2 3粘接工艺 选定了合适的胶粘剂 制备了可靠的粘接接头 还需有合理的粘接工艺 才能实现最后的粘接目的 粘接工艺与粘接质量关系极大 虽然比较简单 却是粘接成败的关键 粘接工艺包括粘接件表面处理 胶粘剂的调配 涂胶 固化 清理 检查等步骤 一 被粘接材料的表面处理 作用主要有三个方面 去污及疏松质层 提高表面能 增加表面积 具体包括 表面清洗 机械处理 化学处理 偶联剂处理等过程根据要求 采取全过程 也可采取其中一 两个 表面清洗 除去油垢和灰尘等 金属粘接件常带有油层和污垢 常用有机溶剂 汽油 丙酮等 清洗 或碱洗 金属铝镁 机械处理 喷砂 钢丝刷 砂纸打磨 对黏度高的胶黏剂有一定程度不适合 化学处理 强度要求高的情况 或者难粘的材料 1 金属表面常用化学法 酸蚀去锈 铬酸氧化等 处理 重要的铝质结构件的被粘表面 需用阳极氧化法处理 2 氟塑料等难粘材料表面 可采用化学溶液侵蚀法 辐射接枝 等离子法处理 火焰处理等 二 胶粘剂的涂布 刷涂法 方便 不精确 不能流水作业 最常用辊涂法 生产效率高喷涂法 均匀 薄层 黏度要低 有溶剂 采用静电场喷涂可节省胶粘剂和改善劳动条件 流涎 浸胶 刮涂 胶膜一般用手工敷贴 采用热压粘贴可以提高贴膜质量 注意控制 涂胶量和涂覆遍数 胶层厚度 均匀 适时粘接 三 胶粘剂的固化 压力 压力 使胶粘剂更容易充满被粘体表面上的坑洞 甚至流入深孔和毛细管 减少粘接缺陷 也促使被粘体表面上的气体逸出 减少粘接区的气孔 对粘度较小的胶粘剂 加压时会过度地流淌 应待粘度较大时再施加压力 对较稠的或固体的胶粘剂 必需施加压力 常需适当升温 以降低胶粘剂的稠度或使之液化 例如 绝缘层压板的制造 飞机旋翼的成型都是在加热加压下进行 固化方法分两种 室温固化法是将胶粘剂涂布于被粘表面 待胶粘剂润湿被粘物表面并且溶剂基本挥发后 压合两个涂胶面即可 加热固化法是将热固性树脂胶粘剂 酚醛树脂 环氧树脂 酚醛 丁腈 环氧 尼龙等胶粘剂 涂布于被粘表面上 待溶剂挥发后叠合涂胶面 然后加热加压使胶粘剂交联固化以达到粘接目的 三 胶粘剂的固化 温度 加热固化时 必须严格控制胶缝的实际温度 保证满足胶粘剂固化温度要求 工业上常用的固化设备有三种 热压机 由加热平板传递压力和热量 用于平面零件 热压罐 由空气传递热量和压力 适用于大型复杂制品 固化专用夹具 适用于特定部件的粘接固化 固化时间温度对环氧胶强度的影响 三 胶粘剂的固化 时间 五 工艺控制 粘接工艺质量很难从外观判断 关键在于加强全面工艺过程管理 控制影响粘接质量的一切因素 其中包括 粘接环境条件控制 温度 湿度 含尘量等 胶粘剂质量控制 复验 存放及使用管理等 测量仪器及设备控制 压力仪表 固化设备等 粘接工序控制 四 粘接质量控制 粘接部位在使用中所发生的破坏现象是对粘接质量的最终检验 粘接件破坏有四种一般的形式 应选择合理的粘接工艺 尽量实现内聚破坏或被粘物破坏 六 粘接质量检验 包括目测 破坏性试验 主要是力学性能测试 和无损检验 力学性能测试 是对粘接件重要的检验 对工艺控制试样和制品抽样 需通过破坏性检测 来考核粘接质量 包括 粘接基本性能 拉伸 剪切 剥离 冲击及疲劳强度等 使用性能 耐介质 高低温交变 加速老化及耐候性能等 作承力结构的粘接件还需进行多种静 动力承载试验 张力场 轴压稳定 结构振动及疲劳寿命等 无损检验 即用仪器探测粘接接头质量缺陷的方法 无损检验方法很多 有利用声阻仪 谐振仪和涡流声仪的声振检验法 全息照相法 X射线照相法 超声检验法 热学检验法等 第3章胶粘剂性能测试 3 1胶粘剂主要性能指标 1 贮存期 storagelife shelflife 2 适用期 potlife workinglife 同义词 使用期 3 固体含量 solidscontent 同义词 不挥发物含量 4 耐化学性 chemicalresistance 胶接试样经酸 碱 盐类等化学品作用后仍能保持其胶接性能的能力 5 耐溶剂性 solventresistance 经溶剂作用后6 耐水性 waterresistance 经水分或湿气作用后7 耐烧蚀性 ablationresistance 抵抗高温火焰及高速气流冲刷的能力 8 耐久性 permanence durability 长期保持其性能的能力9 耐候性 weatherresistance 抵抗日光 冷热 风雨盐雾等气候条件的能力 10 胶接强度 bondingstrength 使胶接中的胶粘剂与被粘物界面或其邻近处发生破坏所需的应力 11 湿强度 wetstrength 试样浸泡后测得的胶接强度 12 干强度 drystrength 试样干燥后测得的胶接强度 13 剪切强度 shearstrength 在平行于胶层的载荷作用下 胶接试样破坏时 单位胶接面所承受的剪切力mpa14 拉伸剪切强度 平行于胶接界面层的轴向的拉伸载荷mpa 15 拉伸强度 tensilestrength 垂直于胶层的载荷作用mpa16 剥离强度 peelstrength 在规定的剥离条件下 使胶接试样分离时单位宽度所能随的载荷 kn m17 冲击强度 impactstrength 胶接试样随冲击负荷而破坏时 单位胶接面所消耗的最大功 j18 弯曲强度 bendingstrength 胶接试样在弯曲负荷作用下破坏或达到规定挠度时 单位胶接面所承受的最大载荷mpa 胶粘剂的物化性能测试 1 外观 测定胶液的均匀性 状态 颜色和是否有杂质 2 密度 用密度瓶测定液态胶粘剂的密度 3 粘度 用涂 4粘度计 秒 和旋转粘度计 Pa S 进行测试 4 固化速度 研究胶粘剂固化条件的重要数据 3 2剪切和抗拉强度 1 剪切强度 胶接头在单位面积上能承受平行于胶接面的最大负荷 分为拉伸剪切 压缩剪切 扭转剪切和弯曲剪切 2 剪切强度的测试方法 A 单搭接拉伸剪切强度测试 铝片单面搭接方法最常用 测定时应不少于5对 取其算术平均值并观察破坏特征 B 压缩剪切强度测试 用于厚的非金属板材的胶接 3 胶接头抗剪强度的因素 应力集中 A 被粘物和胶粘剂的影响 被粘物的模量和厚度越大 则应力集中系数越小 胶接头的抗剪强度越大 胶粘剂模量高 应力集中严重 胶接头的抗剪强度就越小 B 胶粘剂层厚度的影响 胶层越厚应力集中系数越小 然而内部缺陷呈指数关系增加 由温度变化引起收缩应力和热应力 使抗剪强度下降 胶层太簿就容易造成缺胶 均匀的簿胶层厚度最好控制在0 03 0 15mm之内 C 搭接长度的影响 应力集中系数随着搭接长度的增加而增加 接头的抗剪强度下降 剪切和抗拉强度 抗拉强度是指胶接头在单位面积上所能承受垂直于胶接面的最大负荷 影响抗拉强度的因素 接头的应力集中在胶接边缘上 当边缘应力集中达到一个临界值以上 边缘区胶层发生开裂 裂缝瞬间扩展到整个胶接面 3 3剥离强度 1 剥离强度 当应力集中在试片胶缝边缘时的拉伸强度 刚性材料 如金属 与柔性材料如橡胶 织物胶接时 需测定剥离强度 2 剥离强度的测试方法 T 型 90度 180度剥离 3 影响剥离强度的因素 胶接头 线受力 的应力分布剥离强度随剥离角度的增加而迅速下降 当剥离角接近90度后剥离强度就趋于一个定值 胶层越厚 胶接强度就越低 但不能太薄 3 4冲击强度 持久强度 耐水强度 1 冲击强度 2 持久强度 又称蠕变性能 指胶粘剂固化后及反抗恒定负荷随时间作用的能力 其实验时间均需在103H以上 3 耐水强度检测方法 人工加速老化实验法a恒温水浸实验 在沸水浸泡和250度水浸一定时间后测其胶接强度 b高低温周期交变实验 选定一个低温和高温 在此温变范围内升降温度 控制升降温度的速度 测试胶接头的强度 由于受到不断循环交变的应力作用而使胶头产生疲劳以至被破坏 即对胶接头重复施加一定载荷至规定次数引起破坏的应力 循环次数为107次 疲劳强度S与疲劳寿命的关系 S A KtgNA K为常数疲劳寿命N与温度的关系 tgN A B TA B为常数应力复变的频率对疲劳强度的影响 tgN tgb mtgfb m为常数 f为频率因此 疲劳强度随频率减少而有所降低 3 5疲劳强度 3 6结构胶的无损检测方法 常规无损检测方法有 超声检测UltrasonicTesting 缩写UT 射线检测RadiographicTesting 缩写RT 磁粉检测MagneticparticleTesting 缩写MT 渗透检验PenetrantTesting 缩写PT 涡流检测EddycurrentTesting 缩写ET 非常规无损检测技术有 声发射AcousticEmission 缩写AE 泄漏检测LeakTesting 缩写UT 光全息照相OpticalHolography 红外热成象InfraredThermography 微波检