01chap4合成胶粘剂.ppt

1 精细化工概论A FineChemicalEngineering 2 第四章胶粘剂 Adhesives 3 内容 第一节概述第二节热固性树脂胶粘剂第三节热塑性树脂胶粘剂 4 第一节概述 一 定义凡是能将同种或不同种固体材料胶接在一起的媒介物质统称为胶粘剂 广泛用于纸张 木材 金属 塑料 纤维 橡胶 水泥 陶瓷 玻璃等及其相互粘结 5 优点 容易实现不同材质物件的连接粘接结构质量轻连接缝密封性良好施工方便 缺点 粘接强度不够高耐热性和耐寒性有限易老化失效 胶接的特点 6 二 分类 1 按化学组成 合成胶天然胶 无机胶 有机胶 7 通用胶 特种胶 金属 塑料 织物 纸品 制鞋 木工 建筑 汽车 飞机 电子原件等用胶 导电胶 导磁胶 耐高温胶 减振胶 半导体胶 牙科用胶 外科用胶等 2 按用途 8 3 按胶接强度 结构胶粘剂 非结构胶粘剂 用于受力结构件的连接 能够长期承受规定应力和环境作用的胶粘剂 环氧树脂 酚醛树脂 用于飞机结构部件粘接的环氧 丁腈型胶粘剂 适用于非受力结构胶接的胶粘剂 如热塑性树脂 合成橡胶胶粘剂等 9 4 按胶的形态 溶液型 酚醛 环氧胶等乳液型 白乳胶 丁苯胶乳膏状 糊状型 密封胶固体型 粉状 粒状 块状 热熔胶膜状 带状型 不干胶 10 5 按固化 cure 方式 溶剂挥发型 PVAc 丁苯橡胶反应固化型 室温或加热反应后固化 酚醛 环氧等 热熔冷硬化 将固体胶粘剂加热熔融后粘结 冷却固化 EVA热熔胶 压敏粘接 压敏胶带辐射固化 紫外光固化胶 11 三 组成及其作用 基料 binder 填料 filler 溶剂或稀释剂 solvent diluent 助剂 12 三 组成及其作用 助剂固化剂 curingagent 增塑剂 plasticizer 增韧剂偶联剂 couplingagent 13 1 基料 binder 定义 起粘结作用并赋予机械强度的主要成分 种类 合成或天然树脂 合成橡胶 无机物等 聚合物的分子量和分子量分布 流变性 极性 结晶性等影响胶粘剂的胶接强度 14 15 2 填料 filler 作用 降低热膨胀系数和固化收缩率 提高胶层形状的稳定性提高内聚力 冲击韧性和耐热性改善胶粘剂的流动性和调节粘度 16 胶粘剂常用填料 17 应用玻璃纤维提高冲击强度石英粉 铁粉 瓷粉提高硬度和抗压性石墨粉 滑石粉提高耐磨性氧化铝 钛白粉增加粘合力金属粉提高导热性导电炭黑 银粉或磁粉 用于导电或导磁胶粘剂 18 3 溶剂或稀释剂 solvent diluent 作用调节胶粘剂的粘度 便于施工 延长使用期提高胶的流平性增加胶的润湿性和渗透力 避免胶层厚薄不均 19 3 溶剂或稀释剂 solvent diluent 种类溶剂 非活性稀释剂 不参与固化反应 仅起稀释作用 涂胶后挥发 脂肪烃 芳香烃 醇 酯 酮 醇醚和卤代烃 活性稀释剂除具有溶剂的作用外 还参与固化反应 结合在胶层中 20 4 助剂 固化剂 直接参与化学反应 使低分子量聚合物或线形聚合物交联反应固化成网状体型结构 成为不溶不熔胶层的物质 例如 环氧树脂的固化剂 21 增塑剂 plasticizer 凡添加到聚合物体系中 能使聚合物体系增加塑性的物质可称之为增塑剂 22 增塑剂 plasticizer 作用提高弹性和耐寒性改善胶层刚性 抗冲击性用量 低于20 与基料相容性和持久性好 常用增塑剂 邻苯二甲酸酯类 磷酸酯类等高沸点溶剂 23 增韧剂 作用改进胶粘剂的脆性提高胶层抗冲击强度和伸长率提高柔韧性和耐低温性等常用增韧剂 聚酰胺树脂 不饱和聚酯树脂等 24 偶联剂 couplingagent 常用偶联剂 有机聚硅氧烷偶联剂 25 偶联剂 couplingagent 偶联剂作用机理 分子同时具有极性和非极性部分 同时与极性和非极性物质产生结合力 增加粘接材料与胶粘剂之间的粘接力 提高耐水 耐热等性能 26 环氧树脂胶粘剂 万能胶 27 四 胶接机理 胶粘剂对被粘物表面的润湿胶粘剂分子向被粘物体表面移动 扩散和渗透胶粘剂与被粘材料形成物理 化学和机械结合的粘合力 28 胶粘剂对被粘物表面的润湿 如果90o 180o不润湿 被粘物 胶粘剂 接触角 29 如果0o 90o能润湿 液体 基材 表面润湿 被粘物 胶粘剂 30 如果 0o完全润湿 表面润湿 被粘物 胶粘剂 对被粘物进行表面处理 降低胶液的表面张力和粘度有利于被粘物表面的润湿 31 胶粘剂分子的移动 扩散和渗透 胶粘剂分子热运动向被粘物的分子移动和扩散 使分子间的距离小于1nm 渗透 胶粘剂向被粘物表面空隙渗透 增大接触面积 产生机械结合力 32 胶粘剂与被粘物在界面上的作用力和连接力 化学键力分子间的作用力机械作用力 形成粘合力 33 化学键力共价键 配位键 离子键 金属键 键能大 牢固 聚氨酯 PU 粘结木材 皮革 34 分子间的作用力范德华力和氢键力 作用距离为0 3 0 5nm 环氧树酯胶固化后分子中的羟基 OH 与玻璃 陶瓷 金属氧化层的O原子 35 机械作用力 36 五 粘接工艺 1 胶粘剂的选择 2 胶接接头的设计 3 表面处理4 调胶5 涂胶6 固化 37 被粘物 胶层 粘接接头 38 根据被粘物的性质 1 胶粘剂的选择 39 根据被粘物的性质 1 胶粘剂的选择 40 根据被粘物的性质 1 胶粘剂的选择 41 根据粘接接头的使用环境 粘接强度要求不高 非结构胶粘接强度要求高的结构件 结构胶耐热和抗蠕变 热固性树脂胶冷热交变频繁 韧性好的树脂 橡胶复合型胶耐疲劳 橡胶胶粘剂 42 70 以下 耐低温或超低温胶粘剂 如环氧 聚氨酯胶 聚氨酯胶和环氧 尼龙胶等 100 以下 普通环氧树脂胶 氰基丙烯酸酯胶和氯丁胶 100 200 耐热环氧树脂或酚醛 丁腈胶 200 300 聚酰亚胺胶或聚苯并咪唑胶 使用温度 43 其他条件 经济合理粘接工艺过程的可操作性减少毒害 应用热熔胶 乳液胶 压敏胶等 44 2 粘接接头的设计 粘接接头的受力情况 45 2 粘接接头的设计 拉伸强度大 尽量承受拉伸剪切负载保证胶接面应力分布均匀 避免应力集中增加胶接面的宽度 合理增加胶接面积应尽量保证胶层厚度一致防止层压制品的层间剥离 46 常见粘接接头设计 47 3 被粘物的表面处理除去粘接表面上的污物及疏松层 增加粘接的表面积 提高表面粗糙度 表面清洗 溶剂 汽油 碱及清洗剂超声波 机械处理 砂布打磨 化学处理 金属化学除锈 非极性材料表面处理 聚乙烯 聚四氟乙烯 偶联剂处理 玻璃表面处理 48 4 胶粘剂的调配 调配顺序一般按粘料 稀释剂 增韧剂 填料 固化剂 促进剂顺序调配 加入填料时应事先进行除油和干燥 49 刷胶 最常用 刮胶 一般平面零件 喷胶 薄胶层涂布 浸胶注胶辊胶热熔枪 热熔胶涂布 手工敷 贴胶膜 热压粘贴 提高贴膜质量 涂胶方法 5 涂胶与晾置 50 涂胶遍数环氧胶1遍 一般2 3遍 前遍溶剂基本挥发后 再涂下一遍 涂胶量一般胶接强度和胶层厚度成反比 无机胶0 1 0 2mm 有机胶0 05 0 15mm 胶层应均匀 51 晾置无溶剂胶粘剂无需晾置 溶剂胶胶层中溶剂应充分挥发 以免损害胶接接头的性能 同时注意不要过度 无法粘合 52 6 固化 固化压力胶粘剂固化时 要对胶层施以一定压力 以利于充分浸润 固化温度和时间 温度高时 固化时间短 应由胶粘剂的种类通过实验确定最佳的固化条件 53 六 胶粘剂的性能测试 工艺性能涂布性 流动性使用寿命 适用期 胶粘剂从各组分混合均匀开始 到能维持其可用性能的时间 54 六 胶粘剂的性能测试 物理机械性能外观 状态 粘度 有效贮存期耐介质性能 耐老化性能粘接强度 剪切强度 拉伸强度 剥离强度不均匀扯离强度 55 粘接强度 粘接强度 使胶合制品中的胶粘剂与被粘物界面或其临近处发生破坏所需的应力 单位粘接面积上承受的粘接力 包括 胶层和被粘物的内聚强度胶层与被粘面间的粘附强度 56 粘接破坏类型 粘附破坏 胶层或被粘物界面处发生目视可见的破坏现象 内聚破坏 胶粘剂或被粘物发生目视可见的破坏现象 57 世界合成胶粘剂销售额最高的10家公司 汉高 汽巴精化 阿托 国民淀粉 3M 富乐 Findley Bostik TotalKonishi Morton 占世界总销售额的35 前二十位企业占48 汉高公司年销售额已超过25亿美元 发达国家合成胶粘剂的产量增长率虽然不高 但是销售额增长很快 主要是开发高性能的合成胶粘剂带来的巨大经济效益 七 胶粘剂发展 58 我国胶粘剂概况我国胶粘剂企业750家 1800家 品种3500 400万吨 年 59 木材胶粘剂 酚醛树脂脲醛树脂聚醋酸乙烯酯三聚氰胺甲醛间苯二酚 甲醛氯丁胶 在木材工业上使用胶粘剂约占全部胶粘剂产量60 左右 60 主要用于室内装饰和密封 各种构件 塑料地板 地毯 陶瓷瓦 壁纸等粘贴 建筑胶粘剂 聚醋酸乙烯酯聚丙烯酸酯氯丁胶环氧胶聚酯聚硅烷 在潮湿的条件下 61 航空 航天 一架B 58超音速轰炸机用400kg胶粘剂代替了15万只铆钉 汽车9kg 车 现代汽车必须能在 40一93 C温度范围内良好运行 还要耐温度变化 耐盐水 耐燃油 耐油脂 耐高温 耐振动动 耐洗