第六章 黏合剂

1、第六章第六章 胶黏剂胶黏剂一、概述1.1.概念：填充于两个物体之间能将其连接在一起并概念：填充于两个物体之间能将其连接在一起并具有足够强度的一类物质，称为粘合剂，简称胶。具有足够强度的一类物质，称为粘合剂，简称胶。2.2.分类分类 由于品种繁多，性能各异，用途不同，没由于品种繁多，性能各异，用途不同，没有统一方法有统一方法(1)(1)按来源分按来源分 可分为天然胶粘剂和合成胶粘剂。可分为天然胶粘剂和合成胶粘剂。 所谓天然胶粘剂，就是其组成的原料主要来自天所谓天然胶粘剂，就是其组成的原料主要来自天然，如虫胶、然，如虫胶、 动物胶、淀粉、糊精和天然橡胶等。动物胶、淀粉、糊精和天然橡胶等。 所谓合成

2、胶粘剂，就是由合成树脂或合成橡胶为所谓合成胶粘剂，就是由合成树脂或合成橡胶为主要原料配制而成的胶粘剂，如环氧树脂、酚醛主要原料配制而成的胶粘剂，如环氧树脂、酚醛树脂、氯丁橡胶和丁腈橡胶等。树脂、氯丁橡胶和丁腈橡胶等。淀粉淀粉(2)(2)按用途分按用途分 可分为通用胶粘剂和专用胶粘剂。可分为通用胶粘剂和专用胶粘剂。 在专用胶粘剂中又分为金属用、木材用、玻璃用、陶瓷用、在专用胶粘剂中又分为金属用、木材用、玻璃用、陶瓷用、橡胶用和聚乙烯泡沫塑料用等多种胶粘剂。橡胶用和聚乙烯泡沫塑料用等多种胶粘剂。(3)(3)按粘接强度分按粘接强度分 可分为结构胶粘剂和非结构胶粘剂。可分为结构胶粘剂和非结构胶粘剂。

3、结构胶粘剂的特点在于不论用于什么粘接部位，均能承受结构胶粘剂的特点在于不论用于什么粘接部位，均能承受较大的应力。在静载荷情况下，这类胶粘剂的抗剪强度就较大的应力。在静载荷情况下，这类胶粘剂的抗剪强度就到达到达7MPa7MPa，并具有较好的不均匀扯离强度和疲劳强度。，并具有较好的不均匀扯离强度和疲劳强度。 非结构胶粘剂不能承受较大的载荷，原则上用于粘接较小非结构胶粘剂不能承受较大的载荷，原则上用于粘接较小的零件或者在装配工作中作临时固定之用。的零件或者在装配工作中作临时固定之用。中高级轿车（中高级轿车（Audi A6Audi A6）上）上结结构胶构胶粘接的分布粘接的分布 适用于轻质材料在室内的适

4、用于轻质材料在室内的非结非结构胶黏剂构胶黏剂 (4)(4)按胶粘剂固化温度分按胶粘剂固化温度分 可分为室温固化胶粘剂、中温固可分为室温固化胶粘剂、中温固化胶粘剂和高温固化胶粘剂。化胶粘剂和高温固化胶粘剂。 所谓室温固化胶粘剂，就是在室温下，通常是在所谓室温固化胶粘剂，就是在室温下，通常是在3030以以下能固化的胶粘剂。下能固化的胶粘剂。 所谓中温固化胶粘剂，就是在所谓中温固化胶粘剂，就是在30309999能固化的胶粘剂。能固化的胶粘剂。 所谓高温固化胶粘剂，就是在所谓高温固化胶粘剂，就是在100100以上能固化的胶粘以上能固化的胶粘剂。剂。(5)(5)按胶粘剂固化以后胶层的特性分按胶粘剂固化以

5、后胶层的特性分 可分为热塑性胶粘剂可分为热塑性胶粘剂和热固性胶粘剂。和热固性胶粘剂。 热塑性胶粘剂为线性结构，一般通过溶剂挥发、熔体冷热塑性胶粘剂为线性结构，一般通过溶剂挥发、熔体冷却和乳液凝聚的方式实现固化。其胶层受热软化，遇溶却和乳液凝聚的方式实现固化。其胶层受热软化，遇溶剂可溶，凝聚强度较低，耐热性能较差。剂可溶，凝聚强度较低，耐热性能较差。 热固性胶粘剂为网状体形结构，受热不软化，遇溶剂不热固性胶粘剂为网状体形结构，受热不软化，遇溶剂不溶解，具有较高的凝聚强度，而且耐热、耐介质腐蚀、溶解，具有较高的凝聚强度，而且耐热、耐介质腐蚀、抗蠕变。其缺点是冲击强度和剥离强度低。抗蠕变。其缺点是冲

6、击强度和剥离强度低。(6)(6)按胶粘剂基料物质分按胶粘剂基料物质分 可分为树脂型胶粘剂、橡胶型胶粘可分为树脂型胶粘剂、橡胶型胶粘剂、无机胶粘剂和天然胶粘剂等。剂、无机胶粘剂和天然胶粘剂等。(7)(7)按其它特殊性能分按其它特殊性能分 可分为可分为导电胶粘剂导电胶粘剂、导磁胶粘剂和点、导磁胶粘剂和点焊胶粘剂等焊胶粘剂等导电胶粘剂导电胶粘剂导磁胶粘剂导磁胶粘剂点焊胶粘剂点焊胶粘剂环氧导磁胶导磁胶 基料基料 固化剂固化剂 稀释剂稀释剂 增塑剂增塑剂 填充剂填充剂 防老剂防老剂 其他助剂如热稳定剂，光稳定剂，抗氧剂，分散其他助剂如热稳定剂，光稳定剂，抗氧剂，分散剂，络合剂，偶联剂剂，络合剂，偶联剂二

7、、胶粘剂的组成二、胶粘剂的组成 （1 1）基料）基料 概念概念：胶粘剂的主要成膜物质，是胶层的骨架，为最基本、不：胶粘剂的主要成膜物质，是胶层的骨架，为最基本、不可缺少的材料，它决定着胶层的性能可缺少的材料，它决定着胶层的性能 基料按结构和性质基料按结构和性质分为分为：树脂型聚合物，弹性体，活性单体，：树脂型聚合物，弹性体，活性单体，共聚物，无机物共聚物，无机物（2 2）固化剂）固化剂 概念概念：可使胶粘剂中单体或低聚物转化：可使胶粘剂中单体或低聚物转化成具有特定物理力学性能的高聚物的物质，成具有特定物理力学性能的高聚物的物质，选用固化剂品种及用量是制备胶粘剂过程选用固化剂品种及用量是制备胶粘

8、剂过程中极重要的一环。中极重要的一环。选择原则选择原则：低毒，无色，无味，反应平稳低毒，无色，无味，反应平稳多功能团的品种能提高耐热性多功能团的品种能提高耐热性分子链较长可赋予胶层良好韧性和耐低温分子链较长可赋予胶层良好韧性和耐低温性能性能聚氨酯聚氨酯弹性体弹性体 固化剂固化剂（3 3）稀释剂）稀释剂 为提高胶粘剂的润湿能力，提高胶液的流平性，提高粘接强度而方便为提高胶粘剂的润湿能力，提高胶液的流平性，提高粘接强度而方便施工加入的溶剂如烃类，酮类，酯类，卤烃类，醇醚类及强极性的砜类和施工加入的溶剂如烃类，酮类，酯类，卤烃类，醇醚类及强极性的砜类和酰胺类。酰胺类。选择原则：极性：极性决定溶解能力

9、，遵照溶解度相近原则选择原则：极性：极性决定溶解能力，遵照溶解度相近原则 挥发性：易挥发挥发性：易挥发 可燃性、毒性：难燃，低毒可燃性、毒性：难燃，低毒（4 4）增塑剂）增塑剂：对塑料具有分子链间隔离作用，能屏蔽其活性基团，减弱分：对塑料具有分子链间隔离作用，能屏蔽其活性基团，减弱分子间作用力，降低玻璃化温度与熔融温度，改善胶层脆性的物质子间作用力，降低玻璃化温度与熔融温度，改善胶层脆性的物质（5 5）填料）填料：可改变胶层性能，降低胶粘剂成本，基本上不与基料反应的一：可改变胶层性能，降低胶粘剂成本，基本上不与基料反应的一类物质，填料能增加其粘接强度、硬度、耐热性及尺寸稳定性，降低固化类物质，

10、填料能增加其粘接强度、硬度、耐热性及尺寸稳定性，降低固化收缩率和线膨胀系数，有些特定填料还能赋予胶层导电性、导热性等特定收缩率和线膨胀系数，有些特定填料还能赋予胶层导电性、导热性等特定性能。性能。常用填料：金属粉，金属氧化物，陶土等天然矿粉，玻璃纤维，植物纤维常用填料：金属粉，金属氧化物，陶土等天然矿粉，玻璃纤维，植物纤维等等三、胶粘剂的粘附机理三、胶粘剂的粘附机理粘接力的产生粘接力的产生（1 1）共价键结合共价键结合 如异氰酸酯基的胶料与含活性胺的被粘物如异氰酸酯基的胶料与含活性胺的被粘物之间采用这种方式：之间采用这种方式： RH+OCNR/RCONHR/RH+OCNR/RCONHR/（2

11、2）分子间力分子间力 粘接力的主要部分，分子间力有范得华力粘接力的主要部分，分子间力有范得华力（取向力、诱导力、色散力）和氢键，取向力、诱导力与分子（取向力、诱导力、色散力）和氢键，取向力、诱导力与分子极性有关，色散力与分子变形有关，胶粘剂基料分子中存在极极性有关，色散力与分子变形有关，胶粘剂基料分子中存在极性基团、电负性大的原子，大多是高分子化合物，固化后分子性基团、电负性大的原子，大多是高分子化合物，固化后分子间力很大。间力很大。（3 3）静电引力静电引力 在金属和非金属粘接体系（或具有供电子体在金属和非金属粘接体系（或具有供电子体和受电子体性质物质）由于电子转移，产生界面接触电势，形和受

12、电子体性质物质）由于电子转移，产生界面接触电势，形成双电层，产生界面静电引力。成双电层，产生界面静电引力。（4 4）机械作用力（摩擦力）机械作用力（摩擦力） 被粘材料具有毛糙、多孔特征被粘材料具有毛糙、多孔特征时，这种作用起决定作用（如自行车修补轮胎）。时，这种作用起决定作用（如自行车修补轮胎）。 各种粘接力产生因素中，分子间力普遍存在于所有粘接体各种粘接力产生因素中，分子间力普遍存在于所有粘接体系中系中 。 粘附现象的理论解释粘附现象的理论解释（1 1）吸附理论吸附理论： 粘接作用是胶粘剂与被粘物在界面上互相吸附产生的，这种吸粘接作用是胶粘剂与被粘物在界面上互相吸附产生的，这种吸附主要是分子

13、间力，粘接时粘液首先向被粘物扩散，使二者极性基附主要是分子间力，粘接时粘液首先向被粘物扩散，使二者极性基团或链节相互靠近，当近到一定距离（团或链节相互靠近，当近到一定距离（0.51 nm0.51 nm）产生吸附作用，）产生吸附作用，并使分子间距离进一步缩短到能处于最大稳态的距离，因此极性胶并使分子间距离进一步缩短到能处于最大稳态的距离，因此极性胶粘剂与极性被粘材料、非极性胶在非极性材料之间充分润湿时才能粘剂与极性被粘材料、非极性胶在非极性材料之间充分润湿时才能获得足够粘接强度获得足够粘接强度（2 2）静电理论静电理论：当胶粘剂与被粘物间表面能形成接受电子体系时，：当胶粘剂与被粘物间表面能形成接

14、受电子体系时，形成的双电层间静电引力能使二者结合起来。形成的双电层间静电引力能使二者结合起来。（3 3）扩散理论扩散理论：胶粘剂与被粘物之间具有相溶性时，在良好润湿：胶粘剂与被粘物之间具有相溶性时，在良好润湿紧密接触的同时，由于分子或链段的相对运动而产生互相穿越（扩紧密接触的同时，由于分子或链段的相对运动而产生互相穿越（扩散）现象，使界面消失并产生过渡区，形成牢固的接头。散）现象，使界面消失并产生过渡区，形成牢固的接头。胶粘剂的固化胶粘剂的固化通过适当方法使胶层由液态变成固态的过程。通过适当方法使胶层由液态变成固态的过程。热溶胶的固化：加热熔化，涂胶粘合，冷却固化。热溶胶的固化：加热熔化，涂胶

15、粘合，冷却固化。溶液型胶粘剂的固化：溶剂挥发固化。溶液型胶粘剂的固化：溶剂挥发固化。乳液型固化乳液型固化: :乳液中水分渗透到被粘物中挥发，浓度变大，因表乳液中水分渗透到被粘物中挥发，浓度变大，因表面张力作用使胶粒凝聚固化。面张力作用使胶粒凝聚固化。反应型固化：基料中存在活性基团，在固化剂、引发剂及其他物反应型固化：基料中存在活性基团，在固化剂、引发剂及其他物理条件下基料发生聚合、交联等化学反应而固化。理条件下基料发生聚合、交联等化学反应而固化。固化剂固化：环氧树脂，聚氨酯类。固化剂固化：环氧树脂，聚氨酯类。催化剂固化：酚醛树脂、脲醛树脂，酸催化。催化剂固化：酚醛树脂、脲醛树脂，酸催化。引发剂

16、引发固化：第二代丙烯酸酯结构胶，不饱和聚酯胶等引发剂引发固化：第二代丙烯酸酯结构胶，不饱和聚酯胶等。四、常用胶粘剂介绍四、常用胶粘剂介绍 1 环氧树脂胶粘剂环氧树脂胶粘剂 主要由环氧树脂、固化剂、稀释剂、增塑剂、填充剂主要由环氧树脂、固化剂、稀释剂、增塑剂、填充剂等组成。具有很好的粘接强度和耐环境性能，电绝缘性能等组成。具有很好的粘接强度和耐环境性能，电绝缘性能优良，品种繁多，是应用极广的合成胶粘剂，能粘合多种优良，品种繁多，是应用极广的合成胶粘剂，能粘合多种材料，俗称材料，俗称万能胶万能胶。 机理：结构中含有脂肪族羟基、醚基和很活泼的环氧机理：结构中含有脂肪族羟基、醚基和很活泼的环氧基，羟基

17、、醚基的高极性使环氧树脂分子与相邻界面产生基，羟基、醚基的高极性使环氧树脂分子与相邻界面产生较强的电磁引力（静电理论），环氧基团与介质表面游离较强的电磁引力（静电理论），环氧基团与介质表面游离基反应形成化学键（共价键理论）基反应形成化学键（共价键理论） 环氧树脂胶粘剂具有较高的内聚强度和很好的粘接力。环氧树脂胶粘剂具有较高的内聚强度和很好的粘接力。 2 酚醛树脂胶粘剂酚醛树脂胶粘剂 由酚醛树脂、固化剂、改性剂组成，性能优良，价廉易由酚醛树脂、固化剂、改性剂组成，性能优良，价廉易得，广泛应用于木制品粘接，电木制造等行业。得，广泛应用于木制品粘接，电木制造等行业。 3 3 脲醛树脂和三聚氰胺甲醛树

18、脂胶粘剂脲醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂胶粘剂 4 4 三聚氰胺三聚氰胺- -甲醛树脂胶粘剂甲醛树脂胶粘剂五、胶粘剂的性能测定五、胶粘剂的性能测定1 1 物理性能测定物理性能测定a a 外观外观 了解胶液的均匀程度，含机械杂质等。了解胶液的均匀程度，含机械杂质等。b b 相对密度相对密度 c c 粘度粘度 常用旋转粘度计，测定一定量胶液（装满粘度计）特常用旋转粘度计，测定一定量胶液（装满粘度计）特定温度下从粘度计底部小孔中自然流出的时间。定温度下从粘度计底部小孔中自然流出的时间。d d 含固量测定含固量测定 采用加热挥发至恒重。采用加热挥发至恒重。e e 酸值测定酸值测定 PHPH法，酸碱滴定法和电位差法。法，酸碱滴定法和电位差法。f f 适用期测定适用期测定 胶粘剂各组分混合均匀到能维持可用性能的时间。胶粘剂各组分混合均匀到能维持可用性能的时间。g g 储存期测定储存期测定 原理同上，只能作相对比较。原理同上，只能作相对比较。2 2 力学性能测定力学性能测定剪切强度剪切强度 ：胶液承受煎切应力时单位面积上的最大破坏负荷：胶液承受煎切应力时单位面积上的最大破坏负荷拉伸强度：拉伸应力拉伸强度：拉伸应力 剥离应力：应力集中在试片胶缝边缘的一种抗拉强度剥离应力：应力集中在试片胶缝边缘的一种抗拉强度冲击强度：胶粘剂试样在冲击负荷下达到破坏时单