被粘材料的表面处理与胶接

1、被粘材料的表面处理与胶接（一）表面特性的影响1、清洁度：金属表面吸附着一层内聚强度低的表面能低的污染层和氧化膜，这将降低胶接强度。一般 地，金属表面干净时，接触很小甚至为零。材料处理后接触随时间而变化，在空气中易受环境气氛的污染， 接触角升高，约5H后接触角趋于稳定。表面处理前后的接触角和胶接强度金属处理方法接触角（度）剪切强度Mpa铝未处理脱脂H2SO4/Na2Cr2O7H2SO4/Na2Cr2O7+高温烘67 67 0 7817.2 19.3 36.3 25.5不锈钢未处理脱脂H2SO4/Na2Cr2O750-75 67 1036.6 44.3 49.7钛未处理脱脂H2SO4/Na2Cr2

2、O750-75 61-71 109.5 22.4 43.22、粗糙度 被粘材料表面用纱布打磨或喷砂处理，适当地将表面粗化均能提高胶接强度。糙化过程去除 原先存在的表面层。形成新的表面层（净化），而且喷砂表面比抛光表面有更大的实际胶接面积，表面太 粗糙反而会降低胶接强度，因为过于粗糙的表面不能将胶粘剂良好侵润，凹处易残面空气对胶接不利胶粘剂重量比固化条件（oC/H）Upa喷砂抛光环氧-聚酰胺70/3074/1658.327.860/4074/1657.734.650/50/74/1659.038.2环氧-DTA100/1060/9685.061.93、表面化学结构 表面的化学组成与结构对被粘材料

3、的胶接性能、耐久性能、热老化性能等都有重要影 响，而表面结构对胶接性能的影响往往是通过改变表面层的内聚强度、厚度、孔隙度、活性和表面能来实 现。用铭酸酸蚀铝表面后，将铝试样侵泡在60OC蒸储水中清洗，很容易在表面生成以AL 2O3.3H2O为主的氧化铝水合物，其内聚强度较低，厚度 >103A,使接头出现破坏，强度大大降低，并且能在铝试片表面观察 到单晶或粉末状图谱以及虹色干涉现象。在热自来水中清洗时，填充效率很低，水合物生成较少，其表面 看不到虹色或单晶图谱，胶接强度较高。因此，要得到高剥离强度，铝表面氧化物应该是无水的。铭酸蚀后清洗条件Mpa破坏类型电子衍射法外观自来水60oC20.6

4、内聚无图谱无色90oC20.0内聚无图谱无色蒸储水60oC6.4粘附单晶图谱虹色90oC5.8粘附粉末状图谱虹色（二）表面处理方法1、溶剂碱液和超声波脱脂法：溶剂脱脂法：常用擦洗法即用无油棉花（脱脂棉）沾溶剂如丙酮、汽油、甲苯等直接擦洗被粘材料表 面。碱液脱脂法：采用热碱液中处理油污表面，如 30-55%磷酸钠（Na4P207）、10-50% NaOH、10-6%Na2CO3或30-85%的碱性硅酸盐。其效果不如碱 性硅酸盐；碱性硅酸盐由NaOH虽是强碱，由于其润湿性能并不太好，又不易漂洗干净，Si02和Na20混合。比例为1： 2时清 洁效果最好；比例为 1:1时，适用于铝材的清洁。超声波脱

5、脂法：一般部件放在功率为20瓦/cm2的超声波中处理20-60秒即可得 到足够清洁表面。2、机械加工：打磨和喷砂砂纸打磨操作简便，但均匀性较差，难以得到相同的重复效果。喷砂法能迅速简便的清除表面的污物，并产生不同粗糙度的表面。3、化学腐蚀法：被粘材料经上述处理后须放在酸液或碱液中进行化学腐蚀处理。这可进一步除去表面上的残留污物， 并使表面生成具有良好内聚强度的活化或钝化氧化层，（严格控制水的纯度）。4、涂底胶法：在处理好的表面上，先涂一层很薄的底胶，以改进胶接性能。5、等离子体法用等离子体法处理 PE、聚丙烯、聚四氟乙烯等难粘材料的胶接强度大大提高，这是因为表面处理后接触角降低，极限表面张力增

6、加，因而改进胶粘剂对其侵润和粘附力材料胶接弓1度（Mpa）材料胶接强度未处理处理后未处理处理后高压PE2.222.0聚酯B4.38.3低压PE2.510.3聚氟乙烯2.09.0尼龙66.027.8聚碳酸酯2.96.5PS4.028.2聚丙烯2.621.7聚酯A3.711.7聚四氟乙烯0.535.3（三）各种材料的表面处理与胶接1金属材料1.1、铝合金：按脱脂 碱液处理一一铭酸酸蚀处理法。溶剂脱脂法只能除去铝表面的污物使表层 的自然氧化变得干净；碱液法除去油污，又将表层自然氧化膜溶解在碱液中，并形成新的氧化膜；酸蚀法处理能溶解表层的自然氧化膜， 并再生成一层致密而坚硬的氧化膜， 膜厚为1-3um

7、, 内聚强度高，吸附力强，因而胶接性能良好，酸蚀处理后的表面常是在自来水中漂洗干净，并出现一层均匀水膜。待擦净并在70° C以下烘干。2Al（OH）3+3H2SO4- Al2（SO） 4+6H2ONa2CrO7+ H2SO> Na2SO4+2CrO3+ H2O2Al+2CrO3 - A12O3+ Cr2O3美国标准处理H2SO4 重铬酸钠溶液配方：Na2CrO7 1 （2.4%）（66-71°C） /10-12 分 浓 H2SO4 10 （22.4%）（66-71°C） /10-12 分 蒸馏水 30 （73.2%）（ 66-71° C） /10-

8、12 分英国标准处理配方： Cr2O3 5% 或 0 （60-65°C） /30 分 Na2CrO7 0 或 7.5% （60-65°C） /30 分 浓 H2SO4 127.3% 或 27.3% 60-65 C° ） /30 分 蒸馏水 67.7% 或 65.5% （60-65 °C） /30 分1.2、碳钢：在潮湿的空气易氧化生成Fe2O3.n H2O.（1）、溶剂脱脂 在浓 HCL1 份和 H2O1 份溶液中室温浸泡5-10min 聚合漂洗干净、擦干 烘干（ 93° C， 10min ）（2）、溶液脱脂一一在Na2CrO7（4份）、浓H2

9、SO4 （10份）和30份蒸储水溶液71-77°C下浸泡10min 其余同（ 1）。（3） 、 溶液脱脂 在硫酸酸钠（30份） 、洗衣粉 （3 份） 和水 （96.7 份） 中于 60-65°C 下浸泡 5-10min 漂洗干净并在 100-105° C 烘干。1.3 、不锈钢（ 1 ）、脱脂后在100 份浓 H2SO4 和 3 份 Na2CrO7 溶液中于60-65°C 下浸泡15min ，洗净烘干。（2）、脱脂后在100 份浓 HCL 、 4 份 H2O2 （30%）、 20份甲醛（ 40%）和 90 份 H2O 中于 65°C 浸泡10分

10、钟。洗净后放在浓 H2SO4 （100份）、Na2CrO7 （10份）和H2O （ 30份）于65°C下浸泡10min, 洗净烘干。（ 3） 脱脂后在浓HCL （2 份），六次甲基四胺（ 5 份）， H2O2（ 1 份）和 H2O（20 份）中于 65-70° C浸泡 10min ，洗净烘干。3.4 、 钛合金：（1） 脱脂后在2.7g H2O2 （50%）、9.6NaOH和 1000mlH2O 中室温处理1-2H ，洗净烘干。（2） 脱脂后在841ml 浓 HCL 、 63ml浓 HF 酸和 89mlH3PO4 中室温浸泡2min ，洗净烘干（82-93°C 下

11、10-15min ）。 选用胶粘剂有环氧、酚醛、聚酰亚胺、聚苯并咪唑等高温胶。3.5 、镁合金：镁合金是很轻的金属，其表面活性大易生成氧化膜。镁较耐碱，但易与甲酯反应，因此脱脂溶剂只能用丙酮、三氯乙烯等。（1）、脱脂后在NaOH （80%）中于60-80°C下浸泡5-10min ,洗净放在1.8份Ca（NO3） 2、24份铭酸、 123 份 H2O 中于室温浸泡5-10min ，洗净烘干。（2）、脱脂后在Cr2O3（17 份 ）、 NaNO3 （20 份）、 105份醋酸和 100份 H2O 中于室温浸泡3min ，洗净烘干。 选用 EPOXY 聚酰胺或 EPOXY 橡胶型胶粘剂。3

12、.6 、 铜： 铜在潮湿环境中易被腐蚀，尤其用乙二胺或DTA 固化的环氧胶对铜的腐蚀作用更大。（ 1） 脱脂后在混合溶液中室温浸泡3min ， 洗净干燥， 立即使用 （混合溶液为浓HCL ： FeCL3 ： H2O=50 ：20： 30）（ 2）脱脂后在溶液HNO3 中浸泡约 15min ， 并擦洗至所有腐蚀处消失至净， 烘干立即使用。 选用 EPOXY 、聚酰胺、有机硅、酚醛、氯丁胶和丁腈胶等。3.7 、锌（ 1 ）脱脂后在HCL （ 6%）中于室温浸泡4min ，洗净干燥立即使用。（ 2）脱脂后在混合溶液中38° C 浸泡5min ，洗净烘干。 （混合溶液为 Na2CrO7 ：浓

13、 H2SO4 ： H2O=1 ：2: 8）,甲环氧、聚胺酯、有机硅、酚醛等胶接。1.1、 子材料1.2、 分子材料难粘的原因：A，表面性能很低，难以完全浸润如硅橡胶。PTFE等。B、表面为非极性的，与胶粘剂之间作用力低。C、表面易吸脂和其他低分子物质，去除困难。D、热膨胀系数较高，易产生热应力。E、材料模量低，在界面易发生应力集中。（选用溶解度参数与被粘材料接近的胶粘剂；表面处理， 以便提高胶接强度）1.3、 氟高聚物（聚四氟乙烯 PTFE）A、钠一一紊一一THF溶液腐蚀法。Rc=18.5dyn/cm将含氟材料表面用细砂纸打磨，丙酮洗涤，晾干于 室温的处理液中浸泡1-15min,此时表面产生一

14、层均匀棕色碳化薄膜（厚度约1um）。取出用丙酮或乙酸洗涤再用水洗净，晾干立即胶接或干燥后存放2-3月内均有良好胶接性能。处理液配制：在三口瓶中放入升华精秦 118-128g,加入去除过氧化物的四氢吠喃 100ml。搅拌溶解后 慢慢加入23-30g钠片，反应1-2H,溶液呈现绿色（在干燥的氮气中进行，严防 O2和潮气影响）。处理液须 在惰性气体和醋酸密封的干燥容器中可保存三个月之久，严防水汽和空气浸入。经处理的PTFE用EPOXY 一一聚酰胺胶胶接，其室温为 11mpa以上（PTFE/AL ）。B熔融的醋酸钾法：在熔融的k+CH3COO-中于320-330 C处理6min ,水洗干燥即可。用有机

15、硅胶、环氧胶、聚氨酯、酚醛一一丁睛胶等粘接长理方法处理条件对水浸润的接触角Mpa温度C时间秒卜处理108钠一氨-70206311.1钠H THF+2010分6211.7醋酸钾+3256分6611.41.4、 聚烷烯烧（聚乙烯和聚丙烯）A、铅酸氧化液配方：Na2CrO7 5 浓 H2SO4 8 H2O 100 PE 极限表面张力为 Rc=31dyn/cm。PE和PP在66-71 C中浸泡1- 5min或80-85 °C处理5-10秒或室温处理1-1.5小时。用环氧胶胶接时全 部是被材料本身内聚破坏。PS可在Na2CrO7 （10份）和浓H2SO4 （90份）的氧化液中处理 3-4min

16、。B、等离子体法：处理时间约 5秒，胶接强度可提高十倍至数十倍，PP经过处理后，T由0.7上升 16.8mpa.o胶接PE:环氧、醋酸乙烯酯一一乙烯共聚物、聚氨酯、有机硅等。胶接PP:环氧一一聚酰胺、丁睛胶、聚氨酯等胶。胶接PS:氯丁胶、氟基丙烯酸醋、聚氨酯、环氧胶等。表面处理法对PE胶接强度的影响狡粘剂未处理砂纸处理化学氧化法等离子体R氧3.213.833.732.6卜酯6.012.327.330.3酚醛-丁睛3.13.97.212.42.4、聚酯和聚碳酸酯聚酯Rc=43dyn/cm ,聚酯表面结晶度高，必须降低结晶度和增加极性，可浸，在20%的NaOH溶液于70-95 C处理10min.聚

17、酯薄膜（洗涤膜）用有机硅、聚氨酯、线型聚醋、聚酰胺、热熔胶等。聚碳酸酯脱脂用砂纸打磨，用环氧、聚氨酯、不饱和聚酯等胶。2.5、 聚酸聚甲醛和氯化物聚酸较难胶接，用丙酮脱脂后，在处理液中使表面活化。Na2CrO7 5浓H2SO4 8 H2O100聚甲醛处理条件为室温 10-20秒；氯化聚醛为65-71 °C下5-10分；聚甲醛用丁睛胶、聚氨酯、环氧和酚醛丁睛胶氯化聚酸用丁睛胶和氯丁胶粘接。2.6、 聚酰胺（1）细砂纸打磨在表面涂刷间甲酚树脂底胶，用环氧胶接；（2）浸泡在80%苯酚水溶液中刷洗然后用水洗净烘干。用丁睛胶、聚氨酯、聚酰胺、环氧、酚醛一一丁睛胶接。2.7、 赛璐璐、聚甲基丙烯

18、酸甲酯、硬质聚氯乙烯经脱脂砂纸打磨即可赛璐璐用丁睛胶、氯丁胶、热熔胶、聚氨酯等胶；聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）：丁睛胶、氯丁胶、环氧等；硬质聚氯乙烯：丁睛胶、氯丁胶、白乳胶、聚过氯乙烯、聚氨酯、环氧胶等。2.8、 聚酰亚胺：用丙酮脱脂，在NaOH溶液5%于60-90 °C下处理1分钟，胶接扯离强度提高15倍以上，采用环氧胶。2.9、 天然橡胶脱脂后用砂纸打磨 ,再用乙醇或汽油擦净或在室温下浸泡浓H2SO4约15-20min ,洗净烘干，用环氧、味喃树脂、氯丁、丁睛、聚氨酯。2.10、 合成橡胶脱脂后用砂纸打磨，放在浓 H2SO4中室温浸泡4-8min,水洗后放入20%氢氧化镂中浸泡5-10min。对于不饱和碳链结构的橡胶，用刚性环氧胶胶接；胶接强度接近或超过橡胶本身内聚强度。如果需要柔软的接头可用环氧 一一聚硫，环氧一一聚酰胺等胶。丁基橡胶：聚氨酯、有机硅胶等；丁苯橡胶：丁睛、聚氨酯、有机硅