胶接基础知识-文档资料

1、包装工程本科专业方向课包装工程本科专业方向课胶合材料学胶合材料学结论结论通过机械方式（胶钉）产生胶接力；胶钉越多，胶粘剂通过机械方式（胶钉）产生胶接力；胶钉越多，胶粘剂渗透得越深，孔隙填充得越满，胶接强度就越高渗透得越深，孔隙填充得越满，胶接强度就越高对多孔性材料的胶接贡献显著，但对非孔性材料的胶接贡献不显著对多孔性材料的胶接贡献显著，但对非孔性材料的胶接贡献不显著形成胶钉的关键：液体（流动性）；足够的固体含量形成胶钉的关键：液体（流动性）；足够的固体含量局限性：不能解释许多胶接现象，如孔隙多（表面粗糙）的木材的局限性：不能解释许多胶接现象，如孔隙多（表面粗糙）的木材的 胶接胶接 强度比孔隙少

2、（表面致密）的木材的胶接强度低强度比孔隙少（表面致密）的木材的胶接强度低固体表面由于范德华力的作用能吸附液体和气固体表面由于范德华力的作用能吸附液体和气体，这种作用即为物理吸附。而它是胶粘剂与体，这种作用即为物理吸附。而它是胶粘剂与被胶接材料间牢固结合的普遍性原因被胶接材料间牢固结合的普遍性原因 分散：液体胶粘剂分子，借助于布朗运动向被胶接材料表面扩散，分散：液体胶粘剂分子，借助于布朗运动向被胶接材料表面扩散， 使二者所有的极性基团或链节相互靠近。加强布朗运动的措施有：使二者所有的极性基团或链节相互靠近。加强布朗运动的措施有： 升温、加压、降低粘度等。升温、加压、降低粘度等。 吸附力的产生：当

3、分子间距吸附力的产生：当分子间距 5 51010-10-10m m时，两种分子便产生吸附时，两种分子便产生吸附 作用，并使分子间距进一步缩短，达到能处于最大稳定状态的距作用，并使分子间距进一步缩短，达到能处于最大稳定状态的距 离，从而完成胶接作用。离，从而完成胶接作用。结论结论5范德华力偶极力：极性分子间的引力，即偶极距间的相互作用力。式中： 偶极矩R距离；T绝对温度K波尔兹曼常数KTRuuEk622213221,uu诱导偶极力：由于受到极性分子电场的作用而产生的。式中： 分子极化率； 偶极矩（永久，诱导）6222211RuauaED21,aa21,uu色散力：非极性分子间的作用力。式中： 分

4、子电离能621212123RaaIIIIEL21, II互相抵消在范氏力中在范氏力中起主要作用起主要作用胶粘剂与被胶接材料表面间的距离是产生胶接力的必要条件胶接体系内分子接触区（界面）的稠密程度是决定胶接强度的主要因素物质的极性有利于获得高胶接强度，但过高会妨碍湿润过程的进行胶粘剂湿润被胶接材料的表面产生物理吸附7n2.1.3 扩散理论扩散理论链状分子所组成的胶粘剂，涂刷到被胶接材料的表面，在胶液的作用下表面溶胀或溶解。由于胶粘剂的分子链或链段的布朗运动，使分子链或链段从一个相进到另一个相中，二者互相交织在一起，使它们之间的界面消失，变成一个过渡区（层），最后在过渡区形成相互穿透的高分子网络结

5、构，从而得到很高的胶接强度。 溶解度参数相近 扩散对某些胶接制品的剪切强度不高，而剥离强度很高的成功解释。网络结构过网络结构过渡区的形成渡区的形成8n2.1.4 化学键胶接理论化学键胶接理论胶接作用主要是化学键力作用的结果；胶粘剂与被粘物分子间胶接作用主要是化学键力作用的结果；胶粘剂与被粘物分子间产生化学反应而获得高强度的主价键结合，化学键包括离子键、产生化学反应而获得高强度的主价键结合，化学键包括离子键、共价键和金属键，在胶接体系中主要是前二者。化学键力比分子共价键和金属键，在胶接体系中主要是前二者。化学键力比分子间力大得多间力大得多化学吸附化学吸附发生条件发生条件发生化学反应，形成化学键发

6、生化学反应，形成化学键 机械砂磨 电晕 等离子体 化学药剂9RCHRCH2 2OH + HOOH + HO木质材料木质材料 RCHRCH2 2OO木质材料木质材料 + H+ H2 2O ORCHRCH2 2OH + HOOH + HO纤维素纤维素 RCHRCH2 2OO纤维素纤维素 + H+ H2 2O ORCHRCH2 2OH + HOOH + HO木素木素 RCHRCH2 2OO木素木素 + H+ H2 2O O化学键将被胶接材料和固化的胶粘剂层理想化为电容器，即在胶接将被胶接材料和固化的胶粘剂层理想化为电容器，即在胶接接头中存在双电层，胶接力主要来自双电层的静电引力。静接头中存在双电层，

7、胶接力主要来自双电层的静电引力。静电引力的产生是相电引力的产生是相1 1电荷场相电荷场相2 2电荷场相互作用的结果。电荷场相互作用的结果。成功地解释了粘附功与剥离速度有关的实验事实 静电引力（成膜温度，形成连续的胶膜热熔胶粘剂：热塑性高聚物，加热熔融、流动，湿润被胶接物表面，冷却硬化热固性胶粘剂：体型结构的高聚物，固化凝胶化：凝胶化：多官能团的原料或预聚体在进行化学反应的过程中，随着分子量增大的同时还进行着分子链的支化和交联，当反应达到一定程度时，反应体系开始出现不溶、不熔凝胶的现象。凝胶时间（固化时间）：凝胶时间（固化时间）：胶粘剂发生凝胶（固化）所需的时间，是胶粘剂一项重要的工艺性能指标，

8、它取决于胶粘剂中官能团的反应活性、官能团原料的官能度和浓度。值得注意：值得注意：在使用热固性胶粘剂时，在一定的时间范围内，延长固化时间和提高固化温度并不等效，即降低固化温度难以用延长固化时间来补偿，降低固化温度往往要以牺牲树脂的理化性能为代价。关键：形成连续胶膜关键：形成连续胶膜一般认为获得最好的胶接强度和刚性，胶层的厚度在胶层不缺胶的情况下，应尽量地薄。因为： 薄胶层变形需要的力比厚胶层大； 随着胶层厚度的增加，流变或蠕变的几率变大； 胶层越厚，由膨胀差引起的界面内应力与热应力大； 坚硬的胶粘剂，胶接界面在弯曲应力作用下，薄胶层的断裂强度比厚胶层的高； 胶层越厚，气泡及其它缺陷的数量增加，早

9、期破坏的几率增加。UF胶接阔叶材：木材比重0.8时，胶接强度与比重几乎无关。间苯二酚甲醛树脂胶接所有针、阔叶材：胶接强度随木材比重的增加而提高。一般来说，纤维方向的角度越大，胶接强度越低，如用PF胶接时，木材纤维方向互相垂直的胶接强度仅是纤维互相平行的1/4。海田金松实验式：22cossinPQPNP-纤维方向互相平行的胶接强度Q-纤维互相垂直的胶接强度N-纤维互成角度的胶接强度 木材抽提成分对胶粘剂的湿润、渗透、固化等木材抽提成分对胶粘剂的湿润、渗透、固化等过程都会产生复杂的影响。一般来说，抽提成过程都会产生复杂的影响。一般来说，抽提成分多的木材，难以充分被胶粘剂所湿润，胶接分多的木材，难以

10、充分被胶粘剂所湿润，胶接强度就差。强度就差。措施：可预先对木材进行物理或化学的处理，措施：可预先对木材进行物理或化学的处理，除去抽提成分，从而改善湿润状况，提高胶接除去抽提成分，从而改善湿润状况，提高胶接强度。强度。胶接结构胶接结构的耐久性的耐久性胶接界面粘附作用的耐久性胶层耐久性被胶接材料的耐久性 水的作用原理（对胶接界面的作用）水的作用原理（对胶接界面的作用） 体积小、极性强的水分子很容易沿着亲水物质向体积小、极性强的水分子很容易沿着亲水物质向胶接界面渗透，破坏界面的氢键，从而减弱胶粘剂分胶接界面渗透，破坏界面的氢键，从而减弱胶粘剂分子与被胶接材料表面间的作用力，导致胶接强度下降。子与被胶

11、接材料表面间的作用力，导致胶接强度下降。即界面解吸理论。即界面解吸理论。 水对胶层的作用水对胶层的作用 一是水分子破坏胶粘剂分子间的氢键和其它次价一是水分子破坏胶粘剂分子间的氢键和其它次价键，对胶粘剂产生增塑作用，从而降低胶粘剂的力学键，对胶粘剂产生增塑作用，从而降低胶粘剂的力学性能和物理性能性能和物理性能 二是胶粘剂的化学键被水解，引起胶粘剂的降解二是胶粘剂的化学键被水解，引起胶粘剂的降解 如蛋白胶、如蛋白胶、UFUF胶等的水解胶等的水解升高温度，胶粘剂的热氧化加速，胶接强度下降的升高温度，胶粘剂的热氧化加速，胶接强度下降的速度随之加快，尤其是在氧气存在条件下，降解与速度随之加快，尤其是在氧

12、气存在条件下，降解与交联反应更快。交联反应更快。通常，有机高聚物胶粘剂的热分解温度比热氧化分通常，有机高聚物胶粘剂的热分解温度比热氧化分解温度高解温度高50-10050-100度左右。度左右。胶粘剂的热稳定性与其所含化学键的键能关系很大，胶粘剂的热稳定性与其所含化学键的键能关系很大，故应尽量在高聚物分子主链中减少或避免易氧化的故应尽量在高聚物分子主链中减少或避免易氧化的化学键和基团，如将脂环、芳香环或一些杂环引入化学键和基团，如将脂环、芳香环或一些杂环引入到高聚物胶粘剂的分子主链上，是改进胶粘剂热稳到高聚物胶粘剂的分子主链上，是改进胶粘剂热稳定性的主要途径。定性的主要途径。由于一些材料（如木材

13、）是各向异性的多孔性材由于一些材料（如木材）是各向异性的多孔性材料，其胶接结构的吸水或排水都会引起膨胀或收缩，料，其胶接结构的吸水或排水都会引起膨胀或收缩，从而产生收缩或膨胀应力；此外，在环境温度变化从而产生收缩或膨胀应力；此外，在环境温度变化的情况下，也会产生热应力。所有这些应力的存在的情况下，也会产生热应力。所有这些应力的存在都会使胶接结构的耐久性降低。都会使胶接结构的耐久性降低。同时，应力的存在也会加速湿热老化和热老化。同时，应力的存在也会加速湿热老化和热老化。热固性酚醛树脂、苯酚热固性酚醛树脂、苯酚- -间苯二酚甲醛树脂、间苯二酚甲醛树脂、胺基酚醛树脂胺基酚醛树脂 聚醋酸乙烯乳液聚醋酸

14、乙烯乳液 三聚氰胺甲醛树脂、血粉胶、环氧树脂三聚氰胺甲醛树脂、血粉胶、环氧树脂 三聚氰胺尿素甲醛树脂三聚氰胺尿素甲醛树脂 脲醛树脂、大豆蛋、白胶、干酪素胶脲醛树脂、大豆蛋、白胶、干酪素胶胶接破坏强度：单位胶接面积或单位长度上所能承受的最大载荷。在脆性固体内存在着固有的缺陷，在外力作用下缺陷周围产生应力集中并造成微小的裂缝，裂缝不断扩展,引起整个胶接结构的破坏。外应力和内应力的共同作用，造成局部应力集中，当局部应力集中超过局部强度时，缺陷将扩展成裂缝，进而导致胶接发生破坏。57n2.5.2 胶接破坏类型胶接破坏类型（1） （1 1）被胶接物破坏）被胶接物破坏（2 2）内聚破坏）内聚破坏（3 3）

15、胶接界面破坏）胶接界面破坏（4 4）混合破坏）混合破坏湿润性：液体对固体的亲和性，一般用液体对固体表面的接湿润性：液体对固体的亲和性，一般用液体对固体表面的接触角（触角（）来表示。一般情况下，两者间的接触角越小，固体）来表示。一般情况下，两者间的接触角越小，固体就容易被液体湿润，其胶接强度就越高。就容易被液体湿润，其胶接强度就越高。胶粘剂的湿润性是吸附和扩散的前提条件，也是达到良好胶胶粘剂的湿润性是吸附和扩散的前提条件，也是达到良好胶接的必要条件。接的必要条件。胶粘剂的湿润性是由热力学条件和动力学条件所决定的。胶粘剂的湿润性是由热力学条件和动力学条件所决定的。影响因素：胶粘剂的性质、被胶接材料

16、表面的结构与状态及影响因素：胶粘剂的性质、被胶接材料表面的结构与状态及胶接过程中的工作条件等因素。胶接过程中的工作条件等因素。表表2-12-1：胶粘剂的表面张力值（：胶粘剂的表面张力值（mN/mmN/m）表表2-22-2：胶粘剂接触角（：胶粘剂接触角（）nPK /分子量是很重要的参数，它对胶接结构的一系列性分子量是很重要的参数，它对胶接结构的一系列性能起着决定性的作用。分子量应在适度范围内为宜，能起着决定性的作用。分子量应在适度范围内为宜，如如UFUF的分子量以的分子量以400-600400-600为好。为好。分子量分布：即使分子量相同，而分子量的分布不分子量分布：即使分子量相同，而分子量的分

17、布不同，其胶粘剂的性能也会有较大的差别。同，其胶粘剂的性能也会有较大的差别。聚合物分子量（聚合度）对内聚力的影响：聚合物分子量（聚合度）对内聚力的影响：聚合度为时，聚合物的抗张强度；聚合度为无限大时的抗张强度；与聚合物特性有关的常数；数均聚合度。KnPkpKeFFPkK ,剥离强度；聚合度；常数。胶粘剂的胶粘剂的PHPH值与胶粘剂的固化时间、适用期以及胶层值与胶粘剂的固化时间、适用期以及胶层的的PHPH值等密切相关，其最终也影响到胶接强度和耐久值等密切相关，其最终也影响到胶接强度和耐久性。如强酸或强碱都会使被胶接材料发生降解。性。如强酸或强碱都会使被胶接材料发生降解。在生产实际中，必须注意胶粘

18、剂的在生产实际中，必须注意胶粘剂的PHPH值与被胶接材料值与被胶接材料PHPH值之间的配合（如桉树与值之间的配合（如桉树与UFUF胶）。胶）。酪蛋白胶、大豆胶引起的是碱性污染，常温固化酪蛋白胶、大豆胶引起的是碱性污染，常温固化PFPF是是由于酸性导致对木材的劣化，强碱性的水泥与混凝土由于酸性导致对木材的劣化，强碱性的水泥与混凝土会导致酸性固化的脲醛树脂产生胶接不良等。会导致酸性固化的脲醛树脂产生胶接不良等。胶粘剂的极性在一定程度内可有助于胶接强度的提胶粘剂的极性在一定程度内可有助于胶接强度的提高，但过多地强调胶粘剂的极性，反而会降低胶接高，但过多地强调胶粘剂的极性，反而会降低胶接强度，这是因为

19、胶粘剂的极性过强会妨碍湿润过程强度，这是因为胶粘剂的极性过强会妨碍湿润过程的进行。的进行。纤维素、木材、酚醛树脂、脲醛树脂、聚酯树脂、甘油、水、玻璃、金属氧化物等橡胶、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、尼龙、石蜡、金属、醚、苯等一般，热固性树脂胶粘剂的粘度：与固体含量、缩一般，热固性树脂胶粘剂的粘度：与固体含量、缩合度成比例关系。合度成比例关系。粘度对胶性能的影响：无直接关系，但粘度对胶性能的影响：无直接关系，但粘度过低，加压时易透胶、缺胶，胶接不良；粘度过低，加压时易透胶、缺胶，胶接不良；涂饰性能：喷胶、淋胶等粘度要低，辊涂粘度应涂饰性能：喷胶、淋胶等粘度要低，辊涂粘度应高，但不宜过高，否则流动性差，不

20、易形成均匀的高，但不宜过高，否则流动性差，不易形成均匀的胶层。胶层。 胶接强度和耐水性胶接强度和耐水性 胶接强度：使胶接件中胶粘剂与被胶接强度：使胶接件中胶粘剂与被胶接物界面或邻近处发生破坏所需要的应力。胶接制品的使胶接物界面或邻近处发生破坏所需要的应力。胶接制品的使用环境和使用目的不同，对胶粘剂的强度和胶接强度也有不用环境和使用目的不同，对胶粘剂的强度和胶接强度也有不同的要求。一般要求胶接强度稍高于被胶接物的强度和胶粘同的要求。一般要求胶接强度稍高于被胶接物的强度和胶粘剂的强度。剂的强度。 耐水性：胶接件经水分或湿气作用后能保持其胶接性能耐水性：胶接件经水分或湿气作用后能保持其胶接性能的能力

21、。分室内、外、包装等。的能力。分室内、外、包装等。 胶接耐久性：胶粘剂和胶接制品的耐久性决定了制品的使胶接耐久性：胶粘剂和胶接制品的耐久性决定了制品的使用寿命。用寿命。 胶接制品的毒性：对室内使用的胶粘剂更为重要，应为低胶接制品的毒性：对室内使用的胶粘剂更为重要，应为低毒或无毒。毒或无毒。 胶粘剂的固体含量和粘度：它们是决定胶接质量的重要因胶粘剂的固体含量和粘度：它们是决定胶接质量的重要因素。决定着施胶量、施胶的均匀性、胶液的流动性和渗透性、素。决定着施胶量、施胶的均匀性、胶液的流动性和渗透性、施胶方法、施胶设备及胶接的工艺条件等，最终决定胶接的施胶方法、施胶设备及胶接的工艺条件等，最终决定胶

22、接的质量。质量。 胶粘剂适用期：是指配制后的胶粘剂所能维持其可用性能胶粘剂适用期：是指配制后的胶粘剂所能维持其可用性能的时间，与固化时间和的时间，与固化时间和PHPH值相关。在人造板生产中，一般要值相关。在人造板生产中，一般要求胶粘剂的固化时间尽可能短，而适用期尽可能长。与其形求胶粘剂的固化时间尽可能短，而适用期尽可能长。与其形态（粉状或液状）有关。态（粉状或液状）有关。 固化条件和固化时间：随胶种或配方和制造工艺的不同而固化条件和固化时间：随胶种或配方和制造工艺的不同而不同。固化条件主要有固化温度、压力、材料含水率、材料不同。固化条件主要有固化温度、压力、材料含水率、材料性质及材料尺寸等。固

23、化温度和时间主要是指胶粘剂通过化性质及材料尺寸等。固化温度和时间主要是指胶粘剂通过化学反应或物理变化形成高胶接强度所要求的温度和时间（如学反应或物理变化形成高胶接强度所要求的温度和时间（如UFUF、PFPF）。）。 瓦楞纸箱瓦楞纸箱 纸桶和纸盒纸桶和纸盒 纸袋纸袋 纸品纸品 硬纸板盒硬纸板盒 书籍装订书籍装订纸质包装在商品包装中占40%以上，如日本49%，美国42%以上，我国用于包装的纸和纸板约占其总量的40%左右。 钉合：如钉书针，简便，强度较钉合：如钉书针，简便，强度较高，但易锈蚀，部分国家已禁用。高，但易锈蚀，部分国家已禁用。 胶带纸接合：如胶带封箱，容器胶带纸接合：如胶带封箱，容器两边

24、无需接头，节约部分原料，但两边无需接头，节约部分原料，但影响外观。（打包带）影响外观。（打包带） 胶粘剂接合：适应机械化生产，胶粘剂接合：适应机械化生产，采用最多（如瓦楞纸箱封合）采用最多（如瓦楞纸箱封合）酸性材料酸性材料 纤维素（纸）纤维素（纸） 聚氯乙烯聚氯乙烯 聚丙烯腈聚丙烯腈 丁腈橡胶丁腈橡胶 硝化纤维硝化纤维碱性材料碱性材料 聚乙酸乙烯聚乙酸乙烯 聚丙烯酸酯聚丙烯酸酯 醇酸树脂醇酸树脂 聚酯聚酯纸质包装用纸质包装用胶粘剂胶粘剂 淀粉淀粉 骨胶骨胶 干酪素干酪素天然胶粘剂天然胶粘剂水基胶粘剂水基胶粘剂压敏胶粘剂压敏胶粘剂热熔胶粘剂热熔胶粘剂 PVAc乳液乳液 VAE乳液乳液 乙酸乙烯乙

25、酸乙烯-丙烯酸酯共聚乳液丙烯酸酯共聚乳液 改性橡胶乳液改性橡胶乳液 合成橡胶乳液合成橡胶乳液 PVA 聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺 橡胶型（天然、再生、氯丁橡胶型（天然、再生、氯丁橡胶等）橡胶等） 聚乙烯基醚聚乙烯基醚 聚乙烯聚乙烯 EVA树脂树脂 氯乙烯共聚物氯乙烯共聚物 聚酰胺聚酰胺 甲基丙烯酸酯甲基丙烯酸酯 丙烯酸树脂丙烯酸树脂表表 纸用胶粘剂的应用与分类纸用胶粘剂的应用与分类表表 纸用胶粘剂的应用与分类（续表）纸用胶粘剂的应用与分类（续表）粘料：胶粘剂配方中，使两被胶接物结合在一起时起主要粘料：胶粘剂配方中，使两被胶接物结合在一起时起主要作用的成分。要求粘料具有良好的粘附作用、湿润性和相容作用

26、的成分。要求粘料具有良好的粘附作用、湿润性和相容性。性。固化剂和促进剂：使胶粘剂发生固化或促进胶粘剂固化的固化剂和促进剂：使胶粘剂发生固化或促进胶粘剂固化的物质。物质。填充剂（填料）：降低胶粘剂固化过程中的体积收缩率或填充剂（填料）：降低胶粘剂固化过程中的体积收缩率或赋予胶粘剂某些性能的物质。它有增粘、降低收缩应力和热赋予胶粘剂某些性能的物质。它有增粘、降低收缩应力和热应力、补强及其它作用（如降游甲、延适用期等）。应力、补强及其它作用（如降游甲、延适用期等）。增韧剂：能够增进胶粘剂的抗冲击、伸长率及降低开裂等增韧剂：能够增进胶粘剂的抗冲击、伸长率及降低开裂等缺陷的物质。一般可与胶粘剂中的粘料起

27、反应。缺陷的物质。一般可与胶粘剂中的粘料起反应。增塑剂：能够增进固化体系塑性、提高胶粘剂弹性和耐增塑剂：能够增进固化体系塑性、提高胶粘剂弹性和耐寒性的物质。一般不能与胶粘剂中的粘料起反应，不同与寒性的物质。一般不能与胶粘剂中的粘料起反应，不同与树脂混溶。树脂混溶。偶联剂：使胶粘剂与难胶接材料的表面连接起来或提高偶联剂：使胶粘剂与难胶接材料的表面连接起来或提高两者间作用力的物质。两者间作用力的物质。稀释剂：降低胶粘剂的粘度、增加其渗透能力、改进工稀释剂：降低胶粘剂的粘度、增加其渗透能力、改进工艺性能的物质。分活性和非活性两种。艺性能的物质。分活性和非活性两种。其它组分：如防老化剂、防腐剂、增粘剂、阻聚剂、阻其它组分：如防老化剂、防腐剂、增粘剂、阻聚剂、阻燃剂等。燃剂等。 按胶粘剂的固化方式分：按胶