21chap4合成胶粘剂ppt课件

1、精细化工概论精细化工概论A AFine Chemical Engineering第四章第四章 胶粘剂胶粘剂Adhesives内容内容第一节概述第一节概述第二节热固性树脂胶粘剂第二节热固性树脂胶粘剂第三节第三节 热塑性树脂胶粘剂热塑性树脂胶粘剂第一节第一节 概述概述一、定义一、定义 凡是能将同种或不同种固体材料胶接在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。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、玻璃等及其相互粘维、橡胶、水泥、陶瓷、玻璃等及其相互粘结。结。优点：容易实现不同材质物件的连接优点：容

2、易实现不同材质物件的连接 粘接结构质量轻粘接结构质量轻 连接缝密封性良好连接缝密封性良好 施工方便施工方便缺陷：粘接强度不够高缺陷：粘接强度不够高 耐热性和耐寒性有限耐热性和耐寒性有限 易老化失效易老化失效胶接的特点胶接的特点二、二、 分分 类类1 1、按化学组成、按化学组成合成胶合成胶天然胶天然胶合成树脂型合成树脂型合成橡胶型合成橡胶型复合型复合型动物胶动物胶植物胶植物胶矿物胶矿物胶热塑性树脂热塑性树脂热固性树脂热固性树脂无机胶无机胶有机胶有机胶通用胶通用胶特种胶特种胶金属、塑料、织物、纸品、制鞋、木工、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。建筑、汽车、飞机、

3、电子原件等用胶。导电胶、导磁胶、耐高温胶、减振胶、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。半导体胶、牙科用胶、外科用胶等。2 2、按用途、按用途3 3、按胶接强度、按胶接强度结构胶粘剂结构胶粘剂非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脂、酚醛树脂、用于飞机结构部件粘接的环氧丁腈型胶粘剂。的环氧丁腈型胶粘剂。适用于非受力结构胶接的胶粘剂。适用于非受力结构胶接的胶粘剂。如热塑性树脂、合成橡胶胶粘剂等如热塑性树脂、合成橡胶

4、胶粘剂等4 4、按胶的形态、按胶的形态溶液型：酚醛、环氧胶等溶液型：酚醛、环氧胶等乳液型：白乳胶、丁苯胶乳乳液型：白乳胶、丁苯胶乳膏状、糊状型：密封胶膏状、糊状型：密封胶固体型粉状、粒状、块状）：热熔胶固体型粉状、粒状、块状）：热熔胶膜状、带状型：不干胶膜状、带状型：不干胶5 5、按固化、按固化cure)cure)方式方式溶剂挥发型：溶剂挥发型： PVAcPVAc、丁苯橡胶、丁苯橡胶反应固化型：室温或加热反应后固化，反应固化型：室温或加热反应后固化， 酚醛、环氧等。酚醛、环氧等。热熔冷硬化：将固体胶粘剂加热熔融后粘热熔冷硬化：将固体胶粘剂加热熔融后粘 结，冷却固化。结，冷却固化。EVAEVA热

5、熔胶。热熔胶。压敏粘接：压敏胶带压敏粘接：压敏胶带辐射固化：紫外光固化胶辐射固化：紫外光固化胶三、三、 组成及其作用组成及其作用n 基料基料 (binder)n 填料填料(filler)n 溶剂或稀释剂溶剂或稀释剂(solvent & diluent)n 助剂助剂三、三、 组成及其作用组成及其作用n 助剂助剂n 固化剂固化剂curing agent）n 增塑剂增塑剂(plasticizer)n 增韧剂增韧剂n 偶联剂偶联剂(coupling agent)1 1、基料、基料(binder)(binder)定义：起粘结作用并赋予机械强度的主要成分。定义：起粘结作用并赋予机械强度的主要成分。

6、种类：合成或天然树脂、合成橡胶、无机物等。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。性等影响胶粘剂的胶接强度。合合成成胶胶粘粘剂剂树树脂脂型型橡橡胶胶型型氯氯丁丁橡橡胶胶、丁丁腈腈橡橡胶胶、丁丁苯苯橡橡胶胶、丁丁基基橡橡胶胶、聚聚 硫硫橡橡胶胶、羟羟基基橡橡胶胶、有有机机硅硅橡橡胶胶、热热塑塑性性橡橡胶胶复复合合型型酚酚醛醛、聚聚乙乙烯烯醇醇缩缩醛醛、酚酚醛醛- -氯氯丁丁胶胶、酚酚醛醛- -丁丁腈腈 橡橡胶胶、环环氧氧- -丁丁腈腈橡橡胶胶、环环氧氧- -聚聚酰酰胺胺、环环

7、氧氧- -酚酚 醛醛、环环氧氧- -聚聚氨氨酯酯热热塑塑性性聚聚醋醋酸酸乙乙烯烯、聚聚乙乙烯烯醇醇、聚聚乙乙烯烯醇醇缩缩醛醛类类 聚聚丙丙烯烯酸酸类类、聚聚酰酰胺胺、聚聚乙乙烯烯类类、纤纤维维素素 类类、饱饱和和聚聚酯酯、聚聚氨氨酯酯、聚聚氯氯乙乙烯烯类类等等热热固固性性尿尿醛醛树树脂脂、蜜蜜胺胺树树脂脂、酚酚醛醛树树脂脂、间间苯苯二二 酚酚甲甲醛醛树树脂脂、环环氧氧树树脂脂、不不饱饱和和树树脂脂、聚聚 异异氰氰酸酸酯酯、聚聚酰酰亚亚胺胺、聚聚苯苯并并咪咪唑唑2 2、填料、填料(filler)(filler)作用：作用：降低热膨胀系数和固化收缩率，提高胶层形状的稳定降低热膨胀系数和固化收缩率，

8、提高胶层形状的稳定性性提高内聚力、冲击韧性和耐热性提高内聚力、冲击韧性和耐热性改善胶粘剂的流动性和调节粘度改善胶粘剂的流动性和调节粘度胶粘剂常用填料胶粘剂常用填料运用运用玻璃纤维提高冲击强度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、滑石粉提高耐磨性石墨粉、滑石粉提高耐磨性氧化铝、钛白粉增加粘合力氧化铝、钛白粉增加粘合力金属粉提高导热性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导电炭黑、银粉或磁粉，用于导电或导磁胶粘剂3 3、溶剂或稀释剂、溶剂或稀释剂(solvent & diluent)(solvent &

9、diluent)作用作用调节胶粘剂的粘度、便于施工、延长使用期调节胶粘剂的粘度、便于施工、延长使用期提高胶的流平性提高胶的流平性增加胶的润湿性和渗透力、避免胶层厚薄不均增加胶的润湿性和渗透力、避免胶层厚薄不均3 3、溶剂或稀释剂、溶剂或稀释剂(solvent & diluent)(solvent & diluent)种类种类溶剂非活性稀释剂）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。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。脂肪烃、芳香烃、醇、酯、酮、醇醚和卤代烃。活性稀释剂活性稀释剂 除具有溶剂的作用外，还参与固

10、化反应，结除具有溶剂的作用外，还参与固化反应，结合在胶层中。合在胶层中。4 4、助剂、助剂固化剂固化剂-直接参与化学反应，使低分子量聚合物直接参与化学反应，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。不溶不熔胶层的物质。例如：环氧树脂的固化剂。例如：环氧树脂的固化剂。增塑剂增塑剂(plasticizer)(plasticizer) 凡添加到聚合物体系中，能使聚合物体系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。增加塑性的物质可称之为增塑剂。增塑剂增塑剂(plasticizer)(plastic

11、izer) 作用作用提高弹性和耐寒性提高弹性和耐寒性改善胶层刚性、抗冲击性改善胶层刚性、抗冲击性用量：低于用量：低于20%20%，与基料相容性和持久性好。，与基料相容性和持久性好。常用增塑剂：邻苯二甲酸酯类、磷酸酯类等高沸点常用增塑剂：邻苯二甲酸酯类、磷酸酯类等高沸点溶剂。溶剂。增韧剂增韧剂 作用作用改进胶粘剂的脆性改进胶粘剂的脆性提高胶层抗冲击强度和伸长率提高胶层抗冲击强度和伸长率提高柔韧性和耐低温性等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。常用增韧剂：聚酰胺树脂、不饱和聚酯树脂等。偶联剂偶联剂(coupling agent)(coupling agent)常用偶联剂

12、：有机聚硅氧烷偶联剂。常用偶联剂：有机聚硅氧烷偶联剂。偶联剂偶联剂(coupling agent)(coupling agent)偶联剂作用机理：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。粘剂之间的粘接力、提高耐水、耐热等性能。 环氧树脂胶粘剂环氧树脂胶粘剂 （万能胶）（万能胶）试剂试剂用量用量,g,g作用作用A A组分组分E51E51环氧树脂环氧树脂1010基料基料石英粉石英粉0.20.2填料填料乙二醇单丁醚乙二醇单丁

13、醚适量适量溶剂或稀释剂溶剂或稀释剂邻苯二甲酸二丁酯邻苯二甲酸二丁酯1 1增塑剂增塑剂B B组分组分三乙烯四胺三乙烯四胺按公式计算按公式计算固化剂固化剂四、胶接机理四、胶接机理n 胶粘剂对被粘物表面的润湿胶粘剂对被粘物表面的润湿n 胶粘剂分子向被粘物体表面移动、扩散和渗透胶粘剂分子向被粘物体表面移动、扩散和渗透n 胶粘剂与被粘材料形成物理、化学和机械结合胶粘剂与被粘材料形成物理、化学和机械结合的粘合力的粘合力 胶粘剂对被粘物表面的润湿胶粘剂对被粘物表面的润湿 假设 90o 180o 不润湿被粘物被粘物胶粘剂胶粘剂 接触角接触角 假设 0o 90o 能润湿 液体液体 基基材材表面润湿表面润湿被粘物

14、被粘物胶粘剂胶粘剂假设 =0o 完全润湿 表面润湿表面润湿被粘物被粘物胶粘剂胶粘剂 对被粘物进行表面处理、降低胶液的表面张力和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。粘度有利于被粘物表面的润湿。 胶粘剂分子的移动、扩散和渗透胶粘剂分子的移动、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分子间的距离小于1nm。浸透胶粘剂向被粘物表面空隙渗透，增大接触浸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。面积，产生机械结合力。 胶粘剂与被粘物在界面上的作用力和连接力。胶粘剂与被粘物在界面上

15、的作用力和连接力。 化学键力化学键力 分子间的作用力分子间的作用力 机械作用力机械作用力 形成粘合力形成粘合力化学键力化学键力共价键、配位键、离子键、金属键，键能大、结实共价键、配位键、离子键、金属键，键能大、结实。RH + OCNRCONH被粘物胶粘剂共价键连接聚氨酯聚氨酯PUPU粘结木材、皮革粘结木材、皮革分子间的作用力分子间的作用力 范德华力和氢键力，作用距离为范德华力和氢键力，作用距离为0.30.30.5nm.0.5nm. 环氧树酯胶固化后分子中的羟基环氧树酯胶固化后分子中的羟基OHOH与玻璃与玻璃、陶瓷、金属氧化层的、陶瓷、金属氧化层的O O原子。原子。机械作用力机械作用力嵌装钩合锚

16、合钉合树根固定各种机械连接的模型五、五、 粘接工艺粘接工艺1.1.胶粘剂的选择胶粘剂的选择 2. 2.胶接接头的设计胶接接头的设计 3. 3.表面处理表面处理 4.4.调胶调胶 5.5.涂胶涂胶 6.6.固化固化被粘物被粘物 胶层胶层粘接接头粘接接头根据被粘物的性质根据被粘物的性质1.1.胶粘剂的选择胶粘剂的选择材料材料表面性状表面性状胶粘剂种类胶粘剂种类金属金属表面致密、坚硬、表面致密、坚硬、极性大极性大强度高的热固性胶粘剂强度高的热固性胶粘剂环氧胶、酚醛胶、聚氨酯胶、丙烯环氧胶、酚醛胶、聚氨酯胶、丙烯酸酯胶、热熔胶、无机胶酸酯胶、热熔胶、无机胶陶瓷、玻璃陶瓷、玻璃表面致密、坚硬、表面致密、

17、坚硬、脆性大脆性大韧性好的室温固化热固性胶韧性好的室温固化热固性胶环氧胶、聚氨酯胶、丙烯酸酯胶环氧胶、聚氨酯胶、丙烯酸酯胶根据被粘物的性质根据被粘物的性质1.1.胶粘剂的选择胶粘剂的选择材料材料表面性状表面性状胶粘剂种类胶粘剂种类木材、纸张、木材、纸张、织物织物多孔易吸收多孔易吸收应用粘度较大的环氧胶、应用粘度较大的环氧胶、白乳胶、脲醛胶、氯丁白乳胶、脲醛胶、氯丁胶、热熔胶等。胶、热熔胶等。皮革、合成革皮革、合成革细孔的极性易挠细孔的极性易挠曲材料曲材料选用柔性或弹性胶粘剂选用柔性或弹性胶粘剂氯丁胶、聚氨酯胶氯丁胶、聚氨酯胶橡胶橡胶弹性大，易挠曲弹性大，易挠曲环氧酰胺胶、氯丁胶、环氧酰胺胶、氯

18、丁胶、聚氨酯胶、丁腈胶聚氨酯胶、丁腈胶根据被粘物的性质根据被粘物的性质材料材料性质性质胶粘剂种类胶粘剂种类热固性塑料热固性塑料环氧胶、酚醛胶、聚氨酯胶、环氧胶、酚醛胶、聚氨酯胶、丙烯酸酯胶丙烯酸酯胶热塑性塑料热塑性塑料环氧胶、酚醛胶、聚氨酯胶、环氧胶、酚醛胶、聚氨酯胶、丙烯酸酯胶、氯丁胶、热熔丙烯酸酯胶、氯丁胶、热熔胶胶聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯聚四氟乙烯非极性难粘接非极性难粘接需经表面处理提需经表面处理提高表面自由能高表面自由能乙烯乙烯- -醋酸乙烯共聚物热熔醋酸乙烯共聚物热熔胶或环氧胶胶或环氧胶1.1.胶粘剂的选择胶粘剂的选择根据粘接接头的使用环境根据粘接接头的使用环境 粘

19、接强度要求不高粘接强度要求不高非结构胶非结构胶 粘接强度要求高的结构件粘接强度要求高的结构件结构胶结构胶 耐热和抗蠕变耐热和抗蠕变热固性树脂胶热固性树脂胶 冷热交变频繁冷热交变频繁韧性好的树脂橡胶复合型胶韧性好的树脂橡胶复合型胶 耐疲劳耐疲劳橡胶胶粘剂橡胶胶粘剂7070以下以下耐低温或超低温胶粘剂，如环氧聚氨酯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；胶、聚氨酯胶和环氧尼龙胶等；100100以下以下普通环氧树脂胶、普通环氧树脂胶、-氰基丙烯酸酯胶和氯氰基丙烯酸酯胶和氯丁胶；丁胶；100100200200耐热环氧树脂或酚醛丁腈胶；耐热环氧树脂或酚醛丁腈胶；2002003003

20、00聚酰亚胺胶或聚苯并咪唑胶。聚酰亚胺胶或聚苯并咪唑胶。使用温度使用温度其他条件其他条件经济合理经济合理粘接工艺过程的可操作性粘接工艺过程的可操作性减少毒害，应用热熔胶、乳液减少毒害，应用热熔胶、乳液胶、压敏胶等胶、压敏胶等2. 粘接接头的设计粘接接头的设计p 粘接接头的受力情况粘接接头的受力情况 剪切剪切均匀扯离拉伸）均匀扯离拉伸）x剥离剥离不均匀扯离不均匀扯离2. 粘接接头的设计粘接接头的设计p 拉伸强度大，尽量承受拉伸剪切负载拉伸强度大，尽量承受拉伸剪切负载 p 保证胶接面应力分布均匀，避免应力集中保证胶接面应力分布均匀，避免应力集中p 增加胶接面的宽度，合理增加胶接面积增加胶接面的宽度

21、，合理增加胶接面积p 应尽量保证胶层厚度一致应尽量保证胶层厚度一致p 防止层压制品的层间剥离防止层压制品的层间剥离 常见粘接接头设计常见粘接接头设计3. 被粘物的表面处理被粘物的表面处理 除去粘接表面上的污物及疏松层，添加除去粘接表面上的污物及疏松层，添加粘接的表面积、提高表面粗糙度。粘接的表面积、提高表面粗糙度。表面清洗溶剂、汽油、碱及清洗剂超声波表面清洗溶剂、汽油、碱及清洗剂超声波）机械处理砂布打磨）机械处理砂布打磨）化学处理金属化学除锈）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）偶联剂处理玻璃表面处理）4 4胶

22、粘剂的调配胶粘剂的调配 调配顺序调配顺序 一般按粘料、稀释剂、增韧剂、填一般按粘料、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。填料时应事先进行除油和干燥。 刷胶最常用）刷胶最常用）刮胶一般平面零件）刮胶一般平面零件）喷胶薄胶层涂布）喷胶薄胶层涂布）浸胶浸胶注胶注胶辊胶辊胶热熔枪热熔胶涂布）热熔枪热熔胶涂布）手工敷贴胶膜）手工敷贴胶膜）热压粘贴提高贴膜质量）热压粘贴提高贴膜质量） 涂胶涂胶方法方法5 5涂胶与晾置涂胶与晾置 涂胶遍数涂胶遍数 环氧胶环氧胶1 1遍，一般遍，一般2 23 3遍，前遍溶剂基本遍，前遍溶剂基本挥发后，再

23、涂下一遍。挥发后，再涂下一遍。 涂胶量涂胶量 一般胶接强度和胶层厚度成反比。一般胶接强度和胶层厚度成反比。 无机胶无机胶0.10.10.2mm0.2mm，有机胶，有机胶0.050.050.15mm0.15mm。胶层应均匀。胶层应均匀 晾置晾置 无溶剂胶粘剂无需晾置；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，无法胶接接头的性能，同时注意不要过度，无法粘合。粘合。 6固化固化固化压力固化压力 胶粘剂固化时，要对胶层施以一定压力，胶粘剂固化时，要对胶层施以一定压力，以利于充分浸润。以利于充分浸润。固化温度和时间：

24、固化温度和时间： 温度高时、固化时间短，应由胶粘剂的种温度高时、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。类通过实验确定最佳的固化条件。六、胶粘剂的性能测试六、胶粘剂的性能测试 工艺性能工艺性能 涂布性、流动性涂布性、流动性 使用寿命使用寿命( (适用期适用期) )：胶粘剂从各组分混合均匀开始，：胶粘剂从各组分混合均匀开始，到到 能维持其可用性能的时间。能维持其可用性能的时间。六、胶粘剂的性能测试六、胶粘剂的性能测试 物理机械性能物理机械性能 外观、形状、粘度、有效贮存期外观、形状、粘度、有效贮存期 耐介质性能、耐老化性能耐介质性能、耐老化性能 粘接强度：剪切强度、拉伸强度、剥离

25、强度粘接强度：剪切强度、拉伸强度、剥离强度 不均匀扯离强度不均匀扯离强度粘接强度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）。受的粘接力）。 包括包括胶层和被粘物的内聚强度胶层和被粘物的内聚强度胶层与被粘面间的粘附强度胶层与被粘面间的粘附强度粘接破坏类型粘接破坏类型粘附破坏胶层或被粘物界面处发粘附破坏胶层或被粘物界面处发生目视可见的破坏现象。生目视可见的破坏现象。内聚破坏胶粘剂或被粘物发生目内聚破坏胶粘剂或被粘物发生目视可见的破坏现象。视可见的破坏现象

26、。q世界合成胶粘剂销售额最高的世界合成胶粘剂销售额最高的1010家公司：家公司：q 汉高、汽巴精化、阿托、国民淀粉、汉高、汽巴精化、阿托、国民淀粉、3M3M、富乐、富乐、Findley ,Bostik, Total Konishi, Morton.Findley ,Bostik, Total Konishi, Morton.占世界总销售占世界总销售额的额的35%35%，前二十位企业占，前二十位企业占48%48%。q 汉高公司年销售额已超过汉高公司年销售额已超过2525亿美元。发达国家合成亿美元。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，主胶粘剂的产量增长率虽然不高，但是销售额

27、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。要是开发高性能的合成胶粘剂带来的巨大经济效益。 七、胶粘剂发展七、胶粘剂发展q 我国胶粘剂概况我国胶粘剂概况q 我国胶粘剂企业我国胶粘剂企业750750家家18001800家），品种家），品种35003500，400400万吨万吨/ /年。年。建筑建筑49.4（万吨）（万吨）纸制品及包装纸制品及包装12.0制鞋制鞋8.5木工木工7.3织物织物6.55胶粘带和标签胶粘带和标签5.14运输运输3.05印刷订书印刷订书0.45木材胶粘剂木材胶粘剂酚醛树脂酚醛树脂脲醛树脂脲醛树脂聚醋酸乙烯酯聚醋酸乙烯酯三聚氰胺甲醛三聚氰胺甲醛间苯二酚间苯二酚甲醛甲醛氯丁胶氯丁胶在木材工业上使用胶粘剂约占全部胶粘剂产量在木材工业上使用胶