粘连剂粘接工艺

1、第2章 粘接技术 在粘接技术中如果要获得良好的粘接效果，首先要求如下的三个良好条件：粘接接头的设计胶粘剂的选用粘接工艺的实施。P2.1 粘接接头的设计接头在实际应用中的受力分析接头在实际应用中的受力分析 一个好接头与粘接强度密切相关。首先是受力方向和接头之间的关系，粘接接头在实际的工作状态中其受力主要有下列几种基本类型：剪切、均匀扯离、不均匀扯离和剥离。 实验证明一般情况下，胶粘剂承受剪切和均匀扯离的作用能力比承受不均匀扯离和剥离作用的能力大得多。P200(1)剪切 外力平行于粘接面。这种受力形式的接头最常用，因为它不但粘接效果好而且简单易行，易于推广应用。(2)均匀扯离 有时也称为拉伸。作用

2、力垂直作用在粘接平面，应力均匀分配。高强度结构胶拉伸强度可达到58.8MPa。(3)不均匀扯离 均匀扯离在实际使用中是很难碰到的，一旦外力方向偏斜，就产生严重的应力集中，主要集中在边缘的区域内，接头容易破坏。这种类型的接头，其承载能力很低，一般只有理想的均匀扯离强度的110左右。 (4)剥离或撕离 两种薄的软质材料受扯离作用时，称为撕离；两种刚性不同的材料受扯离作用时，称为剥离。粘接试件受扯离作用时，应力集中在胶缝的边缘附近，而不分布在整个粘接面上，这种情况称为剥离或撕离。高强度环氧胶实验 铝合金搭接接头，剪切强度很高，但横向负载能力不高。这样接头就不能用在受横向负载较大的结构构件上。 粘接玻

3、璃钢、板材，剪切强度比较低，搭接接头是不合适。 粘接车刀、钻头等受力大的部件，采用简单的平面对接，即使是高强度结构胶粘剂，剪切强度达49MPa，仍然要失败。 如改变接头形式，采用套接、嵌接等使应力的很大部分由金属被粘物本身去承担，就可能成功。如图。例子接头设计的基本原则 （1）胶粘剂的拉伸剪切强度较高，设计接头尽量承受拉伸和剪切负载。板材搭接接头承受剪切负载的是比较理想的。保证粘接面上应力分布均匀，尽量避免剥离和劈裂负载。剥离和劈裂破坏通常是从胶层边缘开始，在边缘处采取局部加强或改变胶缝位置的设计都是切实可行的。最理想的办法是各种局部的加强。如平面粘接的防剥措施如图24所示。接头设计的基本原则

4、 （2）在允许的范围内，尽量增加粘接面的宽度(搭接)。增加宽度能不增大应力集中系数的情况下增大粘接面积，提高接头的承载力。木材或层压制品的粘接要防止层间剥离。在承受较大作用力的情况下，如果采用粘掊，可采用复式胶粘剂的选择美观，利于加工 P202常用的几种接头形式 （1）平板接头的形式 几种接头相对强度比较 常用的几种接头形式 （2）角接和T型接头形式 常用的几种接头形式 （3）管材、棒材接头形式 2.2 胶粘剂的选择不存在能满足所有材料，所有应用条件的万能胶粘剂。判定哪些性能或条件是最重要的，哪些是不那么重要的。只有了解粘接件所要求的全部信息以及粘接条件，才能决定选哪种胶粘剂，或是设计和制造一

5、种新胶粘剂，或是不能采用胶粘剂。P177选择胶粘剂的因素 （1）被粘物材料的种类、性质、大小和硬度；（2）被粘物的形状结构和工艺条件（致密/多孔，新/旧表面，形状复杂）；（3）胶接件使用环境（承受的负荷和形式，温湿度，酸碱，光照，气体，耐久性）；一般热固性胶黏剂强度较高。（4）特殊要求如导电、导热、耐高温和耐低温；（5）成本（低档/尖端产品，强度件/功能件，机械化）P179被粘物材料的性质特点（1） 金属：表面氧化膜处理后，容易胶接；线膨胀系数相差大；胶接部位因水作用易产生电化学腐蚀。 （2） 橡胶、塑料：极性越大，胶接效果越好。表面往往有脱模剂或其它游离出的助剂，妨碍胶接效果。 （3） 木材

6、：属多孔材料，易吸潮，引起尺寸变化，可能因此产生应力集中。抛光比表面粗糙的木材胶接性能好。 （4） 玻璃：微观表面是凹凸不平，胶粘剂湿润性要好；si-o-表面层易吸附水；玻璃极性强，极性胶粘剂易与表面发生氢键结合，形成牢固粘接。玻璃易脆裂而且又透明。 P胶黏剂的特点1-强度胶粘剂胶粘剂抗剪抗剪 抗拉抗拉 剥离剥离 绕曲绕曲 扭曲扭曲 冲去冲去 蠕变蠕变 疲劳疲劳Epoxy环氧环氧0#*0*酚醛树脂酚醛树脂0#*0*氰基丙烯酸酯氰基丙烯酸酯0#*0*有机硅树脂有机硅树脂*#000*0热固热固+热塑（橡热塑（橡胶）胶）000000000 良好， # 中等， * 差。 P胶黏剂的特点2-耐热最高耐热

7、最高耐热温度温度胶粘剂胶粘剂最高耐最高耐热温度热温度胶粘剂胶粘剂800-1000无机无机315有机硅有机硅540聚苯并咪唑聚苯并咪唑（短时）（短时）260酚醛酚醛-环氧环氧480聚酰亚胺聚酰亚胺（短时）（短时）200酚醛酚醛-丁晴丁晴环氧环氧-酸酐酸酐400酚醛树脂（短时）酚醛树脂（短时）150环氧环氧-胺胺360聚苯并咪唑聚苯并咪唑聚酰亚胺聚酰亚胺80热熔型热熔型环氧环氧-尼龙尼龙 耐高温胶粘剂通常具有刚性的高分子结构，很高的软化温度和稳定的化学基团。 P胶黏剂的特点3-低温超低温胶粘剂在液态氢和室温下的强度比较超低温胶粘剂在液态氢和室温下的强度比较胶粘剂类型胶粘剂类型拉伸剪切强度（拉伸剪切

8、强度（MpaMpa） T T剥离强度（剥离强度（kN/MkN/M）-253-253C C室温室温-253-253C C室温室温聚氨酯聚氨酯51.751.710.310.312.312.33.53.57.07.0尼龙尼龙环氧胶模环氧胶模24.824.834.534.50.700.7018.218.2环氧尼龙胶粘剂在-73c的低温范围强度最高，尼龙柔性； 在液氮温度(-196C)时，与聚氨酯相差很小； 在液态氢温度(-253c)下，新型聚氨酯胶粘剂强度最高。环氧酚醛的低温强度和高温性能都相当好。酚醛缩醛胶粘剂低温强度较高，但其强度随温度降低而减小。 P胶黏剂的特点4-湿气和浸水 湿气通过两种方式影

9、响粘接强度。水解丧失强度和硬度，严重时液化，尤其是聚氨酯；水还会渗入胶层，取代粘接界面的胶粘剂，普通存在。 水解的速率取决于胶粘剂基料的化学结构、催化剂类型、用量、以及胶粘剂的柔性。 酯、氨酯、酰胺和脲，能被水解。酯键水解速率最快。在大多数情况下，以酰胺固化的环氧树脂的水解稳定性比酸酐固化的好。P当几种化学成分完全不同的胶粘剂，都可以满足一种粘接接头的物理性质方面的要求时，要注意，额外的增益常常是牺牲了另外性质的结果，或者增加了成本。不要超规格使用有粘剂，因为片面的追求高指标，将有可能导致粘合件的可靠性不足。实践是检验真理的唯一标准2.3 粘接工艺 选定了合适的胶粘剂，制备了可靠的粘接接头，还

10、需有合理的粘接工艺，才能实现最后的粘接目的。 粘接工艺与粘接质量关系极大，虽然比较简单，却是粘接成败的关键。 粘接工艺包括粘接件表面处理、胶粘剂的调配、涂胶、固化、清理、检查等步骤。一、被粘接材料的表面处理定义： P215作用主要有三个方面： 去污及疏松质层；提高表面能；增加表面积。具体包括：P218 表面清洗、机械处理、化学处理、偶联剂处理表面清洗、机械处理、化学处理、偶联剂处理等过程 根据要求，采取全过程，也可采取其中一、两个。P214 表面清洗表面清洗： 除去油垢和灰尘等。P218 金属粘接件常带有油层和污垢。 有机溶剂(汽油、丙酮等)清洗; 碱洗（金属铝镁） 机械处理：除锈机械处理：除

11、锈 喷砂、钢丝刷、砂纸打磨、化学除锈P224 化学处理：化学处理：强度要求高的情况，或者难粘的材料。P2301）金属表面常用化学法（酸蚀去锈、铬酸氧化等）处理；重要的铝质结构件的被粘表面，需用阳极氧化法处理；2）氟塑料等难粘材料表面，可采用化学溶液侵蚀法、辐射接枝、等离子法处理、火焰处理等。二、胶粘剂的涂布P241-P243刷涂法：方便，不精确，不能流水作业，最常用辊涂法：生产效率高喷涂法：均匀，薄层；黏度要低，有溶剂。 采用静电场喷涂可节省胶粘剂和改善劳动条件。流涎；浸胶；刮涂；注入：胶膜一般用手工敷贴，采用热压粘贴可以提高贴膜质量。注意控制：涂胶量和涂覆遍数，胶层厚度，均匀，适时粘接。三、

12、胶粘剂的固化-概念定义定义P247 硫化硫化 凝胶、完全固化凝胶、完全固化三大条件：压力、温度、时间三大条件：压力、温度、时间固化方法分两种：室温固化法是将胶粘剂涂布于被粘表面，待胶粘剂润湿被粘物表面并且溶剂基本挥发后，压合两个涂胶面即可。加热固化法是将热固性树脂胶粘剂（酚醛树脂、环氧树脂、酚醛丁腈、环氧尼龙等胶粘剂）涂布于被粘表面上，待溶剂挥发后叠合涂胶面，然后加热加压使胶粘剂交联固化以达到粘接目的。 加热固化时，必须严格控制胶缝的实际温度，保证满足胶粘剂固化温度要求。三、胶粘剂的固化-温度三、胶粘剂的固化-温度注意事项P250慢升温、分段；勿过热；慢冷却；凝胶后再加热。工业上常用的固化设备

13、有三种：P251热压机，由加热平板传递压力和热量，用于平面零件；热压罐，由空气传递热量和压力，适用于大型复杂制品；固化专用夹具，适用于特定部件的粘接固化。 烘箱、红外、高频电三、胶粘剂的固化-压力意义：意义：使胶粘剂更容易充满被粘体表面上的坑洞，甚至流入深孔和毛细管，渗透、润湿，减少粘接缺陷。促使被粘体表面上的气体逸出，减少粘接区的气孔。 施胶更均匀适用范围：适用范围：P252 低分子量、无副产物胶，接触压力 溶剂型、有副产物，0.10.5MPa 膜状、粉状热熔胶，0.30.5MPa三、胶粘剂的固化-压力 对粘度较小的胶粘剂，加压时会过度地流淌，应待粘度较大时再施加压力。 对较稠的或固体的胶粘

14、剂，必需施加压力。常需适当升温，以降低胶粘剂的稠度或使之液化。例如，绝缘层压板的制造、飞机旋翼的成型都是在加热加压下进行。注意事项P252，加压方式 大小合适 加压均匀 凝胶后施压 固化时间温度对环氧胶强度的影响固化条件固化条件三乙烯四胺三乙烯四胺二甲胺基代丙胺二甲胺基代丙胺固化温度固化温度C25951454095145固化时间固化时间3天天15天天30分分30分分16H16H5H30分分强度强度Mpa8.211.922.424.24.95.922.828.6三、胶粘剂的固化-时间时温等效P253整修、拆胶P255包括目测、破坏性试验（主要是力学性能测试）和无损检验。力学性能测试，是对粘接件重

15、要的检验。对工艺控制试样和制品抽样考核。包括： 粘接基本性能(拉伸、剪切、剥离、冲击及疲劳强度等) 使用性能（耐介质、高低温交变、加速老化及耐候性能等） 作承力结构的粘接件还需进行多种静、动力承载试验 （张力场、轴压稳定、结构振动及疲劳寿命等）无损检验，即用仪器探测粘接接头质量缺陷的方法。 利用声阻仪、谐振仪和涡流声仪的声振检验法，全息照相法，X射线照相法，超声检验法，热学检验法等。四、粘接工艺控制-检验 粘接工艺质量很难从外观判断，关键在于加强全面工艺过程管理，控制影响粘接质量的一切因素，其中包括： 粘接环境条件控制（温度、湿度、含尘量等）； 胶粘剂质量控制（复验、存放及使用管理等）； 测量

16、仪器及设备控制（压力仪表，固化设备等）； 粘接工序控制。四、粘接工艺控制 粘接部位在使用中所发生的破坏现象是对粘接质量的最终检验。应选择合理的粘接工艺，尽量实现内聚破坏或被粘物破坏P282五、 粘接增强措施机械加固纤维增强P263消除内应力固化交联P271纳米材料、晶须等新材料P271-272接头设计P265-266表面处理P270胶黏剂进行改性等办法增强粘接效果。 胶黏剂改性(1)增加橡胶型胶粘剂的强度，通常采用的办法是引入极性基团或者加入极性较大的树脂。 例如，天然橡胶或丁苯橡胶胶粘剂可以通过橡胶的氯化，使粘接强度大大提高；在氯丁橡胶胶粘剂中添加45的叔丁基酚醛树脂后，对棉帆布的粘接强度可

17、提高40270。(2)对酚醛树脂、环氧树脂等脆性胶粘剂来说，增加粘接强度的办法是减小内应力，或者增加韧性。 例如 a、 改性环氧树脂柔韧性：环氧-聚硫环氧-聚酰胺环氧-胺固化剂； b、 改性酚醛柔韧性：酚醛-聚酰胺酚醛-聚醋酸乙烯酯酚醛-环氧； 橡胶改性酚醛因剥离强度高，很有使用价值，但剪切强度相对低些。胶黏剂改性机械加固-复合连接形式 胶铆和胶螺 两种类型： 先胶后铆或螺。接头强度较高，但应选柔韧性较好的胶粘剂。 先钻好孔，粘接后再铆接，最后固化。这时不需另加压，位置准确。但胶层的厚薄不易控制。 P259两种类型： 先涂胶后点焊。对胶要求较低（用固化时无须加压的） 先点焊后灌胶。对胶的要求较

18、苛刻（粘度低，又不能太低）胶焊复合连接工艺近几年来发展很迅速，特别在航空工业更为突出，由于这种工艺对胶粘剂的特殊要求，致使又发展了一类新胶种-点焊胶。胶焊复合连接 测试结果：点焊44.1MPa粘接63.7MPa粘接点焊73.5MPa复合连接方式其连接接头强度绝不是两个连接强度的简单叠加。如图，点焊试样比单纯点焊有更高的疲劳强度。 内应力使胶接强度和耐久性下降。产生的原因： 1、收缩应力：胶粘剂固化时，因挥发、冷却和化学反应而体积发生收缩，引起收缩应力。2、热应力：胶粘剂和被粘物的热膨胀系数不同，温度的变化将引起热应力。3）在老化过程中胶层吸水而发生溶胀，在不连续处将产生内应力。 内应力的产生P268（1）零收缩粘接，或使胶粘剂的热膨胀系数接近于被粘物（2）加入增韧剂，降低固化收缩应力。（3）加入无机填料。（4）选择较低的固化温度，降低反应活性。（5）固化后缓慢冷却，采用后固