胶粘剂的基础知识

1、目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark1 o Current Document 目录1 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 1胶粘剂的定义和历史31.1定义31.2历史3 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 2胶粘剂的应用和分类3 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 3按化学类型分类4 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 4按物理形态分类4 HYPERLINK l bo

2、okmark35 o Current Document 5按固化方式分类4 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 6按工艺分类5 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 7按受力情况5 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document 8常见胶粘剂的固化机理68.1环氧树脂(Epoxy)68.2聚氨酯(PU)68.3常见异氰酸酯7硅胶(silicone)8丙烯酸(Acrylic)9 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 8.6

3、氰基丙烯酸盐的粘合剂(CA)既瞬干胶9 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 8.7厌氧胶的固化机理98.8 UV固化机理9 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 9不同化学类型粘合剂的主要优缺点109.1环氧树脂.10优点：.10缺点：.109.2聚氨酯11优点：119.2.2缺点：高温，高湿条件易水解119.3硅胶11优点：11弱点：.12 HYPERLINK l bookmark110 o Current Document 10固化剂中毒.12 HYPERLINK l bookmark113 o

4、Current Document 11粘结的过程.12 HYPERLINK l bookmark116 o Current Document 12粘结强度的影响因素13 HYPERLINK l bookmark119 o Current Document 13基材条件13 HYPERLINK l bookmark122 o Current Document 14工序条件13 HYPERLINK l bookmark125 o Current Document 15润湿的机理.14 HYPERLINK l bookmark128 o Current Document 16不同基材的表面能.14

5、HYPERLINK l bookmark131 o Current Document 17 TDS常见术语141胶粘剂的定义和历史定义胶粘剂又称粘合剂，简称胶(bonding agent, adhesive)，是使物体 与另一物体紧密连接为一体的非金属媒介材料。在两个被粘物面之间 胶粘剂只占很薄的一层体积，但使用胶粘剂完成胶接施工之后，所得 胶接件在机械性能和物理化学性能方面，能满足实际需要的各项要 求。能有效的将物料粘结在一起。历史考古学证据显示粘合剂的应用历史已经超过6000多年，我们可 以看到在博物馆里展出的许多物体在经过3000多年后依然由粘合剂 固定在一起。进入20世纪，人类发明了应

6、用高分子化学和石油化学 制造的“合成粘结剂”，其种类繁多，粘结力强。产量也有了飞跃发展。2胶粘剂的应用和分类应用：电子，汽车，工业，化工，建筑业等各个领域都有用到胶 粘剂。分类：胶粘剂种类繁多，组分各异，有不同的分类方法，常见的 分类方法：按化学形态、物理形态、固化方式、按工艺分类。3按化学类型分类无机胶粘剂（sauereisen的高温水泥）有机胶粘剂：分为天然胶粘剂和合成胶粘剂合成胶粘剂按化学成分主要分为：环氧树脂一Epoxy,聚氨基 甲酸酯polyurethane（PU）,硅胶硅树脂/或（聚）硅酮Silicone,丙烯酸树脂漆Acrylic, etc.4按物理形态分类水基型：基料分散于水中

7、形成水溶液或乳液，水挥发而固化。溶液型：基料在可挥发溶剂中配成一定黏度的溶液，靠溶剂挥发 而固化。膏状和糊状：基料在可挥发溶剂中配成高黏度的胶粘剂，用于密 封和嵌缝。固体型：把热塑性合成树脂制成粒状或块状，加热熔融，冷却时 固化。膜状：将胶粘剂涂于基材上，呈薄膜状胶带5按固化方式分类热固化：通过加热的方式使粘合剂发生聚合反应而固化，温度和 时间根据不同的产品有很大区别。湿气固化：与空气中的水汽发生聚合反应达到固化。UV固化：光引发剂紫外光照射下，形成自由基或阳离子从而引 发粘合剂的聚合反应而固化。厌氧固化：在隔绝空气的条件下，发生自由基聚合反应，空气存 在会阻碍聚合反应。催化固化：在催化剂作用

8、下使粘合剂发生聚合反应达到固化。6按工艺分类粘合剂(Adhesive)： 特殊有导电胶，导热胶，芯片的粘结。密封剂(Sealant)灌封胶(P otting & Encapsulation)敷形涂敷(Conformal Coating)底部填充胶(Underfill)顶部包封(Glob Top)7按受力情况结构胶：结构胶指强度高(压缩强度65MPa，钢-钢正拉粘接 强度30MPa，抗剪强度18MPa)，能承受较大荷载，且耐老化、耐 疲劳、耐腐蚀，在预期寿命内性能稳定，适用于承受强力的结构件粘 接的胶粘剂。非结构胶：非结构胶强度较低、耐久性差，只能由于普通、临时性质的粘接、密封、固定，不能用于结

9、构结构胶结构胶件粘接。8常见胶粘剂的固化机理环氧树脂(Epoxy)固化机理：固化剂分两类：胺类及其衍生物，和酸酐类。其中胺类固化剂是与高分子链中的环氧基发生开还聚合反应，酸 酐类固化剂是与高分子链上的羟基发生酯化反应，最终都是形成三维 网状结构。常见的环氧树脂是：双酚A型最典型，线型甲酚型，酚醛环氧 树脂等。聚氨酯(PU)无溶剂型单组分聚氨酯：是以-OCONH-为端基的聚氨酯预聚物 为主体的聚氨酯胶粘剂。固化机理：水气固化。利用空气中微量水分及基材表面微量吸附 水而固化，还可与基材表面活性氢基团反应形成牢固的化学键。溶剂型单组分聚氨酯：以热塑性聚氨酯弹性体为主体的聚氨酯胶 粘剂，主成分为高分子

10、量端OH基线型聚氨酯，羟基数很小。固化机理：通过溶剂挥发达到固化。加热可促进固化。当溶剂开 始挥发时胶的粘度迅速增加，产生初粘力。当溶剂基本上完全挥发后， 就产生了足够的粘接力，经过室温放置，多数该类型聚氨酯弹性体中 链段结品，可进一步提高粘接强度。这种类型的单组分聚氨酯胶一般 以结品性聚酯作为聚氨酯的主要原料。双组分聚氨酯胶粘剂：主剂一般为聚氨酯多元醇或高分子聚酯多 元醇。固化机理：通过化学反应实现固化。含OCONH-基团的固化剂 与主剂中的活性氢羟基发生交联反应而固化。两组分的配比以固化剂 稍过量，即有微量-OCONH-基团过剩为宜，如此可弥补可能的水分 造成的-OCONH-损失，保证胶粘

11、剂产生足够的交联反应。常见异氰酸酯目前应用最广、产量最大的是有：甲苯二异氰酸酯(Toluene Diisocyanate，简称 TDI)；二苯基甲烷二异氰酸酯(Methylenediphenyl Diisocyanate，简称 MDI)。甲苯二异氰酸酯(TDI)为无色有强烈刺鼻味的液体，沸点251 C， 比重1.22，遇光变黑，对皮肤、眼睛有强烈刺激作用，并可引起湿疹 与支气管哮喘，主要用于聚氨酯泡沫塑料、涂料、合成橡胶、绝缘漆、 粘合剂等。根据其成分，甲苯二异氰酸酯属含氮基的有机化合物。二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)分为纯MDI和粗MDI。纯MDI常 温下为白色固体，加热时有刺激臭味，沸点1

12、96 C，主要用于聚氨 酯硬泡沫塑料、合成纤维、合成橡胶、合成革、粘合剂等。根据其成 分，纯二苯基甲烷二异氰酸酯也属含氮基的有机化合物。还有非黄变型的1,6-己二异氰酸酯(HDI)。MDI， TDI(在不影响性能的情况下，能用MDI，就不再用TDI)TDI沸点低，易挥发，毒性很大MDI毒性很小，挥发很少，应用比较安全。硅胶(silicone)硅橡胶按其硫化机理可分为：加热硫化型、室温硫化型(缩合型) 和加成反应型三大类。加热硫化硅胶：基础胶料是高分子量的聚硅氧烷，以过氧化物为 交联剂。机理：过氧化物引发的自由基交联反应。室温硫化硅胶：基础胶料是羟基封端的低分子量聚硅氧烷。室温硫化硅胶按包装形式

13、可分为单组分和双组分两种。单组分室温硫化硅胶固化机理：是胶料中的羟基遇到空气中的水气，水解成不稳定的羟基，再与 交联剂发生缩合反应。按照交联剂类型不同可以分为以下几种：脱醋酸型脱肟型脱醇型(4 )脱丙酮型双组分室温硫化硅胶固化机理：缩合型机理：胶料中的羟基在催化剂(有机锡盐，如二丁基二月 桂酸锡、辛酸亚锡等)作用下与交联剂(烷氧基硅烷类，如正硅酸乙酯 或其部分水解物)上的烷氧基缩合反应而成。以脱醇型最为常见。加成型机理：在催化剂的作用下，发生加成交联。固化过程没有副产物，但易催化剂中毒。丙烯酸(Acrylic)固化机理：在光或热作用下，引发剂作用下促使丙烯酸中的双键 打开，进行自由基链式加成反

14、应。还可以氧化固化：在氧气作用下引 发自由基链式聚合反应。氰基丙烯酸盐的粘合剂(CA)既瞬干胶固化机理：固化时基材表面要有一定的湿度，湿气中和酸性稳定 剂后，单体在水气的作用下，在基材表面发生阴离子聚合反应。从固化机理可以看出：升高温度不会加快瞬干胶的固化，因为温 度高，湿度就小，就不能快速完全的破坏酸性稳定剂。厌氧胶的固化机理是自由基聚合反应，氧气的存在会起阻聚作用。其阻聚机理：引 发剂引发单体产生自由基后，容易吸收氧再与另一自由基结合，生成 稳定的过氧化物；隔绝氧气后，能迅速进行自由基聚合，实现固化。UV固化机理紫外线丙烯酸型：光引发化剂在紫外光照射下形成自由基，自由 基引发丙烯酸单体聚合

15、。紫外线阳离子(环氧)型：光引发化剂在紫外光照射下形成阳离 子，阳离子引发环氧链接形成聚合物。前者存在氧气抑制作用：生成的自由基会和氧气反应，影响聚合 反应的速率。后者会受湿气影响：空气中的水汽或碱性表面会终止阳离子的活 性，影响反应速率。9不同化学类型粘合剂的主要优缺点环氧树脂优点：1力学性能高。环氧树脂内聚力强，化学结构致密。2粘结性能优异。3固化体积收缩率小。线胀系数也很小，因此内应力小4工艺性好。固化时基本不产生低分子量挥发物。5电性能好。6稳定性好。不含盐，碱等杂质，一般不会变质。7耐热性一般。缺点：1不增韧时，固化物一般偏脆，抗剥离、抗开裂、抗冲击性能差。2对极性小的材料（如PP、

16、PP、氟塑料等）粘接力小。必须先进行 表面活化处理。3有些原材料如活性稀释剂、固化剂等有不同程度的毒性和刺激聚氨酯优点：1硬度范围宽。邵A15邵D902机械性能高3耐磨，抗冲击性高。4低温柔韧性好。5弹性好。6耐候性，耐油性好7耐生物老化缺点：高温，高湿条件易水解硅胶优点：1好的电性能。2适用的温度范围宽(-50，-100+200)。3柔韧性好，应力低。4固化时不放热5低毒。6固化后收缩性小。7化学性质稳定，耐腐蚀。8耐臭氧，耐候性好。9憎水性。弱点：1粘结性能相对于Epoxy较差。2相对于Epoxy，硬度也较低。3会有固化抑制或固化中毒的现象。10固化剂中毒指胶体部分不固化或者整个胶体不固化

17、。产生的原因是某些材 料、化合物、固化剂和增塑剂会阻碍有机硅的固化。主要包括：有机 锡和其他金属有机化合物；含有机锡催化剂的硅酮橡胶；硫，聚硫类， 聚飒类或其他含硫化合物；胺，氨基甲酸乙酯或其他含胺物品；不饱 和的炭氢增塑剂；一些助焊剂残余物。解决方法是用清洗剂清洗要粘接和涂敷的表面，然后再点胶。11粘结的过程1润湿：为使被粘物表面易被润湿，需清洗处理，除去油污。2粘胶剂分子的移动和扩散：胶粘剂分子按布朗运动的规律向被 粘物表面移动。3粘胶剂的渗透：粘接时胶粘剂向被粘物的缝隙渗透，从而增大了接触面积。4物理化学结合：化学键结合，范德华力结合。12粘结强度的影响因素粘接接头的强度取决于三个基本因

18、素：1胶粘剂的内聚强度。2被粘材料的内聚强度。3胶粘剂与被粘材料之间的粘合力。图1：不同分子之间的吸引力图2：相同分子之间的吸引力13基材条件1基材（表面能）：表面能越大，基材润湿性越好，越易粘结。2表面粗糙程度/间隙：要有一定的粗糙度，金属表面还应去除 氧化膜。3表面的清洁：表面需除去污渍和油脂等污染物。14工序条件时间，温度，压力，湿度等15润湿的机理图3：润湿机理。：为接触角接触角越小，润湿越好16不同基材的表面能金属（高表面能）：-钢，铜，铁，铝等等。高表面能量塑料：-聚碳酸酯，丙稀氰/丁二烯/苯乙稀共聚物，丙烯酸酯等。低表面能量塑料：-聚丙烯（PP），聚乙烯（PE），铁弗龙（PTFE

19、聚四氟乙烯），硅橡胶 等。表面能比较低的基材的粘结一般要进行表面处理，需要打底涂 剂。17 TDS常见术语粘度viscosity：量度流体内部阻止流动的阻力Water=1Cps（水）Honey=8000 -0000Cps(蜂蜜)。触变性thixotropy：流体由于受力运动(例如搅拌)而引起粘度变化 但静置能复原的性质。表观密度Specific Gravity： 一给定体积的物质相对于相同体积的 水的密度。硬度Durometer Hardness：胶水的硬度高低通常用肖氏硬度(Shore) 来表示，硬度高的通常用Shore DXX表示，Shore A和Shore D也可 以换算的，ShoreD

20、30相当于Shore A80，肖氏硬度的测试方法：用肖 氏硬度计插入被测材料，表盘上的指针通过弹簧与一个刺针相连，用 针刺入被测物表面，表盘上所显示的数值即为硬度值。Physical Properties：抗张强度(Tension Strength)剪切强度(Shear Strength)剥离强度(Peer Strength)压缩强度(Compression Strength)劈裂强度(Cleavage Strength)关于这些概念我们可以看一下他们的受力情况：图 4： Bond line in compression图 5: Bond line in tension图 6： Bond line in peer图 7: Bond line i