胶粘剂粘接机理及粘接技术演示文稿

胶粘剂粘接机理及粘接技术演示文稿现在是1页\一共有56页\编辑于星期四优选胶粘剂粘接机理及粘接技术ppt现在是2页\一共有56页\编辑于星期四7.1粘接机理7.1.1界面接触与粘接

理想的粘接强度，必需条件：紧密接触液体的接触角为0或接近0；黏度低，即不得大于几毫帕秒；能驱除被粘物接头间所夹空气。现在是3页\一共有56页\编辑于星期四使用胶黏剂，在粘接过程中，由于胶黏剂的流动性和较小的表面张力，对被粘物表面产生润湿作用，使界面分子紧密接触，胶黏剂分子通过自身的运动，建立起最合适的构型，达到吸附平衡。随后，胶黏剂分子对被粘物表面进行跨越界面的扩散作用，形成扩散界面区。现在是4页\一共有56页\编辑于星期四对高分子被粘物而言，这种扩散是相互进行的；金属或无机物由于受结晶结构的约束，分子较难运动，但胶黏剂在硬化前，分子可以扩散到表面氧化层的微孔中去，达到分子的紧密接触，最后仍能形成以次价力为主的或化学键的粘接键。这就是粘接的基本过程。全过程的关键作用是润湿、扩散和形成粘接键。现在是5页\一共有56页\编辑于星期四1、浸润平衡为形成良好的粘接，首先要求胶粘剂分子和被粘接材分子充分接触。为此，一般要将被粘接体表面的空气、或者水蒸气等气体排除，使胶粘剂液体和被粘接材接触。即将气—固界面转换成液—固界面，这种现象叫做润湿，其润湿能力叫做润湿性。

现在是6页\一共有56页\编辑于星期四胶黏剂在涂胶阶段应当具有较好的流动性，而且其表面张力应小于被粘物的表面张力。这意味着，胶黏剂应当在被粘物表面产生润湿，能自动铺展到被粘物表面上。当被粘物表面存在凹凸不平和峰谷的粗糙表面形貌时，能因胶黏剂的润湿和铺展，起填平峰谷的作用，使两个被粘物表面通过胶黏剂而大面积接触，并达到产生分子作用力的0.5nm以下的近程距离。现在是7页\一共有56页\编辑于星期四现在是8页\一共有56页\编辑于星期四现在是9页\一共有56页\编辑于星期四

这就要求要选择能起良好润湿效果的胶黏剂。同时，也要求被粘物表面事先要进行必要的清洁和表面处理，达到最宜润湿与粘接的表面状态。要尽量避免润湿不良的情况。如果被粘物表面出现润湿不良的界面缺陷，则在缺陷的周围就会发生应力集中的局部受力状态；此外，表面未润湿的微细孔穴，粘接时未排尽或胶黏剂带入的空气泡，以及材料局部的不均匀性，都可能引起润湿不良的界面缺陷，这些都应尽量排除。现在是10页\一共有56页\编辑于星期四粘接失败的原因?

压敏胶与底材不匹配

表面平整度表面污染脱模剂

尘埃

增塑剂迁移软质聚氯乙烯橡胶养护时间施工压力施工环境温度

onpolyethylenesurfaceWaterDropSubstrateWaterDroponcleanmetalsurfaceSubstrate粗糙的表面TexturedSurface现在是11页\一共有56页\编辑于星期四判断润湿性可用接触角来衡量，可用Young方程来表示：

SV=LV

cos+SL式中，θ为接触角，也称为润湿角；γSV为固气界面张力；γLV为液气界面张力；γSL为固液界面张力。此式应处于热力学平衡状态才有意义。SLSV

LV液滴图1—1液体在固体表面上的浸润状态现在是12页\一共有56页\编辑于星期四可从接触角(润湿角)判断润湿：习惯上将液体在固体表面的接触角θ=90º时定为润湿与否的分界点。

θ＞90º为不润湿，θ＜90º为润湿，接触角θ越小，润湿性能越好。现在是13页\一共有56页\编辑于星期四Zisman将固体表面分为高能表面和低能表面。凡表面能>200mN／m为高能表面，金属、金属氧化物和无机化合物的表面，都是高能表面，表面能<100mN／m为低能表面，有机化合物、聚合物和水都属低能表面。高能表面的临界表面张力γc

>胶黏剂的γLV，容易铺展润湿；低能表面的γc

<一般胶黏剂的γLV，所以不易铺展润湿。2、表面及界面自由能现在是14页\一共有56页\编辑于星期四临界表面张力γc较大的被粘物，选择比被粘物γc小的胶黏剂比较容易，有较多的胶黏剂品种可供选择。但γc越小，则越不容易选择能有效润湿的胶黏剂。例如，聚四氟乙烯(PTFE)的γc只有19mN／m，很不容易找到表面张力比这还小的胶黏剂，所以PTFE具有难粘的特性，利用这一特性，将PTFE热喷涂于锅面，就可以制成不粘锅。要想粘接PTFE，只有利用钠-萘溶液进行化学处理或利用低温等离子体进行处理使表面改性，才能进行粘接。现在是15页\一共有56页\编辑于星期四

通常金属、玻璃、陶瓷、（木材）等无机物表面张力很大，容易被胶粘剂湿润，粘接容易。但当其表面被油污染后，表面张力变小，湿润变差，常使粘接失败，这就是涂胶前进行脱脂处理的原因。现在是16页\一共有56页\编辑于星期四A、表面清理除杂、除污、脱漆等。B、脱除油脂1、溶剂除油：常用溶剂：丙酮、甲乙酮、汽油、无水乙醇；四氯化碳、三氯乙烯、过氯乙烯等2、碱液除油：特点：主要用于动植物油的去除，但除矿物油效果差，常需配制碱液清洗剂。现在是17页\一共有56页\编辑于星期四碱液除油清洗剂配方：

配方钢铁铜及其合金铝及其合金氢氧化钠：50-60g/L——

碳酸钠：50-60g/L10-20g/L—

磷酸钠：86-100g/L10-20g/L10-30g/L

硅酸钠：10-15g/L25g/L3-5g/LOP乳化剂：—2-3g/L2-3g/L

处理条件：80℃/30min70℃/30min50℃/10min现在是18页\一共有56页\编辑于星期四3、超声波除油

适合结构复杂的构件。C、除锈1、机械法：2、化学法：

硫酸+缓蚀剂（硫脲、联苯胺、食盐等）

盐酸+缓蚀剂（六次甲基次胺、甲醛等）现在是19页\一共有56页\编辑于星期四D、表面化学处理1、金属的表面活化或钝化

2、难粘材料的表面活化PE/PP:配方：重铬酸钾（5份）+浓硫酸（60份）+水（3份）处理条件：60-70℃/10-20minPTFE:配方：金属钠（23g）

+精萘（128g）

+四氢呋喃（1000ml）处理条件：室温，1-5min。现在是20页\一共有56页\编辑于星期四针对不同的表面污染采用不同的清洁剂：表面清洁

污染类型

清洁剂指纹 异丙醇（IPA）水汽 异丙醇（IPA）油、脂 庚烷（Heptane）重度油污丁酮（MEK）脱模剂向制造商咨询注意：对于塑料基材，进行合适的清洁非常重要！现在是21页\一共有56页\编辑于星期四3界面扩散

胶黏剂分子或分子链段与处于熔融或表面溶胀状态的被粘聚合物表面接触时，分子之间会产生相互跨越界面的扩散，界面会变成模糊的弥散状，两种分子也可能产生互穿的缠绕。这时，虽然分子间只有色散力的相互作用，也有可能达到相当高的粘接强度。现在是22页\一共有56页\编辑于星期四若胶黏剂与高分子材料被粘物的相容性不好，或润湿性不良，则胶黏剂分子因受到斥力作用，链段不可能发生深度扩散，只在浅层有少许扩散，这时界面的轮廓显得分明。只靠分子色散力的吸引作用结合的界面，在外力作用下，容易发生滑动，所以粘接强度不会很高。现在是23页\一共有56页\编辑于星期四利用胶黏剂粘接金属，由于金属分子是以金属键紧密结合起来的，分子的位置固定不变，而且金属分子排列规整，有序性高，大多数能生成晶体构造，密度大而结构致密，不但金属分子不能发生扩散作用，就是胶黏剂的分子也不可能扩散到金属相里面去。所以，胶黏剂粘接金属形成的界面是很清晰的。现在是24页\一共有56页\编辑于星期四若对金属表面进行改性，除去松散的氧化层、污染层，并使之生成疏松多孔状表面，或增加表面的粗糙度，会有利于胶黏剂分子的扩散、渗透或相互咬合，有可能提高胶接强度。另外，选择强极性的或能与金属表面产生化学键的胶黏剂，也能提高粘接强度。借助偶联剂的作用，也是提高粘接强度的有效方法。现在是25页\一共有56页\编辑于星期四7.1.2粘接理论了解粘接理论，可以从理论上指导胶黏剂选择，粘接接头的设计，制定最佳的粘接工艺，控制影响粘接强度的各种因素，达到形成强力粘接接头的目的。机械互锁理论扩散理论吸附理论电子理论现在是26页\一共有56页\编辑于星期四1机械互锁理论结论在不平的被粘物表面形成机械互锁力（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。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）的木材的胶接强度比孔隙少（表面致密）的木材的胶接强度低现在是27页\一共有56页\编辑于星期四2吸附理论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。而它是胶粘剂与被胶接材料间牢固结合的普遍性原因。扩散：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：升温、加压、降低粘度等。吸附力的产生：当分子间距<0.5nm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离，从而完成胶接作用。结论现在是28页\一共有56页\编辑于星期四范德华力偶极力：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）色散力：非极性分子间的作用力。式中：——分子电离能互相抵消在范氏力中起主要作用现在是29页\一共有56页\编辑于星期四结论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必要非充分条件高的胶接强度现在是30页\一共有56页\编辑于星期四把胶接作用主要归功于分子间的作用力（弱力），不能圆满解释胶粘剂与被胶接物之间的胶接力大于胶粘剂本身的强度这一事实。在测定胶接强度时，为克服分子间的力所作的功，应当与分子间的分离速度无关。但事实上胶接力的大小与剥离速度有关，吸附理论无法解释。理论缺陷现在是31页\一共有56页\编辑于星期四不能解释极性的α-氰基丙烯酸酯能胶接非极性的PS等现象；也不能解释高分子化合物极性过大，胶接强度反而降低的现象；网状结构的高聚物当分子量超过5000时，胶接力几乎消失等现象也不能解释。许多胶接体系无法用范氏力解释，而与酸碱配位作用有关。例：现在是32页\一共有56页\编辑于星期四沥青（酸性）+石灰（碱性）胶接好沥青（酸性）+花岗岩（酸性）胶接差钛酸钡（碱性）+酸性聚合物性能好钛酸钡（碱性）+聚碳酸酯（碱性）性能差现在是33页\一共有56页\编辑于星期四酸碱作用理论Fowkes★被胶接材料与胶粘剂按其电子转移方向划分为酸性或碱性物质；★电子给体或质子受体为碱性物质，反之则为酸性物质；★胶接体系界面的电子转移时，形成了酸碱配位作用而产生胶接力。现在是34页\一共有56页\编辑于星期四3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。网络结构过渡区的形成现在是35页\一共有56页\编辑于星期四贡献★线性高分子的胶接体系★轻度交联的高分子胶接体系可解释同种或结构、性能相近的高分子化合物的胶接作用。现在是36页\一共有56页\编辑于星期四提高扩散的措施降低分子量提高接触时间提高胶接温度现在是37页\一共有56页\编辑于星期四局限★不能解释金属和陶瓷、玻璃等无机物的胶接现象★无法解释聚甲基丙烯酸甲酯（Mw=9万，溶解度参数=9.24）和聚苯乙烯（Mw=3万，溶解度参数=9.12）各自以7.5%的溶液共溶于甲苯中，而它们的固相却互不扩散的现象。现在是38页\一共有56页\编辑于星期四4电子理论（双电层理论）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。静电引力的产生是相1电荷场相2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（<0.04MPa）对胶接强度的贡献可忽略不计无法解释用炭黑作填料的胶粘剂及导电胶的胶接现象无法解释由两种以上互溶高聚物构成的胶接体系的胶接现象不能解释温度、湿度及其它因素对剥离实验结果的影响现在是39页\一共有56页\编辑于星期四☆当胶接接头以极慢的速度剥离时，电荷可以从极板部分逸出，降低了电荷间的引力，减少了剥离时消耗的功☆当快速剥离时，电荷没有足够的逸出，粘附功偏高解释了粘附功与剥离速度有关克服了吸附理论的不足现在是40页\一共有56页\编辑于星期四5化学键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。化学键力比分子间力大得多。发生化学反应，形成化学键化学吸附发生条件现在是41页\一共有56页\编辑于星期四从粘接接头被破坏的情况来分析胶粘剂与被粘表面间形成的薄弱表面层对粘接强度影响很大，必须尽可能除去弱界面层理论粘接作用与材料、胶粘剂的极性有关极性材料要用极性胶粘剂粘接非极性材料要用非极性胶粘剂粘接极性理论配位键理论粘接时，微布朗运动促使胶粘剂分子中带电荷部分（通常是带孤对电子或电子的基团，如—OH、—NH2、—CN、—COOH等）与被粘材料（如金属离子、金属原子、缺电子链节等)带相反电荷部分之间形成配价键（距离小于5×10-10m)现在是42页\一共有56页\编辑于星期四7.2粘接技术接头设计胶粘剂选择工艺方法表面处理胶接强度现在是43页\一共有56页\编辑于星期四7.2.1粘接接头的设计粘接接头：被粘接材料通过胶黏剂进行连接的部位。粘接接头的结构形式很多。从接头的使用功能、受力情况出发，有以下几种基本形式。现在是44页\一共有56页\编辑于星期四粘接接头的基本形式（1）搭接接头（lapjoint）：由两个被粘接部分的叠合，粘接在一起所形成的接头现在是45页\一共有56页\编辑于星期四(2)面接接头（surfacejoint）两个被粘接物主表面粘接在一起所形成的接头

现在是46页\一共有56页\编辑于星期四(3)对接接头（buttjoint）被粘接物的两个端面与被粘接物主表面垂直现在是47页\一共有56页\编辑于星期四(4)角接接头（anglejoint）两被粘接物的主表面端部形成一定角度的粘接接头现在是48页\一共有56页\编辑于星期四接头胶层在外力作用时，有四种受力情况。（a）均匀扯离

（b）剪切

（c）剥离

（d）不均匀扯离现在是49页\一共有56页\编辑于星期四①拉应力：外力与粘接面垂直，且均匀分布于整个粘接面。②剪切力：外力与粘接面平行，且均匀分布于粘接面上。③剥离力：外力与粘接面成一定角度，并集中分布在胶接面的某一线上。④劈裂力（不均匀扯离力）：