(优选)胶接界面化学胶粘剂与涂料
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• 木材表面纤维横断面的形状：是产生机械胶接力的源泉， 机械胶接力是通过湿润和吸附作用而得到的。
14
弱界面层
当被胶接的材料、胶粘剂及环境中的低分子物或 杂质等，通过渗析、吸附及聚集等过程，在部分或 全部界面内产生这些低分子物的富集区，这就是弱 界面层。胶接力在外力作用下的破坏，必然发生于 弱界面层，这就是胶接破坏中的界面破坏，并使胶 接强度严重下降的原因。
通常说：固化！
23
固化？
硬化？
•流动：这是胶粘剂浸透到固体间并嵌入空隙中的过程。 在此关系到胶粘剂粘性等流变学的性质。
•润湿：为了使胶粘剂能够浸润固体空隙，并润湿固体 表面，胶粘剂对固体的接触角必须要在90°以下。
3
扩散、粘接、吸附：这个过程是与润湿平行发生 的，它按照在多成分系高分子中，链段是通过界 面自由能变成最小来吸附和取向的规则形成胶接 层结构的。 固化：由于聚合、溶剂的挥发、冷却等作用，胶 粘剂固化后形成所需强度的过程。 粘接体系的变形和破坏：这是在实际使用直至破 坏的过程。
4
因此，对于有机高分子等低表面能固体来讲，S = SV，则
S = SL + LV cos
（3—1）
当 =180°，cos = －1，表示胶液完全不能浸润被
胶接固体的状态，不可能。
当 = 0°，cos = 1，代表完全浸润状态。当体系接
近完全浸润状态时，式（3—1）可表示为
S －（SL + LV ）≥0
设 = S －（SL + LV ），并称为铺展系数。用于
描述浸润特性。
5
3.1.2 固体表面上液体的平衡
SV = LV cos + SL S = SV +π
式中：SV ── 固/气界面张力； LV ── 液/气界面张力； SL ── 固/液界面张力； S ── 在真空状态下固体
的表面张力；
Young公式
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弱界面层的产生条件
• 胶粘剂与被胶接材料间的胶接力主要来源于物理吸 附作用； • 低分子物在胶粘剂与被胶接材料中有渗析行为，通 过渗析作用低分子物迁移界面形成富集区； • 低分子物对被胶接物的表面有比胶粘剂分子更强的 吸附力，使被胶接物的表面产生新的吸附平衡，并形 成低分子吸附层，对胶粘剂分子起了解吸作用。
9
(二)与胶粘剂相关的因素
＊化学构造 ＊分子量及分子量分布 ＊固体含量 ＊流动性 ＊粘附力 ＊粘弹性 ＊内聚力 ＊延伸率 ＊固化方法 ＊固化温度 ＊表面张力等
10
(三)与胶接材料相关的因素
＊木材的组织构造 ＊密度 ＊强度 ＊含水率 ＊表面张力 ＊表面粗糙度 ＊纹理 ＊纤维方向 ＊抽提物 ＊早晚材及边心材的物 理化学差异 ＊胶接面的吸附污染等
SV
LV 液滴
SL
π——吸附于固体表面的气体膜 图1—1 液体在固体表面上的浸润状态 压力，也称吸附自由能。对于有机
高分子等低表面能固体，可以忽略
不计。
6
对于一般有机物的液/固体系，SL可忽略不计，则有 S ≥ LV 胶接体系只有满足上述条件，才有可能出现cos = 1，
从而获得形成良好胶接接头的必要条件，即是选择胶 粘剂时的必要条件，即被胶接物表面能大于或等于胶 粘剂的表面能。
（优选）胶接界面化学胶粘剂 与涂料
本章主要内容
胶接界面化学 影响胶接强度的因素 胶接结构的耐久性 胶粘剂的基本条件 木材胶粘剂的选择
2
3-1 胶接界面化学
3.1.1 胶接的主要过程
•胶粘剂的液化：因为胶粘剂要浸润到固本间的空隙中， 故它必须是可自由改变形状的液体。因此，可用单体 或预聚物、溶液或乳液、熔融聚合物。
11
(四)与胶接工艺相关的因素
＊涂胶量 ＊陈化时间 ＊加压压力 ＊加压时间 ＊胶接温度等ຫໍສະໝຸດ 12影响胶接强度的因素
被胶接物的 表面状态
弱界面层
胶层厚度 胶接强度
胶粘剂的 固化
分子量及分 子量分布
内应力
交联度
极性
木材比重 纤维方向 抽提成分
13
被胶接物的表面状态
• 表面粗糙度：是产生机械胶接力的源泉，机械胶接力是 通过湿润和吸附作用而得到的。 粗糙度系数R ，有效胶接面积 ，胶接强度 ，但随后R 的 ，胶接强度反而 其它因素：加压、表面润湿难易程度、材料比重。
20
DeBruyne认为：
可能得到 很高的 胶接强度
非极性 胶粘剂
胶接
非极性 材料
极性
极性
胶粘剂 胶接 材 料
21
分子量及分子量分布
胶粘剂的分子量 （聚合度）
• 胶粘剂性质（如固化速度） • 胶接强度 • 向被胶接材料渗透的速度
分子量相同，而分子量分布 不同，其胶接强度也是不同的
22
胶粘剂的固化 • 硬化：胶粘剂通过干燥、结晶等物理过程而变 硬的现象。物理过程。 • 固化：胶粘剂通过化学反应（聚合、缩聚等） 提高强度等性能的过程。化学过程。
实际上LV 和cos 是可以通过实验测定，而S 和SL的
测定是非常困难的，可通过临界表面张力来解决。
7
A. 对胶接体完全浸润状态
B. 对胶接体完全不能浸润状态
图 液体胶粘剂对被胶接体的浸润状态
8
3-2 影响胶接强度的因素
影响胶接力产生的因素 (一)与界面相关的因素
＊湿润 ＊接触角 ＊被胶接体的临界表面张力 和胶粘剂的表面张力的关系 ＊胶接张力 ＊胶接功 ＊扩散系数 ＊界面张力 ＊溶解度参数 ＊固化后的胶粘剂和被胶接 材的临界表面张力的关系等
17
类型及措施
收缩应力
• 降低官能团浓度 • 加入高聚物增韧剂 • 加填充剂（填料）
热应力
• 较低的固化温度 • 模量低、延伸率高的胶
18
交联度
交联度（即交联密度） 胶粘剂的内聚强度
交联点数目的增加 交联间距变短
交联分子长度变短
胶粘剂硬、脆
内聚强度降低
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极性
一般来说，随着胶粘剂极性的增强（或极性基团 的增多），胶接强度在开始时会增加，但到了一 定程度后，增加极性基团，胶粘剂的内聚强度增 大，胶粘剂不易流动，从而对被胶接材料湿润不 良，胶接强度下降。
16
内应力
来源
木材
• 胶层含水率梯度 • 邻近木材层含水率梯度 • 胶层酸或碱浓度梯度
（1）胶粘剂的固化或硬化过程中体积的收缩；
（2）胶粘剂与被胶接材料的热膨胀系数不同，在温度变化时 产生内应力；
（3）被胶接材料的各向异性，在水分变化时，由于收缩膨胀 的不同产生内应力；
（4）比重不同的被胶接材料，其体积的收缩膨胀有差异，在 大面积胶接中产生较大的内应力。
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弱界面层
当被胶接的材料、胶粘剂及环境中的低分子物或 杂质等，通过渗析、吸附及聚集等过程，在部分或 全部界面内产生这些低分子物的富集区，这就是弱 界面层。胶接力在外力作用下的破坏，必然发生于 弱界面层，这就是胶接破坏中的界面破坏，并使胶 接强度严重下降的原因。
通常说：固化！
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固化？
硬化？
•流动：这是胶粘剂浸透到固体间并嵌入空隙中的过程。 在此关系到胶粘剂粘性等流变学的性质。
•润湿：为了使胶粘剂能够浸润固体空隙，并润湿固体 表面，胶粘剂对固体的接触角必须要在90°以下。
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扩散、粘接、吸附：这个过程是与润湿平行发生 的，它按照在多成分系高分子中，链段是通过界 面自由能变成最小来吸附和取向的规则形成胶接 层结构的。 固化：由于聚合、溶剂的挥发、冷却等作用，胶 粘剂固化后形成所需强度的过程。 粘接体系的变形和破坏：这是在实际使用直至破 坏的过程。
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因此，对于有机高分子等低表面能固体来讲，S = SV，则
S = SL + LV cos
（3—1）
当 =180°，cos = －1，表示胶液完全不能浸润被
胶接固体的状态，不可能。
当 = 0°，cos = 1，代表完全浸润状态。当体系接
近完全浸润状态时，式（3—1）可表示为
S －（SL + LV ）≥0
设 = S －（SL + LV ），并称为铺展系数。用于
描述浸润特性。
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3.1.2 固体表面上液体的平衡
SV = LV cos + SL S = SV +π
式中：SV ── 固/气界面张力； LV ── 液/气界面张力； SL ── 固/液界面张力； S ── 在真空状态下固体
的表面张力；
Young公式
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弱界面层的产生条件
• 胶粘剂与被胶接材料间的胶接力主要来源于物理吸 附作用； • 低分子物在胶粘剂与被胶接材料中有渗析行为，通 过渗析作用低分子物迁移界面形成富集区； • 低分子物对被胶接物的表面有比胶粘剂分子更强的 吸附力，使被胶接物的表面产生新的吸附平衡，并形 成低分子吸附层，对胶粘剂分子起了解吸作用。
9
(二)与胶粘剂相关的因素
＊化学构造 ＊分子量及分子量分布 ＊固体含量 ＊流动性 ＊粘附力 ＊粘弹性 ＊内聚力 ＊延伸率 ＊固化方法 ＊固化温度 ＊表面张力等
10
(三)与胶接材料相关的因素
＊木材的组织构造 ＊密度 ＊强度 ＊含水率 ＊表面张力 ＊表面粗糙度 ＊纹理 ＊纤维方向 ＊抽提物 ＊早晚材及边心材的物 理化学差异 ＊胶接面的吸附污染等
SV
LV 液滴
SL
π——吸附于固体表面的气体膜 图1—1 液体在固体表面上的浸润状态 压力，也称吸附自由能。对于有机
高分子等低表面能固体，可以忽略
不计。
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对于一般有机物的液/固体系，SL可忽略不计，则有 S ≥ LV 胶接体系只有满足上述条件，才有可能出现cos = 1，
从而获得形成良好胶接接头的必要条件，即是选择胶 粘剂时的必要条件，即被胶接物表面能大于或等于胶 粘剂的表面能。
（优选）胶接界面化学胶粘剂 与涂料
本章主要内容
胶接界面化学 影响胶接强度的因素 胶接结构的耐久性 胶粘剂的基本条件 木材胶粘剂的选择
2
3-1 胶接界面化学
3.1.1 胶接的主要过程
•胶粘剂的液化：因为胶粘剂要浸润到固本间的空隙中， 故它必须是可自由改变形状的液体。因此，可用单体 或预聚物、溶液或乳液、熔融聚合物。
11
(四)与胶接工艺相关的因素
＊涂胶量 ＊陈化时间 ＊加压压力 ＊加压时间 ＊胶接温度等ຫໍສະໝຸດ 12影响胶接强度的因素
被胶接物的 表面状态
弱界面层
胶层厚度 胶接强度
胶粘剂的 固化
分子量及分 子量分布
内应力
交联度
极性
木材比重 纤维方向 抽提成分
13
被胶接物的表面状态
• 表面粗糙度：是产生机械胶接力的源泉，机械胶接力是 通过湿润和吸附作用而得到的。 粗糙度系数R ，有效胶接面积 ，胶接强度 ，但随后R 的 ，胶接强度反而 其它因素：加压、表面润湿难易程度、材料比重。
20
DeBruyne认为：
可能得到 很高的 胶接强度
非极性 胶粘剂
胶接
非极性 材料
极性
极性
胶粘剂 胶接 材 料
21
分子量及分子量分布
胶粘剂的分子量 （聚合度）
• 胶粘剂性质（如固化速度） • 胶接强度 • 向被胶接材料渗透的速度
分子量相同，而分子量分布 不同，其胶接强度也是不同的
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胶粘剂的固化 • 硬化：胶粘剂通过干燥、结晶等物理过程而变 硬的现象。物理过程。 • 固化：胶粘剂通过化学反应（聚合、缩聚等） 提高强度等性能的过程。化学过程。
实际上LV 和cos 是可以通过实验测定，而S 和SL的
测定是非常困难的，可通过临界表面张力来解决。
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A. 对胶接体完全浸润状态
B. 对胶接体完全不能浸润状态
图 液体胶粘剂对被胶接体的浸润状态
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3-2 影响胶接强度的因素
影响胶接力产生的因素 (一)与界面相关的因素
＊湿润 ＊接触角 ＊被胶接体的临界表面张力 和胶粘剂的表面张力的关系 ＊胶接张力 ＊胶接功 ＊扩散系数 ＊界面张力 ＊溶解度参数 ＊固化后的胶粘剂和被胶接 材的临界表面张力的关系等
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类型及措施
收缩应力
• 降低官能团浓度 • 加入高聚物增韧剂 • 加填充剂（填料）
热应力
• 较低的固化温度 • 模量低、延伸率高的胶
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交联度
交联度（即交联密度） 胶粘剂的内聚强度
交联点数目的增加 交联间距变短
交联分子长度变短
胶粘剂硬、脆
内聚强度降低
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极性
一般来说，随着胶粘剂极性的增强（或极性基团 的增多），胶接强度在开始时会增加，但到了一 定程度后，增加极性基团，胶粘剂的内聚强度增 大，胶粘剂不易流动，从而对被胶接材料湿润不 良，胶接强度下降。
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内应力
来源
木材
• 胶层含水率梯度 • 邻近木材层含水率梯度 • 胶层酸或碱浓度梯度
（1）胶粘剂的固化或硬化过程中体积的收缩；
（2）胶粘剂与被胶接材料的热膨胀系数不同，在温度变化时 产生内应力；
（3）被胶接材料的各向异性，在水分变化时，由于收缩膨胀 的不同产生内应力；
（4）比重不同的被胶接材料，其体积的收缩膨胀有差异，在 大面积胶接中产生较大的内应力。