胶接原理及常用胶接剂简介

固化机理：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。按其包 装形式可分为单组份和双组分两种。 单组分室温硫化硅胶固化机理：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 同可分为以下几种：
① 脱脂酸型 ② 脱肟型 ③ 脱醇型 ④ 脱丙酮型
表干时间 指将一个小的PE薄片（大约2cm*5cm）放置在胶粘剂的表面，
拿开时表面不会有黑色的残胶。产品本身仍有粘性，但不会在PE薄片上留有痕 迹。
拉伸强度 在垂直于胶层的载荷作用下，胶接试样破坏时单位胶接面所承
受的拉伸力 单位：Mpa、kgf/cm^2、psi 1 Mpa=10.194 kgf/cm^2=145.033 psi
导热率 热量从物体的一部分传导至另一部分，或从一物体传导至另一
物体，称为热传导。导热率是一表明物质热传导能力的性能参数。即在稳定 条件下，垂直于单位面积方向的每单位温度梯度通过单位面积上的热流。 单位：W/（m.k)、kcal/(m.h.℃） 1 kcal/(m.h.℃）=1.16 W/（m.k)
粘接薄型材料
降低成本 维持材料的整体性 无孔、洞等 既粘接又密封 工效提高
粘接不同材料
避免材料间的电化学反应
吸收热胀冷缩产生的应力
施工方便 外观漂亮
无焊接变形 无突出物
无疤痕
胶粘剂定义
定义：
胶粘剂又称粘合剂，简称胶（bonding agent，ashesive），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。 粘接技术：是借助胶粘剂在固体表面上所产生的粘合力，将同 种或不同种材料牢固地连接在一起的方法。
•膜状：将胶粘剂涂于基材上，呈薄膜装胶带
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的区别 •湿气固化：与空气中的水汽发生聚合反应达到固化。 •UV固化：光引发剂在紫外光照射下，形成自由基或阳离子从而引发胶 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：在催化剂作用下使粘合剂发生聚合反应达到固化
适用期 指配置的胶粘剂与密封剂能维持可实用性的时间。
对单组份空气固化的胶粘剂与密封剂，则是指将它挤出暴露在空气中适合涂 布组装的最短时间。 双组分胶粘剂的试用期一般指粘度增加一倍的时间。
催化剂中毒 催化剂因与其他材料反应而是去反应活性。
温度冲击 又称高低温交变试验 high-low temperature cycles test ，使胶接试
胶接技术及原理
Charles Fu
Cherse_1981@tom.com 2012.02
Topic1
• 胶接定义及发展史 • 胶粘原理及影响因素
Topic2
Topic3
• 胶粘剂一般术语 • 胶粘剂分类
• 合成胶粘剂特性、固化机理及应用 • 胶带力学性能测试方法
Topic4
Topic5
参考资料一
Topic1
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（potting & Encapselation）
•敷型涂敷（Conformal Coating）
•底部填充胶（Underfill）
•顶部包封（Glob top）
按受力情况（受拉力、剥离力、剪切力等） •结构胶 •非结构胶
粘接剂
非结构性粘结：主要指表面粘涂、 密封和功能型粘接等。
粘结过程
润湿：为使被粘物表面 易被润湿，需清洗处理， 除去油污。
物理化学结合：化学键 结合，范德华力结合。
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。
粘胶剂的渗透：粘接时 胶粘剂间向被粘物的缝 隙渗透，从而增大了接 触面积。
环氧胶粘剂
优点
• 高粘接性
缺点
• 固化物性脆，伸长率小
粘接剂
胶粘剂历史
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多年后依然固定在一起。进入20世纪，人类发明 了应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。
胶粘剂近现代史
• 20世纪初至30年代为诞生阶段 1907年 L. H. Baeke land 首次发明酚醛树脂； 1912年美国研制成功酚醛胶粘剂 • 20世纪30年代至60年代末为发展阶段 1937年 A. G. Bayer 公司开发出聚氨酯 1943年有机硅胶粘结剂投入生产 1946年 Ciba Geigy 公司试制成功双酚A环氧树脂 1953年乐泰公司年制成厌氧胶 1955年 Eastaman 公司开发出 α-氰基丙烯酸（瞬干胶） • 20世纪70年代至90年代末为完善阶段 胶粘剂的研制趋于功能化、高性能化、专用品级化和规模化发展
最终粘性 驻留时间 72h/70c
粘接面受外力的种类 粘结面受外力的种类
剪切
正拉
杠杆力或劈裂力
剥离力
接头破坏模式
粘接失败
胶层破坏
被粘物破坏
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• 合成胶粘剂特性、固化机理及应用 • 胶带力学性能测试方法
样承受规定的高、低温周期交变后，检测其性能变化的实验。
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胶粘剂分类 按化学类型分类 •无机胶粘剂（如高温水泥）
它的大小反映出材料本身的软硬程度。 邵氏硬度，一般常用等级为 shore D 、A、 00，软硬程度依次递减，00级别一 般使用在凝胶类非常柔软的物体上，A级别类似橡胶带有弹性的软硬程度，D级 别描述坚硬的物体。具体硬度以数字表示，如80D、20D、60A、30 00等，同级 别下数值越大表示越硬。级别之间没有转换的公式，一般可以认为90A≈20D
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胶接与机械固定相比的五大优点 胶接与机械固定相比的五大优点
接头有韧性 吸收能量 避免接头处的应力集中 分散应力 抗冲性能好
1 Pa.s=1000mPa.s=1000cps=10ps 在润滑产品的参数表示中，粘度用运动粘度来表示，单位为厘斯特（cSt） 和平方米/秒（m^2/s). 1cSt=10^-6m^2/s=1mm^2/s 动力粘度=运动粘度*密度
固化 通过化学反应使胶粘剂具有强度性质的过程 硬度 表示它抵抗外力压入的能力，也就是后所材料对刚性物压入时的阻力，
•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： ① Epoxy ② Pu ③ Silicone
④ Acrylic
⑤ Etc
按物理形态分类 •水基型：基料分散于水中形成水溶液或乳液，水挥发而固化 •溶液型：基料在可挥发溶剂中配成一定粘度的溶液，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。 •固体状：把热塑性合成树脂制成粒状或块状，加热熔融，冷却时 固化。
剪切强度 在平行于胶层的载荷作用下，胶接试样破坏时，单位胶接面所
承受的剪切力。
单位：Mpa、kgf/cm^2、psi
1 Mpa=10.194 kgf/cm^2=145.033 psi
剥离强度 在规定的剥离条件下，使胶接试样分离时单位宽度所能承
受的载荷。 单位：KN/mm、ppi 1 KN/mm=175ppi
粘结的主要形式：结构性粘接和非结构性粘接
结构性粘接：将结构单元牢固地 固定在一起的粘接现象。
粘接剂
非结构性粘结：主要指表面粘涂、
密封和功能型粘接等。
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双组分室温硫化硅胶固化机理：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。
加成型固化机理：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。
有机硅产品应用
Topic4
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胶粘剂一般术语 粘度 液体的内摩擦力
粘度的度量方法分为绝对粘度和相对粘度，我们一般常用的是绝对粘度。
绝对粘度又分为动力粘度和运动粘度。 在我们粘胶剂的参数表示中，粘度用动力粘度来表示，单位为泊（ps）或
厘泊（cps）。我们常用的单位还有帕.秒（Pa.s）和毫帕.秒（mPa.s）。
介电强度 是一种材料作为绝缘体时的电强度的量度。它定义为试样被击
穿时，单位厚度承受的最大电压，表示为伏特每单位厚度。 测定方法：通常采用短时间法，加在两电极间的电压从零开始以相同的速率上 升，直至介质被击穿。 单位：kV/mm、V/mil 1kV/mm=25.374V/mil
体积电阻率 指某材料单位厚度上的直流压降与单位面积上通过电流之比。
源自文库
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粘结的主要形式： 结构性粘接和非结构性粘接
结构性粘接：将结构单元牢固地 固定在一起的粘接现象。
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合成胶粘剂特性、固化机理及应用
在实际使用中，多按照胶粘剂的化学成分对其进行识别。而相对无机胶粘 剂和天然胶粘剂而言，合成类有机胶粘剂的特性以及固化机理均比较复杂， 下面针对这类胶粘剂进行具体的讲解。 A. 有机硅类胶粘剂 --Silicone B. 环氧类胶粘剂 --Epoxy C. 聚氨酯类胶粘剂 --Pu D. 丙烯酸类胶粘剂 --Acrylic
润湿机理
润湿方程和接触角
5. 工序条件： 时间，温度，压力，湿度等。
如何取得最大的接触面积 时间
胶需要时间流动
温度
高温可以减低胶的黏性 促进胶的流动性 促进胶对被粘物的浸润
压力
促进胶的流动性 促进胶对被粘物的浸润 避免气泡的产生
湿度
适当湿度可促进或减缓固化反应时间
初粘力与终粘力
初期粘性 无驻留时间
E. 橡胶型胶粘剂 --Etc
有机硅胶粘剂
优点 • 优越的高低温性能（Tg 120℃） •低应力
缺点
• 机械性能差
•耐候性能差 •耐强酸碱性差 •耐油耐溶剂性能差 •高透水性能
•抗震性能好
•优越的电性能
•优异的耐候性
•不易燃
有机硅胶固化机理
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。
影响粘结强度的因素：
1. 粘结剂的内聚强度； 2. 被粘材料的内聚强度； 3. 粘结剂与被粘材料之间的粘合力。
粘 接 力 和 内 聚 力
粘接力 存在两种不同表面之间的吸引力
内聚力 材料自身分子之间的吸引力
4. 基材条件：
① 基材（表面能）：表面能越大，基材润湿性约好，越易粘结。
② ③ 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； 表面的清洁：表面需除去污渍和油脂等污染物。
测定方法：将标准规格的式样置于两电极之间，60秒的时间内，加500伏特的 电压并测量电阻，计算提及电阻率。 单位：ohm.cm
玻璃化转变温度（Tg） 是指高分子材料开始从玻璃态（刚性）向
橡胶态（柔软）转变的温度。 特别是对于环氧这类固化后比较坚硬的胶体，在电子行业中，一旦超过Tg点 后，胶体的电性能会有所下降。