胶水粘接原理

胶水粘接原理2008年03月25日 星期二 15:011、机械理论 机械理论认为，胶粘剂必须渗入被粘物表面的空隙内，并排除其界面上吸附的空气，才能产生粘接作用。在粘接如泡沫塑料的多孔被粘物时，机械嵌定是重要因素。胶粘剂粘接经表面打磨的致密材料效果要比表面光滑的致密材料好，这是因为（1）机械镶嵌；（2）形成清洁表面；（3）生成反应性表面；（4）表面积增加。由于打磨确使表面变得比较粗糙，可以认为表面层物理和化学性质发生了改变，从而提高了粘接强度。 lG0CCOdQ
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2、吸附理论吸附理论认为，粘接是由两材料间分子接触和界面力产生所引起的。粘接力的主要来源是分子间作用力包括氢键力和范德华力。胶粘剂与被粘物连续接触的过程叫润湿，要使胶粘剂润湿固体表面，胶粘剂的表面张力应小于固体的临界表面张力，胶粘剂浸入固体表面的凹陷与空隙就形成良好润湿。如果胶粘剂在表面的凹处被架空，便减少了胶粘剂与被粘物的实际接触面积，从而降低了接头的粘接强度。 aE ) 1LP
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许多合成胶粘剂都容易润湿金属被粘物，而多数固体被粘物的表面张力都小于胶粘剂的表面张力。实际上获得良好润湿的条件是胶粘剂比被粘物的表面张力低，这就是环氧树脂胶粘剂对金属粘接极好的原因，而对于未经处理的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯和氟塑料很难粘接。 g $e|y#Ic$
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通过润湿使胶粘剂与被粘物紧密接触，主要是靠分子间作用力产生永久的粘接。在粘附力和内聚力中所包含的化学键有四种类型： U 5j 4iz'
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（1） 离子键 `- U ?H
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（2） 共价键 q 0a b]g+
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（3） 金属键 _&gO >G,uy
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（4） 范德华力 T,/< 'cl"
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3、扩散理论 扩散理论认为，粘接是通过胶粘剂与被粘物界面上分子扩散产生的。当胶粘剂和被粘物都是具有能够运动的长链大分子聚合物时，扩散理论基本是适用的。热塑性塑料的溶剂粘接和热焊接可以认为是分子扩散的结果。 |O m] [ z
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4、静电理论 由于在胶粘剂与被粘物界面上形成双电层而产生了静电引力，即相互分离的阻力。当胶粘剂从被粘物上剥离时有明显的电荷存在，则是对该理论有力的证实。 w0 =/V[ fs
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5、弱边界层理论弱边界层理论认为，当粘接破坏被认为是界面破坏时，实际上往往是内聚破坏或弱边界层破坏。弱边界层来自胶粘剂、被粘物、环境，或三者之间任意组合。如果杂质集中在粘接界面附近，并与被粘物结合不牢，在胶粘剂和被粘物内部都可出现弱边界层。当发生破坏时，尽管

多数发生在胶粘剂和被粘物界面，但实际上是弱边界层的破坏。 WT, dTn;W
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聚乙烯与金属氧化物的粘接便是弱边界层效应的实例，聚乙烯含有强度低的含氧杂质或低分子物，使其界面存在弱边界层所承受的破坏应力很少。如果采用表面处理方法除去低分子物或含氧杂质，则粘接强度获得很大的提高，事实业已证明，界面上确存在弱边界层，，致使粘接强度降低。
























发布日期：[2006-10-21] 共阅[2449]次

粘接工艺的程序和内容：

关于粘接工艺的程序和内容可如下表示：

确定接头——选定胶粘剂——表面处理——（配胶）——涂胶——晾置

合拢——清理——（初固化）——固化——（后固化）——检查——（加工）

注：括号表示可有可无。

现按粘接工艺的程序，将内容逐一简述如下：

　1．确定粘接接头：

由接头的力学特性可知，它的抗拉、抗剪和抗压强度比较高，而剥离、抗弯和抗冲击强度比较低。因此，从力学角度考虑，选择（或设计）粘接接头形式的基本原则是：

　①尽可能承受或大部分承受切应力，因抗剪强度比较高，也容易实现，故适于采用平板搭接或斜接形式。

　②尽可能避免剥离和扯离力的作用，若难以避免，可采用适当的加固措施，如端部包扎、端部加宽、端部加固、端部加铆等。

　③尽可能增大粘接面积，提高接头承载能力，如采用V形斜接、台阶对接和嵌接形式。

　④尽可能防止层压材料的层间剥离。对于层压材料的粘接，应采用斜接形式。

　⑤尽可能采用粘接连接和机械连接兼而有之的混合接头。

　2．选定胶粘剂：可参考“如何正确选用胶粘剂”

　3．表面处理：

被粘物的表面处理如何，会直接关系到粘接强度的高低和耐久性的好坏，是粘接工艺中不可忽视的重要环节。不经表面处理，胶粘剂将涂在油污、水层或污物上，根本无法粘住。

要获行牢固的粘接，首要条件是胶粘剂对被粘物完全浸润，这就要求被粘物有最佳的表面状态，使之与胶粘剂形成的粘接力超过胶层的内聚力，为此，就要对被粘物的表面进行适当的处理。虽然SGA和厌氧胶原则上不需要表面处理，但处理后的表面，其粘接强度还是有所提高。总之，不论使用何种胶粘剂，对任何性质的被粘物都应进行适当的表面处理，从而获得清洁、干燥、粗糙、活性的表面，以提高粘接强度。

　（1）表面处理的重要性：

①由于机械加工和防腐的需要，金属表面常附有大量的油脂；塑料和橡胶制品在加工过程会带上脱模剂、润滑油等；一般物体上都会

涂上漆层；这些物质存在于被粘物的表面，会妨碍胶粘剂对被粘物的浸润。

②由于空气和环境的污染，金属会腐蚀生锈，被粘物表面会落在灰尘、积成污垢，这些物质形成隔离层，也会影响胶粘剂对被粘物的浸润。

③金属、玻璃、陶瓷、木材、金属氧化物等都是亲水物质，在空气中慢慢地会覆盖上一层薄薄的水膜；固体物质的表面能较高，而且表面实际上都是粗糙多孔的，容易吸附水汽和其它气体，所有这些均会影响胶粘剂对被粘物的浸润。

④一些难粘的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等，经表面处理后，就可变为用一般胶粘剂也可粘接的塑料。

⑤表面适当粗糙，可以增大粘接的面积，提高粘接强度。

总之，表面处理就是要改变被粘物的表面状态，获得清洁、干燥、粗糙活性的表面，以实现牢固的粘接。

　（2）表面处理的方法：对于不同性质的被粘物和不同的工况，表面处理的具体方法并不是一样的，可分为一般方法、化学方法和物理方法三种，现简介如下：

①一般方法：首先用水洗的方法或用棉纱、干布初步把表面的污物、灰尘和厚油脂清除掉；对于微小的被粘物也可用超声波洗涤。然后脱脂去油，以丙酮、汽油、甲苯、四氯化碳、三氯乙烯或丁酮等有机溶剂擦拭、浸渍、喷洗或用溶剂蒸汽脱脂，都可除去矿物油、植物油和动物油等，若采用碱液去油，只对去除动物油、植物油有效。再后除锈化，即用锉削、打磨、粗车和喷砂等方法除去表面锈蚀及氧化物，并使表面粗化，但不能粗糙过度。喷砂方法效果最好，不仅除去锈蚀、粗化表面，而且提高被粘物表面能，使粘接强度增大。最后用毛刷、干布或压缩空气清除表面的沙粒或残屑，并再次用溶剂擦拭，进一步除去油污，随即干燥备用。极大多数粘接均采用这种方法。

②化学方法：这种方法通过氧化、接技、交联、置换等化学反应，使被粘物表面引入化学基因，而提高粘接强度。具体说来有以下方法：

A．酸蚀法。将经过处理的被粘物，放入一定种类和一定浓度的酸溶液中，浸泡一定时间，然后清洗干净。

B．预涂偶联剂。可改变表面性质，提高粘接强度和耐久性。

C．阳极化。有磷酸阳极化、硫酸阳极化和铬酸阳极化等几种。

D．保护处理。将已处理好的被粘物表面涂上底胶，以起到防水、防污染等作用。底胶虽不能直接提高粘接强度，但能保证强度不会降低。

③物理方法：这种方法主要用于非极性的高分子材料。具体有以下几种方法：

A．放电处理：在真空或惰性气体环境中，进行高压气体放电，使表面氧化或交联，产生极性表

面。根据使用的装置和放电条件，放电处理有电晕、电接触、电弧、辉光、等离子等方法。可适用于聚烯烃材料。

B．火焰处理：即以可燃气体燃烧的火焰在被粘物表面上进行瞬间高温燃烧，使表面发生氧化反应。例如用氧-乙炔火焰（气焊枪）处理难粘塑料表面后，便可用一般胶粘剂粘接。

C．辐射处理：利用高能射线，如X光射线或γ射线促使被粘表面氧化、接技、交联等。

不同的表面处理，对粘接强度的影响也是不相同的。

　（3）表面处理的检验：表面处理的是否干净？浸润是否良好？最简便的检验方法是水膜法，即在处理后

的被粘物表面洒上水，若是清洁的表面，水能蔓延铺展成连续的水膜，反之，若出现水滴滚动或水膜破裂，便说明表面污染不洁，胶粘剂对被粘物不能良好的浸润。

　（4）表面处理的有效期：表面处理后未涂底胶的被粘物最好马上粘接，不要放置过久，其有效期对于不同的材料，不同的处理方法是各不相同的。

　4．配胶：

胶粘剂可有多种不同的状态，有液态、糊状、膏状、粉状、胶棒、胶条、胶膜、胶带、单组分、双组分、多组成等等。其中热熔胶和压敏胶可直接拿来使用，单组分的胶粘剂也无需配调，但是如果含有比重大、易沉淀的填料，使用前应搅拌均匀。

对于双组分或多组分胶，使用前应按规定比例，现用现配，根据适用期长短确定配胶量，用多少配多少，以免造成浪费。

对于自行配制的胶粘剂，应按已知配方计算正确，称量准确，搅拌均匀。

配胶所用的器具必须干燥，未用的各组分胶切忌渗混。

　5．涂胶：

就是将胶粘剂以适当的方法涂布于被粘物表面的操作。要得到理想的粘接强度，必须使胶粘剂很好地浸润被粘物表面，否则任何孔隙都会形成应力集中，而降低粘接强度，这就要求正确涂胶。

对于热熔胶，应用热熔胶枪涂胶；对于粉状胶，可进行喷洒；对于胶膜应在溶剂未完全挥发之前贴上，滚压或指压；对于液体、糊状、膏状胶粘剂，可用涂刷、喷胶、注胶、浸胶、刮胶、滚胶及漏胶等方法涂布。其中，刷胶最普通，即用刷子或毛笔蘸取胶液涂布到被粘物表面，顺着一个方向，不要往复，速度要快，以防带进气泡。尽量均匀一致。厚度要适宜（0.05～0.50mm）。一般来讲，在保证不缺胶的情况下，胶层尽可能薄些。

涂胶量和涂胶遍数，应视胶粘剂和被粘物不同而异，它是影响粘接强度很重要的因素，一般抗剪强度是随胶层的厚度减少而提高。剥离强度则相反。涂胶遍数与胶粘剂的性质和胶层厚度有关，如对于无溶剂的环氧胶涂一遍即可，而多数有溶剂的

胶粘剂都要涂2～3遍，头遍胶尽量薄些，待溶剂挥发尽后再涂下遍胶。对于多孔材料的粘接，要适当增加涂胶量和涂胶遍数。如果能预热被粘材料，采用热涂胶，则粘接效果更好。因为热涂胶时，胶粘剂的粘度降低，有利于浸润，且流动性增加，易于渗入被粘物表面的缝隙、微孔之中，能够形成良好的界面接触，同时，也为形成化学键创造条件。热涂胶法，会使粘接强度大大提高。

若胶粘剂粘度过大，不仅不利于涂胶，而且不易浸润、渗透、难以保证粘接性能，必须用适当的溶剂稀释后再进行涂胶。

就涂胶面而言，原则上每个被粘物表面都应均匀涂胶，以保证充分的浸润，但对于大面积、强度要求不高的粘接，也可采用点涂或线涂或点、线涂并用的方法来涂胶，这样既省胶又省工。

　6．晾置：

无溶剂的胶粘剂在涂胶之后，虽说可立即进行胶合，但最好在室温中稍加晾置，这样有利于排除空气，流均胶层，增加粘性，然后再胶合。

有的无溶剂胶粘剂晾置是不可缺少的，如502胶必须晾置片刻，以吸收空气中的微量水份，引发聚合，实现固化。

含溶剂的胶粘剂必须晾置一定时间，让溶剂挥发完后再胶合，否则固化后胶层结构松散。因有气孔而使粘接强度大大下降，导致发生脱胶。

不同类型的胶粘剂，不同种类的溶剂，不同溶剂的含量，其晾置的时间是不同的，一般来讲，在10～30min之间。晾置时间不宜过长，也不宜过短，长则胶层表面结膜，失去粘性，短则残留溶剂，粘接强度下降。

晾置，均在室温下进行，但有些胶粘剂在室温晾置后，还要烘干，如酚醛-缩醛胶粘剂，在室温晾置后还要在60～70℃下烘干。

晾置的环境湿度要低，无尘埃污染，空气要流通，尤其是湿度，越低越好，不然，溶剂挥发以后，表面温度降低，空气中的水汽凝结于表面，对粘接强度十分不利。

但必须指出，切忌晾置过度，否则胶粘剂粘性会失去。

　7．合拢：

又称装配、胶合或粘合，即将两被粘物表面涂胶后经过适当晾置紧密贴合在一起，并对正位置。对于无溶剂合拢后最好来回错动几次，以增加接触，排空空气，调均胶层，如发现缺胶或有缝，应及时补胶填缝，合拢之后压出微量胶液为好。

对于橡胶型胶粘剂，合拢时应一次对准位置，不可错动，用圆棍压或木锤打，然后压平，排除空气，使之紧密接触。

　8．清理：

在粘接过程中，难免会有些残胶溅至被粘物非粘接表面，这不仅外观不好，而且会影响装配尺寸。为了保证外观和装置顺利，并减少固化后清理难度，合拢后固化前应将残留或多余的胶清除掉。

　9．初

固化：

也称凝胶，就是将胶粘剂在室温下放置一定时间，使其初步进行固化反应，增大粘度，以致凝胶，这对室温固化的胶粘剂便是合二为一的事情。而对高温固化的胶粘剂，这一步也很重要，如果粘接、合拢后马上进行加热固化，胶液粘度会骤降，可能发生流胶，也可能使粘接位置错动。

　10．固化：

就是胶粘剂通过溶剂挥发、熔体冷却、乳液凝聚等物理作用，或通过缩聚、加聚、交联、接技等化学反应，使其胶层变为固体的过程。固化是获得粘接性能的最后一步，对粘接强度影响极大。

在固化过程中，温度、压力、时间是固化工艺的3个重要参数。每一参数的变化对粘接强度都有直接的影响。不同的胶粘剂，要求固化的条件不同，有的可室温固化；有的要加温固化；有的需加压固化；有的指压即可固化；有的瞬时即可固化；有的需很长时间才能固化；有的需加温、加压才能固化。

每一种胶粘剂都有特定的固化温度，温度和固化时间又有一定的关系。固化温度高，需要时间短，反之则时间长。但低于固化规定温度，时间再长，固化过程也无法完成。高于固化规定温度，虽然固化时间缩短，但因固化速度太快，胶层变脆，粘接性能下降。

一般来说，低于室温固化的胶粘剂，若条件允许，可加热固化，不仅时间缩短，粘接强度提高，还会提高耐热和耐老化性。当然，加热温度不得超过该胶粘剂规定的最高温度。

加热的方法可以用电烘箱、电吹风、干燥窑、红外线、远红外、高频电加热等。

加热固化的胶粘剂，最好分阶段升温。固化后，要缓慢降温冷却，尽量减少因温度变化所产生的内应力，以防止变形，这对于薄形被粘物或线膨胀系数相差较大的被粘物尤重要。

固化时施加一定的压力，应该说对所有胶粘剂都是必要的，因为加压有利于胶粘剂的扩散渗透，与被粘物紧密接触，有助于排除气体、水份、避免产生气泡、孔隙而使胶层均匀及被粘物位置固定。

压力的大小与胶粘剂的种类有关，如环氧胶粘剂，只要求接触压力即可；酚醛-树脂胶粘剂或用其成分的改性胶粘剂则至少需要0.3MPa的压力。

加压时用专门工具，加压方法有锤压、滚压、机械压力、液压机及真空加压等等。

加压适当，均匀，压力太小不起作用；太大会挤出胶液，造成缺胶而降低粘接强度。

加压时最好逐步增压，开始时因胶粘剂粘度较低，压力可低一点，然后再逐渐升至规定的压力。

无论是靠化学反应还是物理反应来完成胶层的固化，都需要一定的时间。用于胶粘剂的种类不同，所需的时间差异很大，况且升高温度、增加压力

都会使固化时间缩短。为了固化完全，得到最大的粘接强度，必须保证有足够的固化时间。

总之，无论哪一种胶粘剂，都要根据其最佳固化条件来进行固化，才能得到最大的粘接强度。

　11．后固化：

又称热处理，是固化后的粘接件，放在一定的温度下，保持一定的时间，以起到补充固化的作用。这样做可消除内应力，提高粘接强度。对于使用条件要求高的粘接件，一定要进行后固化。

　12．检查：

对于固化后的粘接件，应进行一次全面的检查。首先是看胶粘剂是否固化完全，其次是轻敲后是否会脱开，并观察有无裂缝、气孔和缺胶，再就是注意位置有无错误，还可以进行密封性检查。

对于大面积和大型制件的粘接，应用X线或超声波进行无损探伤。对于大量的粘接件，应进行抽测，作破坏性试验，并实测粘接强度，以检查是否牢固可靠。

　13．加工：

有的粘接件，如机床导轨拉伤后进行的粘接，在其粘接固化后，还要根据技术要求进行机械加工。

综上所述，虽然粘接工艺比较简单，但却相当重要。例如同样的粘接工作，有的成功了，有的失败了，根本原因就在于具体工艺上的差别。因此，粘接工艺的合理与否，往往是粘接成败的关键。

总之，要获得牢固的粘接，首先是确定粘接接头的型式；其次是选定胶粘剂的品种；再次是施行正确的粘接操作。三者必须兼顾配合，不可偏废。