胶粘剂基础知识

橡胶型 —— 氯丁橡胶，丁腈橡胶，丁苯橡胶，丁基橡胶，聚硫橡胶，羟 基橡胶，有机硅橡胶，热塑性橡胶
复合型 —— 酚醛，聚乙烯醇缩醛，酚醛-氯丁橡胶，酚醛丁腈橡胶，环 氧-丁腈橡胶，环氧-聚酰胺，环氧-酚醛，环氧-聚氨酯
形态分类：
水 溶 液 —— 聚乙烯醇，纤维素，脲醛树脂，酚醛树脂， 硅酸钠
溶
液 —— 硝酸纤维素，醋酸纤维素，聚醋酸乙烯，氯
F
D — 实测胶接强度
E、F — 测试缺陷 引起的正负偏差
理论粘接力与实际粘接力关系示意图
物理影响因素：
• 糙度与表面形态
被粘材料表面洁净，粗糙度大，可增大粘接面积，提高机械粘接 力而增大粘接强度。
但若胶对材料的润湿不好（润湿角≥90。），凹凸处润湿不均匀， 粘接面积变小，故粗糙度大对粘接不利。
• 弱界面层
酰胺型
CH3
C CH2
O
CH2
CH3 Si O C CH3
O
C CH2 CH3
酮型
固化：
R
CH3 Si R + H2O R
R
R'
CH3 Si OH + HO Si
R
R'
R CH3 Si OH +
R
RH ( )
R
R'
CH3 Si O Si
R
R'
+ H2O
B. 加成型 含乙烯基双键的聚硅氧烷预聚物，在催化剂作用下与 含硅氢键的低聚聚硅氧烷进行加成而固化。
•价格适中 •良好的间隙填充能力 •强度高,可填充金属粉末 •多种配方 •适用范围及广 •良好的耐温和溶剂能力
•价格适中 •金属表面强度高 •室温下快速固化 •耐温及耐溶剂性能好 •粘度范围广 •无毒,无需混合 •容易施胶 •容易实现自动化
•两组分混合及比例要求严格 •单组分通常需要冷藏储存及加热固化 •固化较慢 •须特殊的设备进行测量混合及涂胶
可解释：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 （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。
粘接作用的原理
吸附作用和吸附理论 粘接是由两材料间分子接触和界面力产生所引起
的，包括氢键力和范德华力。
粘接良好的要求：要使胶粘剂润湿被粘物表面，以分子
CH3 CH3
R
CH2 C
C CH2
R
C OC O
O R1 O R1
CH3
CH3
R
CH2 CH + C CH2
R
CO
CO
O R1
O R1
(4) RTV室温硫化硅橡胶
A. 湿气固化型 交联剂与空气中湿气反应生成活泼羟基，与低聚聚硅 氧烷的活泼羟基反应进行固化
CH3 CO
O
O
CH3 Si O C CH3 O
•价格高,填充间隙能力差 •耐溶剂及耐水性差 •耐温能力有限 •易粘皮肤 •较低的耐冲击及剥离能力
•有气味
3．胶粘剂粘接机理
粘接力的来源
• 化学键力 离子键、共价键、金属键
• 分子间作用力 范德华力（取向力、诱导力、色散力）、氢键
• 界面静电引力 金属与非金属材料之间电子转移，产生双电层
• 机械作用力 嵌装、钩合、锚合、钉合、树根固定
粘附状
氧-丁腈，环氧-聚酰胺
带
状 热封状
膏状与腻子
应用方法分类： 溶剂挥发型 —— 硝酸纤维素，胶水，聚醋酸乙烯
室温固化型
潮气固化型 —— 聚氰基丙烯酸酯，室温硫化硅橡胶 厌 氧 型 —— 聚丙烯酸双酯，丙烯酸聚醚
加固化剂型 —— 脲醛树脂，酚醛树脂，环氧树脂
热 固 型 —— 酚醛树脂，环氧树脂，聚氨酯，聚酰亚胺
胶粘剂的种类：
化学成分分类 形态分类 应用方法分类 用途分类
化学成分分类：硅酸盐 —— 硅酸钠（水玻璃），硅酸盐水泥
磷酸盐 —— 磷酸-氧化铜
无机 硫酸盐 —— 石膏 硼酸盐 —— 熔接玻璃
陶 瓷 —— 氧化锆，氧化铝
低熔点金属 —— 锡-铅
胶
淀粉系 —— 淀粉，糊精
粘
蛋白系 —— 大豆蛋白，酪素，骨胶，鱼胶，虫胶
OH
R1 O CH2 CH CH2 NH R2 + R1 O CH2 CH CH2
OH
O
R1 O CH2 CH CH2 O
R1 O CH2 CH CH2 OH
NH R2
多元羧酸及其酸酐固化剂
O C
O + R2 OH C O
O C OR2 C OH O
O
C OR2 + R1 O CH2 CH CH2
CO
CH3
酸型
CH3 C CH3
N
O
CH3
CH3 Si O N C
O
CH3
N
CH3 C CH3
肟型
CH3 O CH3 Si O CH3 O CH3
醇型
HN C6H11 CH3 Si NH C6H11
HN C6H11
胺型
CH3 CO CH3 N CH3 O CH3 Si N C CH3 CH3 N CO CH3
R'
R'
O
Si O Si n
CH CH2 +
R'
R'
CH3 CH3 CH3 Si O Si O Si
H
wenku.baidu.com
HH
CH3
CH3
CH3
Si
O Si O Si
CH2
CH2
用途分类：
要求：用于粘接高强度材料，室温下实际粘接强度>6.9MPa
结 构 用 —— 能长期承受较大的负荷，有良好的耐热、油、水 等：如酚醛-缩醛，酚醛-丁腈，环氧-丁腈，环氧尼龙，环氧-酚醛，第三代聚丙烯酸酯类等
胶粘剂
非结构用 —— 有一定的胶接强度，但随着温度上升粘附力迅速 下降，或者不能承受较大负荷而只用作密封，或 者耐候性有限只用作临时固定作用，等：如聚醋 酸乙烯，聚丙烯酸酯，橡胶类，热熔胶，虫胶， 沥青等
理想胶接接头设计
胶接体系设计考虑的基本条件： 1．胶粘剂为易流动液态 2．胶粘剂与被粘物处于润湿状态 3．被粘物表面适当糙化 4．适当的粘接力、内聚力 5．设法降低残余内应力 6．尽量避免应力集中
粘接作用的原理
机械作用与机械理论 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。
粘接力来源于分子间力的情况下，胶液和被粘物中相容性差的杂 质，会向界面迁移，当杂质层与被粘物和胶层的吸附力不同时，便会 形成弱界面层。
通常添加偶联剂等可以消除弱界面层。
• 内应力
收缩应力（因固化收缩而产生，具有永久性） 热应力（热膨胀系数不同而产生，具有暂时性）
• 环境作用 （温度、化学介质、湿度等）
胶粘剂基础知识
ITW PP&F China 2012 年03月
目录
1．胶粘剂及其种类 2．常用胶粘剂优缺点 3. 胶粘剂粘接机理 4．常用胶粘剂的化学基础 5．如何选择胶粘剂 6．常用胶粘剂的物理性能和粘接要求 7. MMA类胶粘剂粘接金属的表面处理
1．胶粘剂及其种类
什么是胶粘剂 ？ 能实现同种或不同种的固体材料表面有效连接在一 起的媒介物质。
间作用力产生永久的粘接。 （1） 离子键 （2） 共价键 （3） 金属键 （4） 范德华力
粘接作用的原理
静电作用和静电理论 由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。
可解释：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。
扩散作用和扩散理论 粘接是通过胶粘剂与被粘物界面上分子扩散产生。
M
CH3 R CH2 C
CO O R1 RM
链增长：
CH3 RM + C CH2
CO O R1
RMM
链终止：R
R
CH3 RMn + C CH2
CO O R1
RMnM
CH3
CH3
CH2 C + C CH2
R
CO CO
O R1 O R1
CH3
CH3
CH2 C + C CH2
R
CO CO
O R1 O R1
化学结构因素：
• 极性与内聚能密度
基料极性大，对极性表面，粘接强度大，但对非极性表面粘接力小。
• 分子量及其分布
影响胶本身的强度和粘接破坏形式。
• 主链结构
直接决定胶层的刚柔性：主链柔性大，胶层抗冲击性能好；刚性大， 粘接性能和抗冲击性较差，但耐热性好；主链既含有柔性结构又有刚性结 构，则综合性能优良。
可解释：热塑性塑料的溶剂粘接和热焊接；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，可适用。
影响粘接强度的因素
A — 分子吸引力产生的最大粘接力可能具有的最大胶接强度
B — 特性胶接强度 决定于胶粘剂与被粘物的润湿程度
L — 由润湿 引起的损失
C — 保留胶接强度
S — 内应力 引起的损失
E
•填充间隙能力低 •不适合塑料及橡胶表面 •空气接触影响固化 •许多情况下需要底剂 •耐温范围有限 •通常较脆
常用胶粘剂的优缺点：
快干胶 MMA胶
•室温下快速固化 •单组分 •适合粘接橡胶 •拉伸强度高 •无须混合,易于施胶
•价格适中 •良好的间隙填充能力 •良好的耐冲击及柔韧性 •极高的耐剥离及剪切强度 •固化速度快 •不需表面处理 •低温下保持良好的韧性 •易于涂胶
• 侧链结构 影响分子的刚柔性 • 交联度 交联后，胶层内聚力增大，可提高粘接强度；但交联度太大，
胶层柔性变小，出现胶层发脆现象而影响粘接强度。
• 结晶性 影响强度和韧性
4.常用胶粘剂化学基础
(1) 反应性胶粘剂的固化化学原理示意
胶粘剂成分 液体
聚合
固体
润湿/化学物理反应
有效连接强度
(2) 环氧类胶粘剂
斥力
50
30
10
范德华力
0
1
2
3
4
-10
氢键
-30
共价键
-50
-70 吸力
价键引力与距离的关系图
以上几种力的产生是具有条件的，即力场的范围 不超过1nm，作用力最强范围为0.3~ 0.5nm。故要 求粘接点密度高，润湿好。
产生最大作用力
r
的范围：3-5 Å
r (Å)
5
6
两相分子完全 接触 不可能
怎么办？
特 种 用 —— 供某些性能和应用特殊场合用：如导电胶，导热 胶，光敏胶，应变胶，医用胶，耐超低温胶，耐 高温胶，水下粘接剂等
2.常用胶粘剂的优缺点：
溶剂胶 热熔胶
•价格低 •良好的润湿性及渗透力 •粘结范围广 •易大面积涂抹、喷涂 •中等夹紧力 •保质期长 •无特殊设备要求
•价格适中 •良好的间隙填充能力 •适合刚性及柔性粘接 •多种配方 •快速固化
剂
天然系 天然树脂系 —— 松香，木质素，树胶，单宁
天然橡胶系 —— 乳胶，橡胶溶液
沥青系
有机
ITW 胶粘剂 产品
合成系
热塑性 —— 聚醋酸乙烯，聚乙烯醇，聚乙烯醇缩醛类，聚丙烯
树脂型
酸类，聚酰胺，聚乙烯类，纤维素类，饱和聚酯， 聚氨酯，聚氯乙烯类等
热固性 —— 脲醛树脂，蜜胺树脂，酚醛树脂，间苯二酚甲醛树 脂，环氧树脂，不饱和聚酯，聚异氰酸酯，聚酰亚 胺，聚苯并咪唑
C OH
O
O
O
C OR2
C O CH2 CH CH2 O R1
O
OH
多元硫醇固化剂
R3N + HS R'
R S + R3NH
R' S
或者
+ R1 O
CH2 CH CH2 O
R3NH
R3N + R1 O CH2 CH CH2 S OH
R3N + R1 O CH2 CH CH2 O
R3N CH2 CH CH2 S R' O
•强度低 •填充间隙能力低 •收缩大70% • 固化慢 •必须两面涂胶 •耐温,耐湿及耐溶剂能力差 •腐蚀塑料 •易燃 •难以实现自动化 •环保问题
•强度低 •润湿性差 •耐溶剂性能差 •耐热性能差 •工件必须在胶冷却前装配 •容易烧伤工人 •不易自动化,需特殊施胶设备
常用胶粘剂的优缺点：
环氧胶 厌氧胶
环氧基与固化剂的活泼氢的基团反应，形成三维网络 结构而固化。
多元胺类固化剂
R1 O CH2 CH CH2 + H2N R2
R1 O CH2 CH CH2 NH R2
O
OH
R1 O CH2 CH CH2
R1 O CH2 CH CH2 NH R2 + R1 O CH2 CH CH2
OH
N R2
OH
O
R1 O CH2 CH CH2
HS R'
R3N + R1 O CH2 CH CH2 S R' OH
特点：单独使用活性差，与促进剂配合，速率数倍于多元胺体系，且温 度越低越显著
(3) 甲基丙烯酸酯类胶粘剂
通过活性自由基使单体双键打开加成，进行链式自由 基聚合反应固化。
链引发：
I or promoter 2 R CH3
R + CH2 C CO O R1
热 熔 型 —— 乙烯-醋酸乙烯共聚树脂，聚酰胺，聚酯，
胶
丁苯嵌段共聚物
粘
热 敏 压 胶 泥 —— 氯丁橡胶
剂
压
敏
型
自粘（冷粘）型 —— 橡胶乳胶类 缓粘（热粘）型 —— 加热起粘接作用的胶粘带
永 粘 型 —— 聚氯乙烯胶粘带，聚酯膜胶粘 带，玻璃布胶粘带
水基型 —— 涂布糊精，胶类的纸、带 再 湿 型 溶剂型 —— 涂布酚醛，合成橡胶类的铭牌
丁橡胶，丁腈橡胶
乳液（胶乳） —— 聚醋酸乙烯，聚丙烯酸酯，天然乳胶，氯丁 乳胶，丁腈乳胶
胶 无 溶 剂 型 —— 环氧树脂，丙烯酸酯，聚氰基丙烯酸酯
粘
粉 状 —— 淀粉，酪素，聚乙烯醇，氧化铜
剂 固 态 型 片、块状 —— 鱼胶，松香，热熔胶，虫胶 细 绳 状 —— 环氧胶棒，热熔胶
胶 膜 —— 酚醛-聚乙烯醇缩醛，酚醛-丁腈，环