胶粘剂粘接机理及粘接技术
3m胶粘接要求
3m胶粘接要求3M胶粘接是指使用3M公司生产的胶粘剂进行粘接的一种技术。
胶粘接是一种常见的连接和修复材料的方法，适用于多种材料和应用场景。
3M胶粘剂具有优异的粘接性能和耐久性，能够提供稳定、可靠的连接。
下面是与3M胶粘接相关的参考内容：1. 胶粘原理：3M胶粘剂的粘接原理是通过分子间相互作用力实现的。
在粘接过程中，胶粘剂中的分子与被粘接材料表面的分子发生相互作用，形成牢固的连接。
常见的相互作用力包括分子之间的静电力、范德华力、亲和力等。
2. 选择合适的3M胶粘剂：在进行3M胶粘接时，选择合适的胶粘剂非常重要。
不同的胶粘剂适用于不同的材料和应用场景。
一般来说，需要考虑的因素包括粘接材料的种类、表面性质、温度和湿度条件等。
对于特殊的材料，如金属、塑料、橡胶等，还需要考虑其表面处理的方式。
3. 表面处理：在进行3M胶粘接之前，通常需要对粘接材料的表面进行处理，以提高胶粘接的效果。
常见的表面处理方法包括去油、去污、打磨、酸洗等。
通过表面处理，可以去除材料表面的污垢和氧化层，增加胶粘剂与材料之间的接触面积，提高粘接强度。
4. 温度和湿度控制：温度和湿度对3M胶粘接的效果有重要影响。
一般来说，胶粘剂的粘接性能会随着温度的升高而增强，而湿度过高则可能导致胶粘剂失去粘接能力。
所以，在进行3M胶粘接时，需要在适宜的温度和湿度条件下进行，以确保粘接效果。
5. 加压时间和压力：在进行3M胶粘接时，需要施加适当的压力，并保持一定时间，以达到最佳的粘接效果。
压力有助于胶粘剂与被粘接材料之间的紧密接触，提高粘接强度。
加压时间一般根据胶粘剂的要求和具体应用而定。
6. 质量控制：3M胶粘接完成后，需要进行质量控制。
常见的质量控制方法包括检查粘接剂的外观、粘接强度测试、耐热性和耐候性测试等。
通过质量控制，可以确保胶粘接的质量和可靠性。
7. 应用领域：3M胶粘接广泛应用于汽车制造、电子设备、建筑材料、航空航天和医疗器械等领域。
胶粘接技术在这些领域中起到了重要的连接和修复作用，能够提高产品的性能和可靠性。
粘接机理
粘接方案粘接是一项比较复杂的技术，需要深入的学习。
首先对粘接的机理进行说明。
粘接就是指同质或异质物体表面用胶粘剂连接在一起的技术。
粘接力的产生包括胶粘剂与被粘物之间的物理作用、化学作用和机械作用。
物理作用指分子间力即范德华力、氢键力，它们广泛存在于粘接中。
化学作用指胶粘剂与被粘物之间的形成牢固的化学键结合，即离子键力、共价键力、金属键力、配位键力。
机械作用指由于被粘物表面存在大量细小的孔隙，胶粘剂分子由于扩散、渗透作用而进入被粘物内部，形成了机械的“钩键”、“锚键”，即所谓机械力。
粘合技术现在的理论主要有：机械理论、吸附理论、扩散理论、静电理论、弱边界理论、化学键理论等，每种理论都只能解释一部分，各个理论的定义为：1、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。
胶粘剂粘接表面打磨的骨架效果要比表面光滑骨架好，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。
常用的金属表面处理法有：物理机械法、化学处理法。
物理机械方法有①车削加工②喷砂③超声波处理④机械打磨；化学处理方法有①酸洗②碱洗③氧化还原④磷化处理。
2、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。
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。
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：离子键、共价键、金属键、范德华力。
3、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。
粘合剂的原理
粘合剂的原理
粘合剂的原理是通过建立与粘附表面的物理或化学连接，使两个或多个物体粘合在一起。
这种连接可以通过以下几种机制实现：
1. 物理吸附：粘合剂的分子通过凹凸等微观结构与粘附表面的分子相互作用，形成物理上的吸附力。
这种吸附力可以通过增加接触面积或提高接触力来增强。
2. 化学反应：粘合剂中的化学成分与粘附表面上的分子发生化学反应，形成共价键或离子键等强化学键。
这种化学反应可以包括酸碱中和、氧化还原、酯化、聚合等。
3. 拉力传递：粘合剂可以填充物体表面的微观凹凸，从而增加粘附表面的接触面积，并通过填充与物体表面产生的微小空隙来传递应力。
这种力学锁定机制可以增强粘合强度。
常见的粘合剂包括胶水、胶带、胶粘剂等。
不同的应用场景和物体特性需要选择不同的粘合剂。
在选择和使用粘合剂时，需要考虑物体的材料特性、粘合剂的粘附性能、环境使用条件等因素。
同时，要遵循正确的使用方法和操作规程，以确保粘合效果和安全性。
胶粘剂基础知识及产品详解
耐油耐溶剂性 差
不易燃，燃烧 几乎无有害物
放出
耐强酸碱性差 高透水气性
有机硅固化机理
加成反应 Additional Cure 有机硅聚合物 + 固化剂 = 固化后硅胶
A +B= C
特点：固化时不需要水气、不产生副产物，可在密闭环境下固 化，可能产生固化抑制，或固化中毒 。
缩合反应 Condensation Cure 有机硅聚合物+固化剂=固化后硅胶+副产物（气体 ）
• 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。（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。）
胶粘剂一般术语
• 润湿 胶粘剂和被粘物直接接触的过程。
润湿效果不好 润湿效果好
• 挤出率 表征粘度的单位，在一定压力下一定直径的管中单位时间
内挤出的胶粘剂的克数。 在90psi气压下1/8inch的管口每分钟挤出胶水的克数，单位g/min
胶粘剂一般术语
• 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 上通过的电流之比。
在一起的粘接现象。
粘接
非结构性粘接：主要指表面粘涂、密封和功能型粘接等。
涂敷
灌封
密封
粘接理论
• 机械理论：粘接主要是通过胶粘剂在两 粘接面间形成机械互锁结构。
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。（如金属表面处理前的喷沙） 吸附理论
粘接与胶粘剂技术导论
粘接与胶粘剂技术导论在我们生活的每个角落，粘接与胶粘剂都扮演着不可或缺的角色，真的是无处不在。
想想看，你家里那些破旧的家具、玩具，甚至是你每天用的水杯，都是因为某种粘接方式让它们能继续陪伴你。
说到这里，大家是不是觉得这小小的胶水其实大有文章呢？可不是嘛，胶粘剂可不是随便哪个小东西，它们背后有着不少的科学道理和历史故事呢。
胶水的种类真是五花八门，像是百花齐放的春天。
有些是水溶性的，有些则是超级强力的，简直让人眼花缭乱。
要是你问我哪个最好用，我还真不知道怎么回答。
不同的场景用不同的胶水，就像你在吃火锅的时候，麻辣锅和清汤锅绝对不能混。
想象一下，拿着一瓶强力胶去粘你那本心爱的书，结果一不小心，书页都粘在一起了，那可就麻烦了。
所以，选择适合的胶水才是王道。
再说说粘接的过程，嘿嘿，这可是个技术活。
就像在做菜，先得准备好所有的材料，然后一步一步来。
表面要清洁，这点可不能马虎，脏东西、油脂这些都是小小的“捣蛋鬼”，它们会让胶水失去效果。
然后，就是涂胶水，这时候你得小心翼翼，别涂得太厚，太薄也不行，太厚的话，干得慢，太薄的话，粘不牢。
真是让人头疼，但一想到能把东西粘起来，心里又乐开了花。
有趣的是，胶水的原理就像是谈恋爱一样，得让两者之间有好的接触面。
就像你跟朋友搭话，必须得聊得投机才能建立友谊。
胶水里的分子在表面接触后，它们就像是热恋中的情侣，开始交织在一起。
时间一长，胶水就会变得坚固，俨然一对恩爱的小夫妻。
你说神奇不神奇？粘接的技术不光是简单的涂胶，科学家们在这方面可是费了不少心思。
早些年，人们在粘接方面可是摸索了很久，有些甚至是通过试错来找到最好的方法。
有了这些经验，现代的粘接技术才变得越来越成熟，应用范围也是越来越广。
你看，现在的飞机、汽车，甚至是宇宙飞船，都是靠着粘接技术来提高强度和降低重量的。
要是没有这些胶水，估计我们的生活得简化不少，想想都觉得可怕。
还有一点不得不提，环保。
随着人们对环境的关注越来越高，胶水行业也在努力向绿色化发展。
胶粘剂粘接机理及粘接技术
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。
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
☆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
了解粘接理论，可以从理上指导胶黏剂选择，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
1 机械互锁理论
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。
钛酸钡（碱性）+酸性聚合物 钛酸钡（碱性）+聚碳酸酯（碱性）
胶接好 胶接差 性能好
性能差
Fowkes
酸碱作用理论
★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。
3 扩散理论
结 论
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。
机械工程中的材料胶结与粘接分析
机械工程中的材料胶结与粘接分析机械工程是一个复杂而多样化的领域，材料胶结与粘接作为其中的一个重要方面，对于机械结构的稳固性和性能发挥起着关键作用。
本文将从材料胶结与粘接的基本原理、常见应用以及发展趋势等方面进行分析。
一、基本原理材料胶结与粘接是指通过各种胶粘剂将两个或多个材料连接在一起的工艺过程。
它的基本原理是利用胶粘剂的物理和化学特性，将两个物体粘在一起并形成牢固的结合。
常见的胶粘剂有有机胶、无机胶和高分子胶等。
有机胶主要是通过溶剂挥发或化学反应固化，形成胶层将两个物体粘接在一起。
无机胶则通过物理吸附和化学键等结合形式粘合材料。
而高分子胶则依靠分子间的交联和聚合使两个材料结合成整体。
二、常见应用材料胶结与粘接在机械工程中有广泛的应用。
最常见的就是在各种结构连接中的使用，如焊接、螺栓固定等。
与传统连接方式相比，胶粘剂能够在连接表面形成均匀的粘结层，提供更大的连接面积，从而实现更牢固的连接效果。
此外，在制造工艺中，材料胶结与粘接也被广泛应用。
例如，利用胶粘剂将轴承固定在零件上，可以大大提高零件的加工精度和使用寿命。
在汽车制造中，黏合剂的应用可以简化制造流程，提高产品性能。
在航空航天领域，胶粘剂的使用可以减轻设备重量，提高整体结构的强度和刚度。
三、发展趋势材料胶结与粘接技术在机械工程中的应用已经取得了显著的进展，但仍存在一些挑战和改进空间。
首先，胶粘剂的性能需要进一步提高。
材料胶结与粘接的强度、耐热性、耐腐蚀性等性能对于不同的应用有不同的要求。
因此，需要开发更多具有特殊性能的胶粘剂，以满足不同行业和领域的需求。
其次，胶粘剂的环保性也是一个关注的问题。
传统的胶粘剂中常含有有机溶剂和重金属等有害物质，对环境和人体健康造成潜在的危害。
因此，需要研发更环保的胶粘剂，减少对环境的污染。
此外，随着机械工程领域的不断发展和创新，材料胶结与粘接技术也将面临新的挑战和机遇。
例如，随着电子元器件的不断微型化，需要研发能够粘接纳米级元器件的粘合剂；随着新材料的涌现，胶粘剂也需要能够实现与新材料的高效粘接。
表面粘接技术
3.粘接的影响因素与破坏机理
化学因素 物理因素 1.极性 1.表面粗糙度 2.分子量 2.表面处理 3.侧链 3.渗透 4.pH值 4.迁移 5.交联 5.压力 6.溶剂和增塑剂 6.胶层厚度 7.填料 7.负荷应力 8.结晶性 8.内应力 9.分解 ：水解、热解 9.环境：热、水、光、氧气等
胶接头的力学行为-内力
(1)剪切 外力平行于粘接面。这种受力形式的接头最常用， 因为它不但粘接效果好而且简单易行，易于推广应用。
(2)均匀扯离 有时也称为拉伸。作用力垂直作用在粘接平 面，应力均匀分配。高强度结构胶拉伸强度可达到58.8MPa。 (3)不均匀扯离 均匀扯离在实际使用中是很难碰到的， 一旦外力方向偏斜，就产生严重的应力集中，主要集中在边 缘的区域内，接头容易破坏。这种类型的接头，其承载能力 很低，一般只有理想的均匀扯离强度的1／10左右。
③粘接车刀、钻头等受力大的部件，采用简单的平面对接， 即使是高强度结构胶粘剂，剪切强度达49MPa，仍然要失败。 如改变接头形式，采用套接、嵌接等使应力的很大部分 由金属被粘物本身去承担，就可能成功。如图。
接头设计的基本原则 （1）
①胶粘剂的拉伸剪切强度较高，设计接头尽量承受拉伸和剪 切负载。板材搭接接头承受剪切负载的是比较理想的。 ②保证粘接面上应力分布均匀，尽量避免剥离和劈裂负载。 剥离和劈裂破坏通常是从胶层边缘开始，在边缘处采取局部 加强或改变胶缝位置的设计都是切实可行的。最理想的办法 是各种局部的加强。如平面粘接的防剥措施如图2．4所示。
几种接头相对强度比较
常用的几种接头形式 （2） 角接和T型接头形式
常用的几种接头形式 （3） 管材、棒材接头形式
常用的几种接头形式 （4） 复合连接形式
①胶铆和胶螺
胶粘剂知识培训(1)
胶粘剂又称为胶接剂、粘接（黏结）剂。
除焊、钉、铆、镙、嵌接之外，凡能使
两物体通过粘接作用连接在一起，并能满足
一定物理、化学性能要求的物质称胶粘剂
或粘合剂。
被粘物
胶层
粘接接头
胶粘剂知识培训(1)
粘合剂是一种靠界面作用（化学力、物 理力），把各种材料（纸、布、皮革、木、 金属、玻璃、橡皮或塑料等）牢固地粘结在 一起的物质，也称胶接剂或胶粘剂，简称胶。
胶粘剂知识培训(1)
2020/12/16
胶粘剂知识培训(1)
概述
胶接（粘合、粘接、胶结、胶粘）是指 同质或异质物体表面用胶粘剂连接在一起的 技术，具有应力分布连续，重量轻，可密封， 多数工艺温度低等特点。
填充于两个物件之间将其连接在一起并具
有足够强度的一类物质称为胶黏剂、粘合剂， 简称为胶。
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三乙烯四胺 按公式计算
作用
基料 填料 溶剂或稀释剂 增塑剂
固化剂
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8.2 胶粘理论
胶接过程
①胶粘剂对被粘物表面的润湿
②胶粘剂分子向被粘物体表面移动、扩 散和渗透
③胶粘剂与被粘材料形成物理、化学和 机械结合的粘合力
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8.2.1 吸附理论
胶接作用是胶粘剂分子与被胶接物分子 界面发生吸附作用（物理吸附和化学吸附） 特点： 1. 范德华力和氢键力 2. 具有热力学平衡 3. 根据胶接功可计算胶接强度 4. 润湿影响胶接强度
胶粘剂知识培训(1)
偶联剂
偶联剂作用机理： 分子同时具有极性和非极性部分，同时与极
性和非极性物质产生结合力，增加粘接材料与胶 粘剂之间的粘接力、提高耐水、耐热等性能。
粘接技术简介
粘接技术简介1、粘接机理用胶粘剂将物体连接起来的方法称为粘接。
显而易见，要达到良好的粘接，必须具备两个条件：胶粘剂要能很好地润湿被粘物表面；胶粘剂与被粘物之间要有较强的相互结合力，这种结合力的来源和本质就是粘接机理。
粘接的过程可分为两个阶段。
第一阶段，液态胶粘剂向被粘物表面扩散，逐渐润湿被粘物表面并渗入表面微孔中，取代并解吸被粘物表面吸附的气体，使被粘物表面间的点接触变为与胶粘剂之间的面接触。
施加压力和提高温度，有利于此过程的进行。
第二阶段，产生吸附作用形成次价键或主价键，胶粘剂本身经物理或化学的变化由液体变为固体，使粘接作用固定下来。
当然，这两个阶段是不能截然分开的。
至于胶粘剂与被粘物之间的结合力，大致有以下几种可能：（1）由于吸附以及相互扩散而形成的次价结合。
（2）由于化学吸附或表面化学反应而形成的化学键。
（3）配价键，例如金属原子与胶粘剂分子中的N、O等原子所生成的配价键。
（4）被粘物表面与胶粘剂由于带有异种电荷而产生的静电吸引力。
（5）由于胶粘剂分子渗进被粘物表面微孔中以及凸凹不平处而形成的机械啮合力。
不同情况下，这些力所占的相对比重不同，因而就产生了不同的粘接理论，如吸附理论、扩散理论、化学键理论及静电吸引理论等。
2、粘接工艺过程粘接工艺过程一般可分为初清洗、粘接接头机械加工、表面处理、上胶、固化及修整等步骤。
初清洗是将被粘物件表面的油污、锈迹、附着物等清洗掉，然后根据粘接接头的形式和形状对接头处进行机械加工，如表面机械处理，以形成适当的表面粗糙度等。
粘接的表面处理是粘接好坏的关键。
常用的表面处理方法有溶剂清洗、表面喷砂和打毛、化学处理等。
化学处理一般是用铬酸盐和硫酸溶液、碱溶液等，除去表面松疏的氧化物和其他污物，或使某些较活泼的金属“钝化”，以获得牢固的粘接层。
上胶厚度一般以0.05～0.15mm为宜。
固化时，应掌握适当的温度。
固化时施加压力，有利于粘接强度的提高。
3、粘接强度根据接头受力情况的不同（见下图），粘接强度可分为抗拉强度、抗剪强度、劈裂（扯裂）强度及剥离强度等。
第七章 胶粘剂
7.1
7.1.2 胶粘剂的分类
概 述
（1）按基料的化学成分将胶粘剂分为三大类型： a.天然材料： 动物胶：骨胶、皮胶等。 植物胶：淀粉、糊精、阿拉伯树胶、天然树脂胶、天然橡胶等。 矿物胶：矿物蜡、沥青。 b.合成高分子材料包括合成树脂型，合成橡胶型和复合型三大类。 合成树脂又分热塑型和热固型。热塑型有烯类聚合物、聚氯酯、聚醚 、聚酰胺、聚丙烯酸酯等。热固型有环氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺-甲 醛树脂等。 合成橡胶型主要有氯丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶等。 复合型主要有酚醛-丁腈胶、酚醛-氯丁胶、酚醛-聚氨酯胶、环氧-丁 腈胶等。 c.无机材料有热熔型如焊锡、玻璃陶瓷等，水固型如水泥、石膏等，硅酸 盐型及磷酸盐型。
胶接基础
胶接接头：被胶接材料通过胶黏剂进行连接的 部位。 胶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。
胶接接头的基本形式
（1）搭接接头（lap joint）： 由两个被胶接部分的叠合， 胶接在一起所形成的接头
(2) 面接接头（surface joint） 两个被胶接物主表面胶接 在一起所形成的接头
公元前200年东汉时期用糯米浆糊制成棺木密封胶，配 以防腐剂，使马王堆古尸出土时肌肉及关节仍有弹性, 足见中国胶接技术之高超。 到上世纪初，合成酚醛树脂的发明，开创了胶黏剂的 现代发展史。目前，与三大合成高分子材料的产量比 较，胶黏剂只占第五位，但年增长速度则居第一位。
内饰装配粘接： 顶棚，车门内护板， 地毯，挡风玻璃等。
（2）按形态、固化反应类型分类
分为溶剂型、乳液型、反应型（热固化、紫外线固化、湿气固化等）、 热熔型、再湿型以及压敏型（即粘附剂）等。 ① 溶剂（分散剂）挥发型：有溶液型和水分散型。 溶液型包括有机溶剂型如氯丁橡胶、聚乙酸乙烯酯，水溶剂型如淀粉、 聚乙烯醇；水分散型如聚乙酸乙烯酯乳液。 ② 反应型：包括一液型和二液型。一液型有热固型（环氧树脂、酚醛 树脂），湿气固化型（氰基丙烯酸酯、烷氧基硅烷、尿烷），厌氧固化 型（丙烯酸类），紫外线固化型（丙烯酸类、环氧树脂）；二液型有缩 聚反应型（尿素、酚），加成反应型（环氧树脂、尿烷），自由基聚合 型（丙烯酸类）。
粘接技术基础知识-精
胶接头的力学行为-应力集中 大多数合成胶粘剂的主要成分是非晶态高聚物。在 材料内部存在很多细小的缺陷，形成应力集中。当局 部应力超过局部强度时，缺陷就发展成为裂缝真正破 裂。因此内应力集中造成的破坏将降低粘接强度。
固体材料的强度与分子作用力的大小、材料中的缺 陷大小分布情况以及缺陷周围的应力分布有关。
(4)剥离或撕离 两种薄的软质材料受扯离作用时，称为撕离； 两种刚性不同的材料受扯离作用时，称为剥离。粘接试件受 扯离作用时，应力集中在胶缝的边缘附近，而不分布在整个 粘接面上，这种情况称为剥离或撕离。
例子
高强度环氧胶实验 ①铝合金搭接接头，剪切强度很高，但横向负载能力不高。 这样接头就不能用在受横向负载较大的结构构件上。
(1)剪切 外力平行于粘接面。这种受力形式的接头最常用， 因为它不但粘接效果好而且简单易行，易于推广应用。
(2)均匀扯离 有时也称为拉伸。作用力垂直作用在粘接平面， 应力均匀分配。高强度结构胶拉伸强度可达到58.8MPa。
(3)不均匀扯离 均匀扯离在实际使用中是很难碰到的，一旦 外力方向偏斜，就产生严重的应力集中，主要集中在边缘的 区域内，接头容易破坏。这种类型的接头，其承载能力很低， 一般只有理想的均匀扯离强度的1／10左右。
WBL除工艺因素外，在聚合物成网或熔体相互作用的成型 过程中，胶粘剂与表面吸附等热力学现象中产生界层结构的不 均匀性界面层也会有WBL出现。这种WBL的应力松弛和裂纹 的发展都会不同，因而极大地影响着材料和制品的整体性能。
应用：避免弱边界层 粘接胶带隔离层通常是经过化学剪裁的弱边界层
粘接技术
在粘接技术中如果要获得良好的粘接 效果，首先要求如下的三个良好条件：
①胶铆和胶螺
两种类型： (1)先胶后铆或螺。接头强度较高，但应选柔韧性较好的胶粘 剂。 (2)先钻好孔，粘接后再铆接，最后固化。这时不需另加压， 位置准确。但胶层的厚薄不易控制。
胶粘剂与粘接技术的发展方向与前景
胶粘剂与粘接技术的发展方向与前景胶粘剂及其粘接技术是一种广泛应用于工业生产和日常生活中的材料连接方式。
随着材料科学和工程技术的发展，胶粘剂及其粘接技术也在不断改进和创新。
未来，胶粘剂和粘接技术发展的方向和前景将呈现出哪些新的变化和趋势？本文将从材料科学、智能化技术、可持续发展等角度来探讨这一话题。
一、材料科学的发展趋势对胶粘剂及粘接技术的影响材料科学是胶粘剂及粘接技术发展的基础。
随着纳米材料、复合材料、功能材料等新型材料的涌现，胶粘剂需要与之相匹配，以实现更高效的粘接效果。
未来，纳米级胶粘剂和具有特定功能的胶粘剂将成为发展的重点。
一些具有自修复功能的胶粘剂将在未来得到更广泛的应用，这将极大地提高材料的延展性和使用寿命，对材料科学的发展将会产生深远的影响。
采用3D打印技术制备定制化的胶粘剂和粘接件也将成为发展的趋势。
3D打印技术可以根据具体应用需求，快速制备出具有复杂结构和高精度的胶粘剂和粘接件，从而实现更精密的粘接效果，拓展了胶粘剂及粘接技术的应用领域。
二、智能化技术对胶粘剂及粘接技术的影响随着智能化技术的不断发展，智能化胶粘剂及粘接技术也将在未来得到更广泛的应用。
采用传感器和控制系统来监测粘接件的状态和环境参数，实现对粘接件粘附力和温度的实时监控，可以及时发现粘接件出现的问题，从而提高设备的可靠性和安全性。
智能化胶粘剂还可以实现与其他设备的联网，实现远程监控和智能化控制，大大提高了胶粘剂及粘接技术的自动化水平。
三、可持续发展对胶粘剂及粘接技术的影响随着全球环境问题的日益严重，可持续发展已经成为社会发展的重要方向。
在胶粘剂及粘接技术的发展过程中，环保、节能和资源循环利用将成为重要考量因素。
未来，绿色环保的胶粘剂研究将迎来更大的发展空间。
生物降解材料、水性胶粘剂、无溶剂胶粘剂等将成为研究的热点。
通过开发可降解的胶粘剂和可循环利用的材料，可以减少对环境的影响，推动胶粘剂及粘接技术迈向更加可持续的发展方向。
第二章 粘接原理与粘接技术
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选修课多媒体课件粘接主讲：主讲：赵鑫苏州科技学院剂20112011-3-291第二章粘接原理与粘接技术本章主要内容§2.1 被粘物表面特征及表面要求§2.2 润湿和粘接理论§2.3 被粘物表面处理方法§2.4 胶粘剂的固化§2.5 粘接强度及其影响因素§2.6 粘接接头的设计20112011-3-29 2§2.1 被粘物表面特征及表面处理要求一．固体表面的形态特征1、固体表面的粗糙性2、固体表面的多孔性3、固体表面的吸附性和复杂性4、固体表面的缺陷性20112011-3-293§2.1 被粘物表面特征及表面处理要求二．被粘物表面的处理要求净化被粘物表面——物理机械法 1、净化被粘物表面物理机械法机械处理：洗涤：改变被粘物表面物理化学性质——化学法 2、改变被粘物表面物理化学性质化学法金属的表面活化：高分子材料的表面活化：20112011-3-294§2.2 润湿和粘接理论一、润湿液体在固体表面分子间力作用下的均匀铺展现象。
表示液体对固体的亲和性。
物质的表面张力：通常金属、氧化物、无机物的表面张力较大，约为0.2-5N·m-1. 聚合物固体、有机物、胶粘剂、水等，表面张力较小，一半小于0.1N·m-1.20112011-3-29 5§2.2 润湿和粘接理论二、粘接力粘接力：指粘接剂与被粘物表面之间的连接力。
包括机械嵌合力、分子间力、和化学键力。
嵌合力：粘接剂润湿、渗透在材料的空隙中固化后因镶嵌形成的力。
分子间力：粘接剂与被粘物表面之间的吸引力。
化学键力：粘接剂与被粘物表面之间形成化学键。
20112011-3-296§2.2 润湿和粘接理论三、粘接力的种类及粘接理论1．化学键键合力（共价键、配位键、离子键、金属键等）●如：O R OH+NCOR'ROCNHR'化学键基于化学键理论，通过化学键结合。
胶黏剂与粘接技术
应用已十分普遍，有几千年的历史（浆糊，泥墙）
01
在高分子学科的发展之后真正作为一门学科即是合成胶黏剂出现,高分子材料五大分支之一来阐述的。
02
基本概念：把两个或多个物体通过另外一种材料在其两相界面间产生的分子间力连接在一起，称为粘接，被粘接的物体称为被粘物，粘接所使用的材料称为胶黏剂，通过粘接得到的组件称为胶接接头（胶接件），减弱粘接称为脱粘。
另外还有氢键，不超过40 kJ/mol。
共价键100-400 kJ/mol，离子键一般大于300 kJ/mol，金属键？。
表面张力
表面张力
固体表面分为 高能表面，γs>=100达因/cm，如金属和无机物； 低能表面，γs<=100达因/cm，如塑料。 达因，10-5N。水72mJ/m。聚合物随分子量增加表面张力增加。聚乙烯35，聚丙烯30，聚苯乙烯40，聚氯乙烯43，聚氯丁二烯46，聚四氟乙烯24（18），聚六氟丙烯17，聚醋酸乙烯36，聚甲基丙烯酸甲酯-丁酯41-31，聚二甲基硅氧烷20，二乙基硅氧烷25， 分子间力的另一表现，内聚力，是在同种物质内部相邻各部分之间的相互吸引力，只有在各分子十分接近时（小于10-8米）才显示出来。
分类
液态：水溶液、溶液、乳液、无溶剂型 固态型：粉状、 块状、细绳状、 胶膜 带状：黏附型;热封型 膏状与腻子
2 、按形态分类
室温固化型（溶剂挥发型、潮气固化型、厌氧型、加固化剂型） 压敏型（接触压胶、自粘(冷粘)型、 缓粘(热粘)型、 永粘型） 热固型 、热熔型
3 、按应用方法分类
结构用（实际粘接强度大于6.9MPa，通常是热固性） 非结构用、压敏胶、特种用
表面张力是分子间力的直接表现，是由于物体主体对表面层吸引的结果，表面分子能量状态高，物体有减少自身表面的趋势。增加表面积即能量增加，也有了表面自由能。
粘合剂
面积的1％左右。 ➢ 固体表面具有多孔性，如木材、皮革、纸张、金属、玻璃
（3）胶接机理 阶段1：液态胶粘剂向被粘物表面扩散，润湿并渗入表面微孔 中，取代并解吸气体，使被粘物表面间点接触变为与胶粘剂 间的面接触。 阶段2：吸附作用形成次价键或主价键，粘合剂由液体变为固 体，使胶接作用固定下来。 胶粘剂与被粘物间的结合力： 次价键力：吸附及相互扩散形成的次价键结合 化学键：化学吸附或表面化学反应形成 配位键：金属原子与粘合剂分子中的N、O等原子形成 静电吸引力：被黏物表面与黏合剂异种电荷间形成 机械啮合力：粘结剂分子渗进被黏物表面微孔中/凹凸不平处形成
第五章 粘合剂
定义：粘合剂，又称胶粘剂，是一种能将一种或不同材料表面 连接在一起的物质。借助胶粘剂将各种物件连接起来的技术称 为胶接/粘接/粘合技术。
1）分类及组成
（1）分类 按胶接强度
结构型胶粘剂 非结构型胶粘剂 次结构型胶粘剂
按主成分
按使用形式
单组分 双组分
室温固化型：溶剂挥发/湿气固化/厌氧胶/加固化剂 加热型：热熔胶、热固性胶 按施工方法 压敏型：压敏胶、不干胶、热/冷压 再湿型：水基型、溶剂型
密切相关 ➢ 其它辅料：如稀释剂、稳定剂、偶联剂、色料、硫化剂、
固化促进剂等
2）胶接及其机理 靠胶粘剂将物体连接起来称为胶接。胶接接头是由胶粘剂夹在 物件中间构成的。其结构示意图如下所示。 良好胶接条件：a)胶粘剂能很好地润湿被粘物表面；b)胶粘剂 与被粘物间相互结合力强。
1,9—被粘物 2,8—被粘物表面层 4,6—受界面影响的胶粘剂层 3,7—被粘物与胶粘剂界面 5—胶粘剂本体
聚氨酯黏合剂原理及其应用
过去的一节课，我们讲粘合剂，着重讲了粘合工艺和原理、代表性粘合剂，侯兴旺刘红良等同学也给出了对导电粘合剂的浅显理解。
但是我没有讲应用的问题，请同学们逆向思考：粘合剂的使用是为了粘合两种材料，假设在使用一段时间后粘合剂松开了，或者你想重新加工粘合两种材料，这样就需要除去或者洗脱掉原有的粘合剂，请至少列举一种粘合剂的应用以及其对应的后处理方法、并指出原理是什么。
聚氨酯黏合剂的应用1、汽车用聚氨酯胶粘剂新型汽车结构中引入大量的轻质金属、复合材料和塑料，造成汽车用胶粘剂和密封胶持续增长。
在汽车上应用最为广泛的聚氨酯胶粘剂主要有装配挡风玻璃用单组分程固化聚氨酯密封胶、粘接玻璃约维增强塑料和片状模塑复合村料的结构胶粘剂、内装件用双组分聚氨酯胶粘剂及水性聚氯酯胶等。
此外，茎车内饰件也是胶粘剂用量增长的一个领域。
汽车上应用广泛的水性聚氨酯胶粘剂是指聚氨酯溶于水或分散于水中而形成的胶粘剂。
大多数水性聚氨酯是线性热塑性聚氨酯，由于其涂膜没有交联，分子质量较低，因而耐水，性、耐溶剂，性、胶膜强度等性能还较差，必须对其进行改，性，以提高其性能。
聚酯和丙烯酸的杂和分散体与脲二酮和异氰脱脲酸酯配合制备的汽车修补清漆，不需要高速搅拌设备, 容易混合在一起且具有良好的粘附性能。
2、木材用聚氨酯胶粘剂随着世界性森林资源急剧减少和我国天然林资源保护工程的实施，小木材拼大板就要求胶粘剂粘接强度和耐久耐候等性能优于木材本身。
胶粘剂用量的多少，已成为衡量木材工业技术发展水平的标志。
过去人们用的木村胶粘剂多为以甲醛为主要原料的脖醛树脂，酚醛树脂和三聚氰氨甲醛树脂，但由于游离的甲醛存在，产品使用期间会逐淋向周围散发甲醛气体，造成环境污染。
木村加工行业已开始将目光投向新型的环保胶粘剂聚氯酯胶，以期减少对环境的行染。
木工行业使用的单组分湿气固化聚氨酯胶粘剂是液态的，在室温下使用。
通常其粘接强度高、柔韧性和耐水性好，并能和许多非木基材例纺织纤维、金属、塑料、橡胶筑)粘接。
粘接与胶粘剂技术导论
5 聚合物的基本物理/化学特性5.1 引言在2章中，我们讨论了所有材料的基本特性，并对材料的拉伸、剪切和断裂特性进行了描述。
在3章中，我们还讨论了胶粘剂这些特性的测试方法。
因为我们所研究的是基于有机材料的胶粘剂，尤其是那些聚合物材料和在胶接接头形成过程中形成的聚合物材料。
因此，我们很有必要讨论并至少基本了解这些聚合物的物理/化学特性及其对于胶接接头内聚合物性能的影响情况。
在这一章中，我们将就那些导致聚合物与其它非聚合物材料明显差异的物理/化学特性进行阐述，并讨论一些描述这些差异的特征参数。
另外，我们还会讨论一些聚合物特有的材料特性，其中包括热转变点以及聚合物对温度和应力作用速率的响应。
线性粘弹性在本章中具有重要的作用。
该章还会对这些特性的测定方法进行一些讨论。
本章的目的是为建立表面学和聚合物的物理特性同粘接现象的理解之间的联系奠定基础，并讨论聚合物的分子量和热转变点，以及建立动态力学曲线与聚合物化学结构之间的关系。
另外，还对时间—温度叠加原理以及Williams-Landel-Ferry（WLF）方程中平移因子的意义和使用进行基本的讨论。
5.2 基本术语5.2.1单体与聚合物聚合物（polymer）这个词源自于希腊语的“poly”（意思是许多）和“mer”（意思是部分），因此，聚合物是由许多部分构成的。
“mers”（或“monomers”）是分子的各个单元，它们相互连接在一起形成了聚合物链。
在非专业人员的术语中，塑料就是聚合物，但必须指出的是，并不是所有的聚合物在所有的条件下均表现出塑性。
由此我们可以得出，聚合物区别于单体的主要特征是：它们是由单体单元充当其链节的长链。
表征这些长链的参数之一就是它们的分子量，这也是我们所要讨论的一部分。
5.2.2聚合物材料的基本类型根据聚合物对热和外部应力作用及其作用速率的响应，聚合物可以分为热塑性聚合物和热固性聚合物。
热塑性聚合物受热时会熔化，当冷却时又会恢复到原来的化学状态，而热固性聚合物在受热时和受热后会变得不熔不溶，当冷却时也无法回复到原来的化学状态。
常见胶粘剂及其作用原理
胶粘剂胶接（粘合、粘接、胶结、胶粘）是指同质或异质物体表面用胶粘剂连接在一起的技术，具有应力分布连续，重量轻，或密封，多数工艺温度低等特点。
胶接特别适用于不同材质、不同厚度、超薄规格和复杂构件的连接。
胶接近代发展最快，应用行业极广，并对高新科学技术进步和人民日常生活改善有重大影响。
因此，研究、开发和生产各类胶粘剂十分重要。
胶粘剂的分类胶粘剂的分类方法很多，按应用方法可分为热固型、热熔型、室温固化型、压敏型等；按应用对象分为结构型、非构型或特种胶；接形态可分为水溶型、水乳型、溶剂型以及各种固态型等。
合成化学工作者常喜欢将胶粘剂按粘料的化学成分来分类热塑性纤维素酯、烯类聚合物（聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、过氯乙烯、聚异丁烯等）、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇缩醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物等类热固性环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰-甲醛树脂、有机硅树脂、呋喃树脂、不饱和聚酯、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-聚酰胺、酚醛-环氧树脂、环氧-聚酰胺等类合成橡胶型氯丁橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、丁钠橡胶、异戊橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯橡胶、氯磺化聚乙烯弹性体、硅橡胶等类橡胶树脂剂酚醛-丁腈胶、酚醛-氯丁胶、酚醛-聚氨酯胶、环氧-丁腈胶、环氧-聚硫胶等类胶粘理论聚合物之间，聚合物与非金属或金属之间，金属与金属和金属与非金属之间的胶接等都存在聚合物基料与不同材料之间界面胶接问题。
粘接是不同材料界面间接触后相互作用的结果。
因此，界面层的作用是胶粘科学中研究的基本问题。
诸如被粘物与粘料的界面张力、表面自由能、官能基团性质、界面间反应等都影响胶接。
胶接是综合性强，影响因素复杂的一类技术，而现有的胶接理论都是从某一方面出发来阐述其原理，所以至今全面唯一的理论是没有的。
吸附理论人们把固体对胶粘剂的吸附看成是胶接主要原因的理论，称为胶接的吸附理论。
理论认为：粘接力的主要来源是粘接体系的分子作用力，即范德化引力和氢键力。
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图1—1 液体在固体表精面选上课的件 浸润状态
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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。
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2、 表面及界面自由能
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。
• 注意：对于塑料基材，进行合适的清洁非常重要！
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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。
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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0.5 nm以下的近程距离。
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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。
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碱液除油清洗剂配方：
配方
钢铁 铜及其合金 铝及其合金
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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。
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PTFE: 配方：
金属钠 （23g） + 精萘 （128g） + 四氢呋喃（1000ml） 处理条件：室温 ，1-5min。
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表面清洁
针对不同的表面污染采用不同的清洁剂：
污染类型 指纹 水汽 油、脂 重度油污 脱模剂
清洁剂 异丙醇（IPA） 异丙醇（IPA） 庚烷（Heptane） 丁酮（MEK） 向制造商咨询
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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。
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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。
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• 养护时间
• 施工压力
• 施工环境
粗 糙 的 表 面 Textured Surface
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• 温度
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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。
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粘接失败的原因?
压敏胶与底材不匹配
Water Drop
Substrate on clean metal surface
Water Drop
• 表面污染
• 脱模剂
• 尘埃 • 增塑剂迁移
• 软质聚氯乙烯 • 橡胶
Substrate surface
on polyethylene
表面平整度
第7章 粘接机理及粘接技术
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1
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。
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2
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。
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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）
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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℃/10-20min
氢氧化钠：50-60g/L
—
—
碳酸钠： 50-60g/L
10-20g/L
பைடு நூலகம்
—
磷酸钠： 86-100g/L
10-20g/L 10-30g/L
硅酸钠： 10-15 g/L
25g/L
3-5g/L
OP乳化剂： —
2-3g/L
2-3g/L
处理条件：80℃/30min 70℃/30min 50℃/10min
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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。