胶黏剂.真题(西工大)

胶黏剂复习提纲1. 胶黏剂的定义。

答：胶黏剂是一种靠界面作用（物理力、化学力）把各种材料牢固的粘接在一起的物质。

2. 胶接接头是什么？他是一个什么样的体系？答：它是一个三相体系，由三个均匀相（两侧被粘物、中间胶层）和两个界面区域（两层粘附层）构成。

3. 胶接接头的破坏形式有哪几种？什么样的破坏形式强度最高？ 答：一个胶接接头受外力作用而破坏时，只有四种可能破坏形式：①破坏发生在胶黏剂与被粘材料的界面处，内聚力大于粘附力----粘附破坏； ②破坏发生在胶黏剂内部，内聚力小于粘附力----胶黏剂的内聚破坏；③破坏发生在被粘物的内部----被粘材料的内聚破坏，塑料、橡胶、软铝、抗剪 试片时才会发生；④上述破坏同时发生，得到最高的胶接强度，内聚力≈粘附力----混合破坏。

4. 粘合力包括那几个力？什么是粘附力？什么是内聚力？各自特点是什么？ 答：(1)粘合力(2)粘附力：是胶黏剂与被粘物在粘附界面上的作用力。

粘附力的实质就是胶黏 剂分子或原子与被粘物的分或原子在粘附界面上的不同种分子或原子间的相互作用力。

(3)内聚力：是来自促成材料的同种分子或原子间的作用力。

5. 浸润动力学和浸润热力学问题有什么不同？各自与什么有关？ 答：(1)浸润热力学问题①湿润时液体在固体表面的自动浸润现象。

要湿润，就必须满足总体系自由能降低这一热力学条件。

②液体对固体的润湿主要由表面张力引起。

Young 式方程：θ----浸润角。

θ越小，浸润效果越好c σ----被粘固体的临界表面张力，根据c σ的大小，可判断它被胶浸润和粘接的难易程度：l σ＜c σ，浸润；l σ＞c σ，不浸润。

④热力学着重解决被粘材料和胶黏剂的选择，只讨论平衡状态，不考虑时间，与时间无关。

但在实际粘接体系中，粘接过程都是不平衡的，且都与时间有关。

(2)浸润动力学问题①浸润速度与被粘物的表面结构、胶的粘度以及表面张力有关。

把固体表面的空隙看成毛细管，粘度为η的液体流过半径为R ，长度为L 的毛细管所需时间为粘附力内聚力 异种物质分子之间的作用力 胶----被粘材料之间（粘接）界面的作用力，与工艺、胶、界面有关 同种物质分子间的作用力 胶黏剂分子间的作用力 与基体组成、配合剂、配方、工艺有关cos sv sl lv σσσθ=+ 浸润角=0°完全浸浸润角小于90°浸润良好浸润角＞90°不浸润22cos l L t R ησθ=由于各种有机液体的表面张力相差不大，在毛细管尺寸一定的情况下，渗透所需的时间主要决定于液体的粘度和接触角的大小。

由上式可知，η越小、θ角越小，t 越小，即润湿越快。

②多数情况下，胶与被粘物的接触角小于90°，因为热力学原因不能浸润被粘物的表面的情况是少见的。

但在实际中，浸润不良的情况还是常常遇到。

这主要是由于动力学的原因造成的。

胶黏剂的粘度大，固化剂多，固化速度快，未及浸润已经凝胶，失去流动性。

动力学主要靠合适的表面处理和粘接工艺实现。

6. 影响胶接强度的因素主要包括哪几种因素？哪些方法可以提高胶接强度？ 答：(1)影响因素：①胶黏剂本身的内聚力（强度）：与分子结构的组成、分子量的大小、分子量分布、分子的极性（－OH 、－COOH 、－CN 、环氧基团）、基团的强弱及多少、高分子链的柔顺性（利于溶解、渗透、扩散）、分子对环境的稳定性（转变温度和降解）等有关。

②被粘物的表面状况：表面粗糙程度、表面处理、低分子物的渗透、增塑剂的迁移；③胶层厚度；④是否有内应力（包括收缩应力和热应力）。

内应力的存在会严重导致胶接接头强度的下降和接头的老化。

(2)提高胶接强度的方法：①提高胶黏剂本身的内聚强度：增大胶黏剂的分子量、在分子链上添加极性基团、提高高分子链的柔顺性； ②对被粘物进行表面处理③在保证不缺胶的情况下应使胶层尽可能薄一些；④降低收缩应力，可以通过加入增韧剂减少胶黏剂的固化体积收缩，或者加入增塑剂降低固化胶层的弹性模量；加入低膨胀系数的无机填料如：ZnO 、MgO 、滑石粉、蒙脱土等；⑤选择溶解度参数与之相接近的胶黏剂，有利于被粘材料和胶黏剂界面处的链段扩散，从而提高胶接强度；⑥尽量使被粘物表面洁净；⑦选用具有一定粘附力和内聚力并且粘度较低、耐热、耐介质的胶黏剂，从而保证和被粘物表面有良好的润湿。

7. 现有一种胶黏剂配方如下：E-51 100份（粘料，即环氧618号树脂，属于双酚A 型环氧树脂。

是胶黏剂的基体。

）600# 20份（低分子量聚酰胺室温固化剂，使树脂发生交联反应，形成三维网络结构）KH-550 1~2份（有机硅烷偶联剂，提高粘附力、耐久力） Al 2O 3 30份（填料，降低收缩率，提高胶黏剂的耐热性） DMP-30 0.1份（促进剂，提高固化速度）2,4,6-三（二甲氨基甲基苯酚）液体端羧基丁腈橡胶 5份（增韧剂，用来改善胶黏剂的低温韧性）（1）分析叫配方中的成分及作用。

（2）由配方推测该胶下列性能：①使用温度；②粘结强度；③力学性能；④固化温度。

答：此种胶黏剂使用温度范围：80℃~150℃。

但由于加入了少量的无机填料，物理作用：用砂布打磨或喷砂 化学作用：PE 、PP 、PTFE 等经等离子表面处理因而对耐热性有一定改善。

粘结强度：高，并且加入了硅烷类偶联剂，因而提高了粘附力。

丁腈橡胶的加入，降低了胶接接头的固化收缩率，因而内应力减小，对粘结强度也有一定的改善。

力学性能：配方中采用了液体端羧基丁腈橡胶增韧环氧，使抗冲击性能和耐冷热交变性能提高，有较高的剪切强度和剥离强度。

剪切强度大约为20~30MPa，不均匀扯离强度大约为40~50N/cm。

固化温度：由于采用的固化剂为室温固化剂，因而固化温度在室温附近，或者比室温稍高，在较短时间内固化。

8.试述酚醛-丁腈胶黏剂的性能和应用。

答：在金属结构胶黏剂中，酚醛-丁腈胶黏剂是当今合成胶黏剂中性能较全面、用途较广泛的胶黏剂。

除了价格低廉外，具有下列特点：①粘接各种金属材料，耐锡浴性能好，在比较宽广的温度范围内具有较高的物理机械性能。

②具有较好的弹性和韧性，因而具有较高的剥离强度、抗冲击强度和疲劳强度，其剥离强度仅次于环氧-尼龙胶黏剂，但环氧-尼龙在120℃以上抗剪强度急剧下降，酚醛-丁腈胶黏剂剥离强度可达到80~200N/cm；③它具有极好的热老化性能、湿热老化和大气老化性能。

国产J-51胶在150℃老化960h，强度不变；200℃老化400h强度仅下降三分之一。

④具有良好的耐滑油、燃油、自身的溶剂（丙酮、乙醇、水等介质）性能，及良好的耐盐雾性能；⑤具有优异的耐疲劳性能和持久性能，例如J-51结构胶黏剂，在疲劳剪应力190MPa、应力系数0.48下，疲劳试验循环次数大于1.33 107，并且试验经55℃水浸三个月后得到较好的实验结果。

⑥工艺性能好，使用方便。

J-51胶黏剂对不同表面处理的试件和不同材质的试件都能得到很好的胶接强度。

⑦应用范围：主要用于金属的粘合，作为结构胶黏剂，用于受力部件的粘接。

特别是飞机制造业中，用于粘合铝合金构件，如机身桁条和蒙皮的粘接，机翼和壁板的有孔蜂窝制造、整体邮箱的粘接和密封、发动机扩散器的密封等。

人造卫星和宇航飞行器的制造中大量使用酚醛-丁腈胶黏剂，也用于粘接离合器片。

由于酚醛-丁腈胶的抗剥离性好，耐高温性能好，适于制造印刷电路板时，铜和塑料层压板的粘合。

9.如何理解反应性丙烯酸酯类胶黏剂在性能上具有较强的可设计性？答：丙烯酸酯胶黏剂的结构式为CH2=C－COOR，式中X基团和R基团具有多变性，从而X可以使胶黏剂呈现出不同的性能。

－X可以为－CN，还可为阴离子型如H-、CH3-和游离基型。

R可为－CH3、－C2H5环氧、聚氨酯、单双酯结构，并且分子量具有多变性。

反应性胶黏剂由于单体酯基变化的可能性几乎是无穷的，可以从极性基团－OH、－COOH、－CONH2、环氧，直至非极性基团，丛单酯到双酯，其分子量大小和结构变化也几乎是无穷的，还可以与其他丙烯酸酯单体或非丙烯酸酯的乙烯基单体进行共聚反应，就更增加了大分子结构及其构型变化的多样性和复杂性，从而使丙烯酸酯反应性胶黏剂的粘附能力的适应性大大扩展了，以至于说所有的金属和非金属材料被丙烯酸酯胶所粘附。

因而其在性能上有较强的可设计性。

10.厌氧胶粘剂对什么最敏感？它应贮存在什么样的容器中以防缺氧而凝胶? 答：厌氧胶黏剂对氧气最敏感。

厌氧胶在缺氧的条件下会发生凝胶固化，失去使用价值，因而在贮存时应该保存在PE、PP等透气性好的瓶中。

11.在常用的胶黏剂中，哪些耐大气老化性能较好？哪些较差？试比较环氧树脂类、丙烯酸酯类和酚醛类树脂胶黏剂的固化收缩率大小？说明原因。

答：在分子主链中引入芳香环、杂环、脂环，可以提高胶黏剂的耐老化性能。

改性的酚醛树脂胶黏剂、有机硅胶黏剂以及某些改性环氧胶黏剂如酚醛环氧、脂环族环氧、聚酰亚胺、聚苯并咪唑胶黏剂耐老化性好。

聚酯、聚氨酯、α-氰基丙烯酸酯、环氧-尼龙等胶黏剂的耐老化性较差。

在这三类胶黏剂中，环氧树脂类胶黏剂的收缩率最小，酚醛类树脂胶黏剂的收缩率最大，丙烯酸类树脂胶黏剂的收缩率居中。

环氧树脂在固化前密度较大，固化时主要靠端基反应，交联形成的空间网络结构不太紧密，与固化前分子的空间堆积差不多，固化时没有小分子放出且属于开环反应，因而收缩率最小。

酚醛树脂胶黏剂固化时属于缩合反应且有小分子物质放出，因而收缩率最大。

丙烯酸类胶黏剂固化时是碳碳双键的打开，没有小分子放出，因而收缩率居中。

12. 提高胶接接头耐水性的途径有哪些？答：①选择耐水性较好的胶黏剂，如酚醛-丁腈胶；②对被粘物进行表面处理用磷酸阳极化处理的铝合金表面，在表面上形成一层较厚的多孔的六角蜂窝，疏松的氧化膜，当胶黏剂分子渗透到复杂多空的微小结构时，就在界面形成了树脂与金属氧化物的复合物。

当这种复合物的界面受外力作用时，由于临近这种界面的聚合物的塑性形变会吸收较多的能量，从而提高树脂与金属氧化物表面的粘接力。

另外，这种以机械作用相互交织在一起的界面也不易被水解吸附。

铬酸阳极化的疏松氧化膜则比磷酸阳极化的要薄些，硫酸阳极化的更薄，所以说耐水性递减。

但是不同阳极化的铝合金表面氧化物的化学结构基本是一致的，都会形成一层γ-Al 2O 3膜。

③偶联剂：RSiX 3（R 为有机基团，X 为能水解成硅醇的基团）的某些有机硅烷，用偶联剂处理金属表面时，它的一端的硅醇基团与被粘金属表面氧化物作用形成化学键，而另一端又能和胶黏剂分子反应，可以提高接头的强度，还能大大提高接头的耐湿热老化性能。

④使用底胶：对金属表面的处理也能起同样的作用，由于用了底胶，不仅提高尼龙-环氧结构胶黏剂的耐湿热老化性能，而且保持了高的强度和韧性。

环氧-酚醛耐湿热老化性能较差，选择环氧-丁腈胶液作为底胶，可以改善它的湿热老化性能，而且还可以提高它的剥离强度。