精细化工工艺学-第三章 胶粘剂
胶粘剂的组成介绍
胶粘剂的组成介绍胶粘剂是能把两种相同或不同的材料通过粘接作用连接起来，并能满足一定力学性能、物理性能和化学性能要求的一类物质，也称为粘合剂或粘结剂。
采用胶粘剂把材料连接在一起的工艺技术称为粘接技术。
胶粘剂通常由几种材料配制而成。
这些材料按其作用不同，一般分为基料和辅助材料两大类。
基料是在胶粘剂中起粘接作用并赋予胶层一定力学强度的物质，如各种树脂、橡胶、淀粉、蛋白质、磷酸盐、硅酸盐等。
辅助材料是胶粘剂中用以改善主体材料性能或为便于施工而加入的物质，如固化剂、增塑剂和增韧剂、稀释剂和溶剂、填料、偶联剂等。
1、基料在胶粘剂配方中，基料是使两被粘物体结合在一起时起主要作用的成分，它是构成胶粘剂的主体材料。
胶粘剂的性能主要与基料有关。
一般来讲，基料应是具有流动性的液态化合物或能在溶剂、热、压力的作用下具有流动性的化合物。
实际使用中，用做基料的物质有天然高分子物质、无机化合物、合成高分子化合物。
天然高分子物中，如淀粉、蛋白质、天然树脂等均可作为基料，人类应用它们已有数千年历史。
它们一般都是水溶性的，使用方便、价格便宜，且大多是低毒或无毒的；但由于它们受多种自然条件的影响，如地区、季节、气候不同，其性能不一致，因而质量不稳定，且品种单纯，粘接力较低，近几十年来大部分被合成高分子代替。
用做基料的无机化合物有硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐、硼酸盐、氧化物等。
虽然它们性脆，然而具有耐高温、不燃烧的特点，某些以无机化合物为基料的胶粘剂耐高温已达到3000℃，这是任何有机基料的胶粘剂所无法比拟的。
热塑性高分子、热固性高分子、合成橡胶等高分子今天已广泛应用在胶粘剂中，是当代胶粘剂中最重要的基料。
合成高分子的迅速发展为胶粘剂的研制和生产提供了丰富的物质基础，促进了粘接强度高、综合性能优良、耐久性好的胶粘剂的快速研制，新胶粘剂品种不断出现。
这使胶粘剂的应用渗透到了国民经济的各个部门。
2、固化剂胶粘剂必须在流动状态涂布并浸润被粘物表面，然后通过适当的方法使其成为固体，才能承受各种负荷，这个过程称为固化。
精细化学品生产技术：黏结工艺
3、胶粘剂的固化
物理固化：溶剂挥发、乳液凝聚、熔融体冷却等； 化学固化：化学反应产生交联结构。 方式：室温、加热（紫外光、电子束）。
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聚氨酯、无机胶等 热熔胶、溶液胶
高反应性胶粘剂
1、黏接工艺
表面处理： 清洁表面（木材刨光、塑料清洗、金属酸洗） 适当增加被粘物表面粗造度 提高表面能（金属酸蚀、化学处理、辐射、电处理）
2、胶粘剂的涂布
最常用——刷涂法 平面零件——辊涂法 薄胶层涂布——喷涂法（静电喷涂） 热熔胶——热熔枪 胶膜——手工敷贴
精细化学品生产技术 乔宗文
目
1
录相 平
2
衡
3
黏结工艺 胶黏剂的涂布 胶黏剂的固化
黏结工艺
根据被粘物表面 性状选择胶粘剂
胶粘剂 选择ຫໍສະໝຸດ 根据极性强极性根据成本
根据使用场合 （受力、温度等）
水基、溶剂型胶粘剂
热固性树脂胶粘剂
表面处理(提高表面自有能) 乙烯－醋酸乙烯共聚物胶粘剂
环氧胶 环氧树脂、酚醛树脂、
精细化工工艺学——胶黏剂
5. 不饱和聚酯树脂的合成工艺
线型不饱和聚酯的合成—反应釜 线型不饱和聚酯的合成 反应釜 苯乙烯稀释不饱和聚酯制得树脂—稀释釜 苯乙烯稀释不饱和聚酯制得树脂 稀释釜
6. 不饱和聚酯树脂胶粘剂的应用
聚酯玻璃钢 纸质塑料板
完！
引发剂名称 固化温度 范围/℃ 范围 ℃ 引发剂名称 固化温度 范围/℃ 范围 ℃
过氧化丁酮
过氧化二异丙苯 中温 （60~120） ）
异丙苯过氧化氢 低温 （20~60） ） 叔丁基过氧化氢
过氧化丁酮
叔丁基过氧化苯甲酸 高温 （120~150） ）
过氧化苯甲酰
二叔丁基过氧化物 叔丁基过氧化物
4.3 不饱和聚酯树脂固化类型
不饱和聚酯树脂的化学性质 不饱和聚酯树脂的化学性质 ★具有多功能团的线型高分子化合物，在其骨架主链上具有聚 具有多功能团的线型高分子化合物， 酯链键和不饱和双键，而在大分子链两端各带有羧基和羟基。 酯链键和不饱和双键，而在大分子链两端各带有羧基和羟基。 ★主链上的双键：与乙烯基单体发生共聚交联反应，使不饱和 主链上的双键：与乙烯基单体发生共聚交联反应， 聚酯树脂从可溶、可熔状态转变成不溶、不熔状态。 聚酯树脂从可溶、可熔状态转变成不溶、不熔状态。 ★主链上的酯键：可发生水解反应，酸或碱可以加速该反应； 主链上的酯键：可发生水解反应，酸或碱可以加速该反应； 与苯乙烯共聚交联后，可大大地降低水解反应的发生。 与苯乙烯共聚交联后，可大大地降低水解反应的发生。酸性 介质中，水解是可逆的、不完全的；碱性介质中， 介质中，水解是可逆的、不完全的；碱性介质中，由于形成 了共振稳定的羧酸根阴离子，水解成为不可逆的。 了共振稳定的羧酸根阴离子，水解成为不可逆的。 ★末端上的羧基：可与碱土金属氧化物或氢氧化物如MgO、 末端上的羧基：可与碱土金属氧化物或氢氧化物如 、 CaO、Ca(OH)2等反应，使不饱和聚酯分子链扩展，最终有 等反应，使不饱和聚酯分子链扩展， 、 可能形成络合物。 可能形成络合物。
精细化工工艺学复习题(含答案)
精细化工工艺学复习题★释义：精细化工：生产精细化学品的工业称精细化学工业，简称精细化工。
精细化学品：凡能增进或赋予一种（一类）产品以特定功能，或本身拥有特定功能的小批量高纯度化学品化工产品附加值：产品产值中扣去原材料、税金、设备和厂房的li折旧费后剩余部分的价值，包括：利润，工人的工资，动力消耗以及技术开发等费用纳米技术：在纳米尺度的范围内，通过直接操纵和安排原子、分子来创造新物质材料的的技术，即研究100纳米到1纳米范围内物质所具有的特异现象和特异功能，并在此基础上制造新材料，研究新工艺的方法与手段纳米材料：尺度达到纳米级，而性能既不同于其原子或分子，也不同于宏观物质的具有特殊性能的材料染料索引：《染料索引》是一部国际性染料，颜料品种汇编。
它将世界大多数国家各染料厂的商品，分别按它们的应用性质和化学结构归纳，分类，编号，逐一说明他们的应用特性，列出他们的结构式，注明其合成方法，附有同类商品名称的对应表环保染料：(1)不含德国政府和欧共体及其它Eco-Tex Standard 100 明文规定的在特定条件下会裂解释放出22种致癌芳香胺的偶氮染料；(2)不是过敏性染料；(3)不是致癌性染料；(4)不是急性毒性染料；(5)可萃取重金属的含量在限制值以下；(6)不含环境激素；(7)不含会产生环境污染的化学物质；(8)不含变异性化合物和持久性有机污染物；(9)甲醛含量在规定的限值以下；(10)不含被限制农药的品种且总量在规定的限值以下；食品添加剂：为改善食品品质和色、香、味，以及防腐和加工工艺的需要而加入食品中的化学合成或者天然物质胶粘剂：靠界面间作用使各种材料牢固的粘结在一起的物质陶瓷材料：陶瓷材料是除金属和高聚物以外的无机非金属材料的统称LD50值：它是粗略衡量急性毒性好低的一个指标，一般指能使一群被实验动物中毒死亡一半时所需的最低剂量，单位mg／KgADI值：它指人一声连续摄入某物质而不致影响健康的每日最大摄入量，以每公斤摄入毫克数表示，单位mg／Kg。
《精细化工工艺学》教学大纲
《精细化工工艺学》教学大纲FineChemica1Techno1ogy一、课程基本信息学时：40学分：2.5考核方式：考试与平时成绩相结合；平时成绩占总成绩的30%中文简介：本课程为化学工程与工艺方向专业选修课程，是一门内容丰富、实用性很强的一门课程，本课程结合精细化工发展的重点及本学科的主要研究方向，内容主要涉及表面活性剂、食品添加剂、香料、化妆品、涂料、胶粘剂、合成材料助剂等各类精细化学品的定义、分类、相关应用知识要点、作用机理、生产原理、化学反应机理、生产原理流程或配方及相应设备要求等。
在课程讲授上结合精细化工品的合成实例，重点讲述它们的合成原理、原料消耗、工艺过程，主要操作技术和产品的性能用途等，为学生毕业后从事精细化工产品的生产和新品种的开发奠定必要的理论和技术基础；对学生精细化工工艺学知识的掌握，及研究开发能力等综合素质的提高均有重要的作用。
二、教学目的与要求通过本课程的学习，要求学生掌握和了解精细化工发展的重点及本学科的主要研究方向和内容，在很大程度上能打下精细化工工艺学的深厚基础和良好的基本功训练，拓宽学生的知识面和增强其独立思考问题的能力。
为学生从事精细化工的各种民用和工业用产品开发和新应用领域拓展等工作奠定基础，培养学生查阅与精细化学品领域相关文献的能力，为从事该领域的科学研究工作打下基础。
三、教学方法与手段1.突出重点，以课堂讲授为主，以精细化工基础理论与化学工程高新技术的紧密结合为主线，对课程中的重点着重讲解。
2.精讲多练，把现代教育多媒体技术运用到授课过程中，通过增加精细化工研究的新概念、新理论、新技术、新工艺、突出教材内容现代化3.在教学过程中注意理论联系实际，注重各类精细化工产品的共性与个性、点和面的结合和体现、多学科知识的交叉和渗透。
把教师讲授与课堂讨论相结合,通过实例提高学生分析问题解决问题的能力。
四、教学内容及目标五、推荐教材和教学参考资源1推荐教材李和平主编.《精细化工工艺学》（第三版）.北京：科学出版社，20142.教学参考资源1.李和平主编.《现代精细化工生产工艺流程图解》.北京：化学工业出版社，20142.宋启煌.精细化工工艺学.第二版北京：化学工业出版社教材出版中心，2013年3.《合成材料助剂手册》编写组.合成材料助剂手册.第一版，北京：化学工业出版社，1985年4.杨葵华主编.《精细化工品制备与分析》.化学工业出版社，2015。
胶粘剂的生产工艺
胶粘剂的生产工艺胶粘剂是一种常见的粘接材料，广泛应用于工业生产和日常生活中的各种场景。
其生产工艺一般包括原料配料、混炼、制浆、乳化、成膜和包装等环节。
首先，关于原料配料。
胶粘剂的原料主要包括树脂、固化剂、助剂和填料等。
树脂是胶粘剂中起粘合作用的主要成分，常见的树脂有合成树脂和天然树脂。
固化剂用于使胶粘剂形成硬化的膜，常见的固化剂有溶剂型固化剂和热固化剂。
助剂和填料是为了改善胶粘剂性能和降低成本而添加的辅助材料。
其次，进入混炼环节。
将原料按照一定比例加入到混炼机中进行搅拌混合。
混炼的目的是使各种原料均匀分散，并促进树脂和固化剂之间的反应。
制浆是胶粘剂生产的一个重要环节。
经过混炼后的胶粘剂需要进行制浆处理，主要是利用特殊设备将胶粘剂连续搅拌，并逐渐加入少量的水，使其成为流体状。
制浆时可以加入一些助剂来调节胶粘剂的粘度和流动性，以便后续的加工操作。
接下来是乳化。
将制浆后的胶粘剂进行乳化处理，即将水溶性胶粘剂和溶剂型胶粘剂分散于水中，并利用乳化剂帮助分散均匀。
乳化可以提高胶粘剂的粘接性能和稳定性。
然后是成膜。
将乳化后的胶粘剂喷涂或涂刷于需要粘接的材料表面，经过一定时间的干燥和固化，形成一个坚固的粘合膜。
成膜的过程中，可以根据需要进行加热、压力处理，以提高粘接强度和品质。
最后是包装。
将成膜后的胶粘剂进行包装，通常采用管装或瓶装的方式。
在包装过程中，需要对胶粘剂进行标识并严格控制包装的装填数量，以确保胶粘剂的质量和安全性。
总之，胶粘剂的生产工艺涉及原料配料、混炼、制浆、乳化、成膜和包装等环节，每个环节都需要精确控制和严格操作，以确保生产出具有良好粘接性能和质量稳定的胶粘剂产品。
精细化工工艺学胶粘剂
环氧类胶粘剂主要由环氧树脂和固化剂两大部分组成。为改善某些性能，满足不同用途还可以加入增韧剂、稀释剂、促进剂、偶联剂等辅助材料。由于环氧胶粘剂的粘接强度高、通用性强，曾有“万能胶”、“大力胶”之称，在航空、航天、汽车、机械、建筑、化工、轻工、电子、电器以及日常生活等领域得到广泛的应用。
环氧树脂胶粘剂的品种很多，其分类的方法和分类的指标尚未统一。
6
高温固化胶，固化温度＞150℃。
7
其他方式固化胶，如光固化胶、潮湿面及水中固化胶、潜伏性固化胶等。
三、胶黏剂分类及组成
01
04
02
03
结构型胶黏剂
非结构型胶黏剂
按胶接强度特性分类
次结构型胶黏剂
化学反应型胶黏剂：有活性基团的线型聚合物，当加入固化剂后，由于化学反应而生成交联的体型结构，从而产生胶接作用。
热塑性树脂溶液胶黏剂：热塑性聚合物加溶剂配制而成。
热熔胶黏剂：是以热塑性聚合物为基本组分的无溶剂型固态胶黏剂，通过加热熔融黏合，然后冷却凝固。
第四部分 胶 粘 剂
胶粘剂是一种能把其他材料紧密粘合在一起的物质；以各种树脂、橡胶、淀粉等为基体材料，添加各种辅料而制成的。
胶黏剂是一类古老而又年轻的材料。 早在数千年前，人类的祖先就已经开始使用胶黏剂。 许多出土文物表明，5000年前我们祖先就会用粘土、淀 粉和香松等天然产物做胶黏剂；4000千多年前就会用生 漆做胶黏剂和涂料制造器具；3000年前的周朝已用动物 胶作木船的填缝密封胶。
目前，胶黏剂的应用已渗入到国民经济中的各个部门,成为工业生产中不可缺少的技术，在高技术领域中的应用也十分广泛。如据报导：国外在生产一辆汽车中要使用5～10kg胶黏剂；一架波音飞机的粘接面积达到2400m2 ；一架宇航飞机需要粘接30000块陶瓷片。
胶粘剂PPT学习课件PPT课件
聚醋酸乙烯粘合剂
• 主要用于木料、纸制品、无纺布、发泡 聚乙烯等的粘接 。
• (1)聚醋酸乙烯乳液胶粘剂 • 结构式：
CH CH2 n
OCOCH3
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• 合成方法：
由醋酸乙烯在乳化剂存在下进行乳液聚合（自由基聚合 机理）。
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• 主要原料： • ①引发剂 ：是水溶性的，如过硫酸铵、过硫酸钾； • ②保护胶体：聚乙烯醇，用来改善胶乳的贮存稳定性； • ③乳化剂：常用阴离子型或非离子型表面活性剂； • ④增塑剂：常用邻苯二甲酸二丁酯。
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粘接的基本原理
• (1)几种粘接理论简介
• ①吸附理论
• 物理吸附的范德华力：当两理想平面相距 1nm，吸引力可达10—100MPa; 0.3nm， 可达100-1000MPa。
• 只要胶粘剂能充分润湿被粘物表面，并与之
达到良好接触，分子间的引力便产生了胶粘
作用。
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浸稳透力而使用的低分子化合物，有些稀释 剂还能降低粘合剂的活性，延长粘合剂的使 用期。
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• （5）填料 • 填料的作用是改善粘合性能和降低粘合剂的成
本。填料一般是粉末状或细短纤维状。填料的 用量要合适，否则会导致粘接性能下降。 • （6）偶联剂 • 偶联剂是为了改善粘合剂和被粘物表面之间 的界面强度而使用的助剂。偶联剂是具有反应 性基团的化合物，可与被粘物表面分子形成化 学键合。偶联剂又称增粘剂。 • （7）其它助剂 • 粘合剂组分除上述必需的组分外，有进根据粘 料的结构性质、用途还需加入防老剂、着色剂、 引发剂、促进剂、乳化剂、增稠剂、防老剂、 阻燃剂、稳定剂等组分。
• （2）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，
精细化工概论之胶黏剂
发展方向：
低甲醛释放量脲醛胶（环保） 热熔胶不使用有机熔剂，是近年来我 国需求增长最快的胶种，也是未来的 发展方向。 聚氨酯胶粘剂广泛应用于制鞋、包装、 建筑、汽车等领域，而且由于其优良 的性能，被认为是国内最有发展潜力 的胶种之一。
有机硅胶粘剂将成为我国建筑用密封
胶的主导胶种。 高性能环氧树脂胶电子工业用环氧树 脂胶粘剂、建筑业用环氧结构胶。 汽车用pvc塑熔胶随着我国汽车工业 特别是轿车工业的发展，必有广阔的 发展前景。
三大发展趋势：
1、高性能合成胶粘剂正在异军突起：力学 性能和功能性；工艺具有可操作性。 2、环保型水基和热熔型等无溶剂胶粘剂成 为我国市场的主流。 3、新技术、新工艺在胶粘剂应用中，以微 胶囊、双液混喷、辐射法、紫外光固化法 和互穿网络法等为代表的新的生产技术， 新包装工艺。
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然后涂布胶黏剂，将被粘表面合拢装配；
最后通过物理或化学方法固化，实现胶接连接 。
1．表面处理
表面处理的基本原则如下：
▲ 设法提高表面能；
▲ 增加粘接的表面积； ▲ 除去粘接表面上的污物及疏松层
表面处理的方法主要有：
※ 溶剂及超声波清洗法；
※ 机械处理法； ※ 化学处理法；
※ 放电法（对高分子材料）
胶黏剂粘接技术的主要优点是： 1.可实现不同种类或不同形状材料之
间的连接，尤其是薄片材料； 2.应力分布均匀，不易产生应力破坏， 延长结构寿命。 3.密封性能良好，有很好的耐磨性能。 4.提高效率，降低成本。（简单、快 捷、经济） 5.减轻结构质量。 6.可赋予被黏物体以特殊的性能（绝 缘性）
氯丁胶乳胶粘剂。
丁腈橡胶胶粘剂 1. 特性 （1）耐油性、耐水性好； （2）粘结强度高；
胶粘剂基本知识
胶粘剂基本知识什么是胶粘剂（胶水）世界是由物质构成的，当需要把两种物质牢固的结合在一起的时候，除了一些机械的方法以外，往往需要使用粘接的方法。
胶粘剂就是使用物理和化学双重作用将两个相同或不同的物体结合在一起的物质，分为有机胶粘剂和无机胶粘剂两大类。
从广义来说，金属的焊接、水泥都是粘接的应用，这里我们只讨论有机胶粘剂这个范畴。
胶粘剂的分类有机胶粘剂又分为天然胶粘剂和合成胶粘剂，天然胶粘剂包括普通米浆熬成的浆糊，橡胶树流出的胶液，鱼、牛皮熬出的鱼胶、牛胶等。
合成胶粘剂一般来说是用化学合成的方法制成的工业制品，主要都是石油制品和副产品，也是目前胶粘剂的主流。
合成胶粘剂按状态大体分为固体胶粘剂和液体胶粘剂，液体胶粘剂又分为水溶性的和油溶性的，比如市面上的办公用胶水（纸品胶），木工用的白乳胶都属于水性胶水，而典型的油溶性胶水就是装修用的黄胶（万能胶）。
合成胶粘剂按材质可分为橡胶型和树脂型两大类，这是由合成它们的原料决定的，也决定了他们的基本性能和用途。
橡胶型的胶粘剂一般来说固化以后都有相应的弹性，所以适合用来粘接有弹性有韧性的物体，比如橡胶、塑料，常见的品种有装修用的黄胶（万能胶），鞋胶等等。
树脂类的胶粘剂一般来说固化以后比较硬和脆，适合用来粘接硬制的物体，如金属、硬制塑胶、木器等，常见的品种有502瞬间胶、环氧树脂胶等等。
橡胶型胶水还可以细分为氯丁系、聚氨酯系、丁苯系等等，树脂型胶水分为丙烯酸系、环氧树脂系等等，这些我们以后还会慢慢讲到。
胶粘剂的选择在这个行业有一句话：没有不用胶粘剂的行业，也没有粘不住的产品。
胶粘剂广泛应用于国民经济的各个方面，用途非常广泛。
但是也要知道另外一句话：真正万能的胶水是不存在的。
胶粘剂主要性能、机理、配方
胶粘剂主要性能、机理、配方2009-08-28 15:11影响粘接强度的化学因素影响粘接强度的化学因素主要指分子的极性、分子量、分子形状（侧基多少及大小）、分子量分布、分子的结晶性、分子对环境的稳定性（转变温度和降解）以及胶粘剂和被粘体中其它组份性质PH值等。
1.极性一般说来胶粘剂和被粘体分子的极性影响着粘接强度，但并不意味着这些分子极性的增加就一定会提高粘接强度。
从极性的角度出发为了提高粘接强度，与其改变胶粘剂和被粘体全部分子的极性，还不如改变界面区表面的极性。
例如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯经等离子表面处理后，表面上产生了许多极性基团，如羟基、羰基或羧基等，从而显著地提高了可粘接性。
2.分子量聚合物的分子量（或聚合度）直接影响聚合物分子间的作用力，而分子间作用力的大小决定物质的熔点和沸点的高低，对于聚合物决定其玻璃化转变温度Tg和溶点Tm.。
所以聚合物无论是作为胶粘剂或者作为被粘体其分子量都影响着粘接强度。
一般说来，分子量和粘接强度的关系仅限于无支链线型聚合物的情况，包括两种类型。
第一种类型在分子量全范围内均发生胶粘剂的内聚破坏，这时，粘接强度随分子量的增加而增加，但当分子量达到某一数值后则保持不变。
第二种类型由于分子量不同破坏部分亦不同。
这时，在小分子量范围内发生内聚破坏，随着分子量的增大粘接强度增大；当分子量达到某一数值后胶粘剂的内聚力同粘附力相等，则发生混合破坏；当分子量再进一步增大时，则内聚力超过粘附力，浸润性不好，则发生界面破坏。
结果使胶粘剂为某一分子量时的粘接强度为最大值。
3.侧链长链分子上的侧基是决定聚合物性质的重要因素，从分子间作用力考虑，聚合物支链的影响是，当支链小时，增加支链长度，降低分子间作用力。
当支链达到一定长度后，开始结晶，增加支链长度，提高分子间作用力，这应当是降低或提高粘接强度的原因。
4.PH值对于某些胶粘剂，其PH值与胶粘剂的适用期，有较为密切的关系，影响到粘接强度和粘接寿命。
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c胶粘剂的分类
c胶粘剂的分类：胶粘剂种类繁多，组分各异， 有多种分类方式态型、膏状或糊状。 2、按化学成分分类： 1）无机胶粘剂 2）有机胶粘剂 3、按来源分类 1）天然胶粘剂 2）合成胶粘剂
第三章 胶粘剂
第三章 胶粘剂
胶粘剂的固化
固化：通过适当方法使胶层由液态变成固态的过程。 热熔胶的固化
溶液型胶的固化
乳液型胶的固化
增塑糊型胶粘剂的固化 反应型胶粘剂的固化
按 固 化 方 式
第三章 胶粘剂
3.3 粘结接头的设计
1 接头及其受力情况：相当复杂，主要机械力
第三章 胶粘剂
第三章 胶粘剂
相关定义 胶接接头（adhesive joint）：通过胶粘剂而得到 的组件。 被粘物（adherends）：接头中除胶粘剂外的固 体材料。 粘结（adhesion）：胶粘剂把被粘物所受的载荷 传递到胶接接头的现象。 粘附力（practical adhesion）：强度由被粘物和 胶粘剂的力学性能决定。
I ,I
化率； ——偶极矩 （永久，诱导）
在范氏力中 起主要作用
第三章 胶粘剂
吸附理论
吸附理论认为胶接过程分两个阶段 第一阶段：胶粘剂分子通过布朗运动，向胶接 物体表明移动扩散，使二者的极性基团或分子 链段互相靠近。 第二阶段：吸附力产生。作用能E如下
第三章 胶粘剂
范德华力
偶极力：极性分子间的引力， 即偶极距间的相互作用力。
2 u1 u2 Ek 6 3 R T K 式中： u1 , u 2 ——偶极矩
2 2
诱导偶极力：由于受到 极性分子电场的作用而 产生的。
R——距离；T——绝对温度 K——波尔兹曼常数
Company LOGO 2007.9
3.1 胶粘剂的定义及特点
胶粘剂（黏合剂）eltadhesive： a定义：靠界面间作用使各种材料牢固地粘接 在一起的物质。 b胶粘剂的组成： 粘料 稀释剂 填料 组成 固化剂和固化促进剂
增塑剂和增韧剂
偶联剂 和其他助剂
第三章 胶粘剂
将被胶接材料和固化的胶粘剂层理想化为电容器，即在胶接 接头中存在双电层，胶接力主要来自双电层的静电引力。静 电引力的产生是相1电荷场相2电荷场相互作用的结果。 贡献 成功地解释了粘 附功与剥离速度 有关的实验事实 缺陷
• 静电引力（<0.04MPa）对胶接强度的 贡献可忽略不计 • 无法解释用炭黑作填料的胶粘剂及导电 胶的胶接现象 • 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
第三章 胶粘剂
影响胶接强度的因素
胶层厚度 被胶接物的 表面状态 弱界面层 内应力 交联度 胶粘剂的 固化
胶接强度
分子量及分 子量分布
极性
第三章 胶粘剂
3.4 各种胶粘剂介绍
• 硅酸盐类：硅酸盐水泥、硅酸钠（水玻璃）
该理论认为：在胶接接头中存在双电层，胶接 力来自双电层的静电引力。 胶接功等于电容器瞬间放电的能量，计算公式 如下：
WA
2Q 2
h
WA－－胶接功；Q－－电荷表面密度； h－－放电距离；ε－－介质的介电常数
前苏联：Mcbain J W.J Phys Chem，1926，30：114
第三章 胶粘剂
剪切力 拉伸力
剥离力 不均匀扯离力
第三章 胶粘剂
接头形式选择原则 2 接头形式选择原则： 胶层承受剪切力和拉伸力， 避免剥离力和不均匀扯离力。 增加粘结面积 防止层间剥离 避免应力集中 胶层均匀 加工容易，方便
第三章 胶粘剂
粘结接头类型
粘结接头类型：型样各异，变化多端
对接接头（butt joint） 斜接接头（scarf joint） 搭接接头（lap joint） 套接接头（dowel joint)
第三章 胶粘剂
3.2 粘接原理
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
树脂型
合成有机 胶粘剂
橡胶型 复合型
氯丁橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、 聚硫橡胶、端羧基橡胶、有机硅橡胶、热塑 性橡胶 酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-氯丁橡胶、酚醛丁腈橡胶、环氧-酚醛、环氧-聚酰胺、环氧丁腈橡胶、环氧-聚氨酯
第三章 胶粘剂
1.无机胶粘剂：即由无机盐、无机酸、无机碱和金属氧 化物、氢氧化物等无机物组成的胶粘剂。 按化学成分：硅酸盐，磷酸盐，硫酸盐，硼酸盐等。 按固化机理：气干型，水固型，热熔型，反应型。 特点：耐热性，阻燃性，耐光性，耐油性比有机胶粘 剂好，抗老化，原料价廉，（一般耐900~1000℃） A 热熔型胶粘剂 低熔点金属（如锡焊），玻璃陶瓷等 B 水固型胶粘剂： 有水泥，石膏
第三章 胶粘剂
C 磷酸盐类胶粘剂
基料：由酸式磷酸盐、偏磷酸盐、焦酸盐为基料或 直接由酸与金属氧化物、卤化物、氢氧物、碱性盐 类、硅酸盐、硼酸盐等的反应产物为基料。
固化剂：金属氧化物、氢氧化物、硼酸盐、硅酸盐 以及金属盐等。
总结
• 胶接过程是一个复杂的过程，以上几种胶接理论即有实验事实 作依据，又都存在有局限性 • 对于固体和胶粘剂产生胶接作用的原因，可概括为： （1）相1和相2机械结合作用。包括：①胶钉理论（anchoring）； ②被胶接固体经表面处理后产生触须（whisker）状凸起，相1与 相2纠缠咬合（interlocking）。 （2）相1和相2的化学吸附结合作用。包括：①通过相互扩散， 在分子之间产生分子间的拉引作用力（内聚力）；②相1相2密 切接触，产生分子间的拉引作用力；③相1和相2通过化学键结 合在一起。 • 胶接效果是主价力、次价力、静电引力和机械作用力等综合作 用的结果。
结论
胶粘剂与被胶接材料 表面间的距离是产生 胶接力的必要条件 胶接体系内分子接触 区（界面）的稠密程 度是决定胶接强度的 主要因素 物质的极性有利于获得 高胶接强度，但过高会 妨碍湿润过程的进行
必要非充分条件
胶粘剂湿润被胶接材料的表面 产生物理吸附
H2O
高的胶接强度
第三章 胶粘剂
前苏联：Mcbain J W.J Phys Chem，1926，30：114
第三章 胶粘剂
化学键理论
观点：
化学键理论认为粘合剂与被粘合物之间除存在 范德华力外，有时还可形成化学键。化学键的键能比 分子间的作用大的多，形成较多的化学键对提高胶接 强度和改善耐久性都具有重要意义。
第三章 胶粘剂
机械结合理论
观点：
该理论认为，粘合剂浸透到被粘物表面的空隙中，固化 后就象许多小钩和椎头似地把粘合剂和被粘物发生纯机械咬 和与镶嵌，这种细微的机械结合对多孔性表面更为显著 。
特点： 机械连接力和摩擦力有关。
F
WH
F:摩擦力； W：法线压力； H：固体表面的凹凸高度； 1/λ:单位长度的凹凸高度。 缺点： 对非多孔材料黏结无法解释。
第三章 胶粘剂
扩散理论
观点：胶粘剂和被粘物分子通过相互扩散而形成 牢固接头。 特点： 1.胶接强度与接触时间，胶接温度，胶接压 力，胶层厚度有关系。 2.胶粘剂分子量越高越不利扩散。 3.分子链的柔韧性增加，侧基减少，有利分 子扩散，胶接强度也有增加。 4.极性与极性和非极性与非极性聚合物之间 都具有较高的粘附力。 缺点： 不能解释高聚物以外的胶粘现象。
无 机
• 磷酸盐类：磷酸-氧化铜 • 硫酸盐类：石膏
胶 粘 剂
有 机
• 陶瓷：氧化锆、氧化铝
• 淀粉类：淀粉、糊精
天然有机 胶粘剂
• 蛋白类：大豆蛋白、血蛋白、骨胶、鱼胶、酪素、虫胶 • 硫酸盐类：石膏 • 陶瓷：氧化锆、氧化铝 • 热塑性：聚醋酸乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲 醛、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚酰胺、 饱和聚酯等 • 热固性：脲醛树脂、酚醛树脂、间苯二酚树脂、 三聚氰按树脂、环氧树脂、不饱和聚酯、聚异氰酸 酯、呋喃树脂等
a u a u ED 1 1 6 2 2 R a ,a 式中： u 1,u2 ——分子极 1 2
2 2
色散力：非极性分子 间的作用力。 3 I1 I 2 a1 a2 EL I I R6 2 1 2
1 式中：2 I1 , I 2 ——分子 电离能
第三章 胶粘剂
3.3 如何正确选择胶粘剂
应考虑五个方面： 1.被粘接材料的性质 2.被粘接体应用的场合及受力情况 3.粘接过程有关特殊要求 4.粘接效率和粘接成本 5.同材料或不同材料间实施胶接，应对胶粘剂进 行选择 胶接工艺中最主要三个环节： 1.选择胶粘剂 2.胶接接头设计 3.表面处理
1）发展无溶剂性胶粘剂 现行的许多胶粘剂都含有大量挥发性很强的溶剂,这些溶剂 不仅危害人的身心健康,而且会破坏大气层中的臭氧层。近年 来,引起了公众和政府的高度重视,这样自然给胶粘剂工业带来 了一种新的发展趋势,即向无溶剂的胶粘剂发展。 2)发展纳米胶粘剂 纳米胶粘剂是材料领域的重要组成部分,发展纳米胶粘剂,有 可能在席卷全球的“纳米经济”急战中,抢夺一个技术制高点。 纳米胶粘剂将成为一颗耀眼的新的科技明星。 3)发展多功能胶粘剂 当一种胶粘剂同时具有多种功能的时候,它的应用价值往往 陡增,所以多功能胶粘剂是胶粘剂工业的发展趋势之一。 4)发展军事、国防用胶粘剂 发展军事、国防用胶粘剂是未来战争和防恐、反恐的需要, 因此它必定有着长足发展。
吸附理论
吸附理论的缺陷： 1. 解释不了胶粘剂与被胶粘物之间的胶接力 大于胶粘剂本身的强度。 2. 解释不了胶接强度大小与分子间的分离速 度关系。 3. 解释不了对于高分子化合物极性过大，反 而胶接强度降低。 4. 解释不了水的影响。