第六章胶粘剂

a、吸附理论：物理吸附，范德华力；b、机械结 合理论；c、静电理论；d、扩散理论；e、化学 键理论。 上述每种理论都只强调了某一种作用所做的贡献， 但各种作用的大小是随着被粘体系的变化而变化 的，而且多数情况黏附是各种作用的综合体现。
7.3 胶接工艺
胶粘剂的选择：根据被粘物表面性质来选择胶粘 剂：多孔不耐热材料选用水基型或溶剂型胶粘剂； 表面致密耐热物质选用反应性热固性树脂胶粘剂； 对于难粘物，则须表面处理后再选用乙烯－醋酸 乙烯共聚物热融胶或环氧胶。 根据被粘物表面极性：如极性表面一般选用极性 胶粘剂（如环氧树脂胶、酚醛树脂胶等及无机 胶）；如非极性表面一般采用热融胶、溶液胶等； 如弱极性表面（如聚苯乙烯、聚碳酸酯）可选用 反应性胶粘剂如聚氨酯等。
环氧胶
10~100 环 氧 、 橡
胶胶 环氧、橡 胶胶
石棉粉
1/7 ～ 1/2 <250 英寸 200 325
碳酸钙 200 300 白炭黑 －
聚 酯 、 环 氧 电木粉 胶 胶
Hale Waihona Puke Baidu
10～40 环氧 >50
20~100 橡 胶 、 环 氧 石墨粉
云母粉 300 325
～ <100
环 氧 、 酚 醛 、瓷粉 聚酯胶
胶粘剂的应用：木材加工领域（酚醛树脂、脲醛 树脂、三聚氰胺、间苯二酚－甲醛、聚乙酸乙烯 酯乳液、氯丁胶等）；建筑方面（聚乙酸乙烯酯、 聚丙烯酸酯、氯丁、环氧、聚酯、聚硅烷等）； 轻工方面（包装领域，橡胶、聚丙烯酸酯的压敏 胶，低分子量聚乙烯、乙烯－醋酸乙烯（EVA） 的热融胶，醋酸乙烯乳液等；制鞋方面：氯丁橡 胶浆、聚氨酯等）；航空工业；医学（牙科等）； 电子工业和仪器仪表的制造中。
性能指标：固含量：45％~50％，pH值4~6，颗粒度0.5~5.0μm， 粘度1~2Pa.s。
主要问题：耐水性不够和蠕变较大。解决方法： 加入交联剂。由于聚醋酸乙烯酯聚合时有一般酯 基被水解，其分子中含有羟基，可以用乙二醛、 二羟甲基尿素、脲醛树脂、三聚氰氨树脂、酚醛 树脂以及金属盐类作为交联剂。 使用领域：主要用于胶接纤维素质材料：如木材、 纸制品。在家具制造、门窗组装、橱柜生产，尤 其在现场砌铺塑料地面、塑料墙纸的施工中普遍 使用。与脲醛树脂并用，不仅降低成本，而且可 以提高抗水耐热性。
胶接工艺：表面处理：包括表面清洁、机械处理 （如沙纸打磨）、化学处理（化学腐蚀，如酸腐 蚀）、放电法（对高分子材料，电腐蚀），目的 是为了提高表面能，增加粘接表面积，除去表面 上的污物及疏松层。 胶粘剂的涂布：刷涂法、辊涂法、喷涂法等。 胶粘剂的固化：物理方法固化（如溶剂挥发、乳 液凝聚、熔融体冷却）和化学固化（交联成体 型），另外还有辐射固化（利用紫外线、电子束 等高能辐射固化）。
7.2 胶接的基本原理
1、胶接界面： 胶接接头：是由胶粘剂与被 粘物表面依靠黏附作用形 成的。接头在应力－环境 的作用下会逐渐发生破坏。 胶接界面：由被粘物表面 （如金属氧化物）及其吸 附层（如空气、水、杂质） 和靠近被粘物表面的底胶 或胶粘剂组成。
胶接界面示意图
胶接界面的特性：界面中底胶（胶粘剂）和被粘物 表面以及吸附层之间无明显边界；界面的结构性 质与底胶（胶粘剂）或被粘表面的结构、性质是 不同的；界面的结构和性质是不断变化的，随物 理的、力学的和环境的作用而变化，并随时间而 变化。
胶接界面的结合包含：物理结合如范德华力（偶极 力、诱导偶极力、色散力、氢键）；化学键合 （如离子键、共价键、金属键）。
影响界面结合的主要因素：被粘物表面的化学状态 和吸附物；被粘物表面的精细结构（粗糙度）； 胶粘剂分子的链结构（分子量、官能团等）、粘 度和粘弹性；胶粘剂、被粘物表面的相容性和各 组成及其界面对应力-环境作用的稳定性；胶接工 艺。 2、黏附机理：关于胶粘剂对被粘物形成一定的粘合 力的机理，还不完善。目前主要的粘合机理有：
偶联剂：是一种既能与被粘材料表面发生化学反应
形成化学键，又能与胶粘剂反应提高胶接接头界 面结合力的一类物质。常用的偶联剂有：硅烷偶 联剂、钛酸脂偶联剂等。 触变剂：利用触变效应，使胶液静态时有较大粘度， 从而防止胶液流挂的一类化合物。如白炭黑 。 增塑剂：具有在胶粘剂中能提高胶粘剂弹性和改善 耐寒性的功能。 另外胶粘剂中有时还加有引发剂、促进剂、乳化剂、 增稠剂、防霉菌剂、防老剂、阻聚剂、阻燃剂以 及稳定剂等 。
4、按用途分类：有金属、塑料、织物、纸品、医 疗、制鞋、木工、建筑、汽车、飞机、电子元 件等各种不同用途胶。还有特殊功能胶，如导 电胶、导磁胶、耐高温胶、减震胶、半导体胶、 牙科用胶、外科用胶等。 5、按受力情况分类：胶接件通常是作为材料使用 的，因此胶接强度非常重要。为此将胶粘剂分 为结构胶、非结构胶。
200~300
－
聚酯、环 氧
名称 环氧丙烷 环氧氯丙烷
结构式
分子量 沸点/oC 用 量 /%( 相 对胶料质量) 58.08 92.53 130 35 117 5～20 5～20 5～20
活 性 稀 释 剂
环氧丙烷丁基醚
苯基环氧乙烷
环氧丙烷苯基醚 二缩水甘油醚 乙二醇二缩水甘 油醚 二环氧丁二烯
120.14
以聚醋酸乙烯酯为原料，在碱性催化（NaOH）的 甲醇醇解工艺。
注：PVA的水解度（羟基含量），由醇解过程控制，
与分子量无关。
水解度99.7％~100％的PVA为高结晶聚合物，耐水 性好；87~89％的PVA对水最敏感，易溶于水；水 解度进一步降低，对水的敏感性又降低
PVA胶粘剂通常以水溶液的形式使用。在 胶液中还需添加填料、增塑剂、防腐剂、 熟化剂等。 特点：能形成坚韧的透明膜，具有很高的 拉伸强度和耐腐蚀性，还具有隔绝氧（干 燥膜）的特性。是性能优异的胶粘剂，具 有较高的耐溶剂、耐油、耐动物油脂的性 能。 主要用于纺织上胶和粘合纸品等。
151 130 174 86
191.1
245
10～15
10～15 10～30 5～20
康醇缩水甘油醚
5～25
名称 丙酮 甲乙酮
结构式
分 子 沸 点 用 量 /%( 相 对 /oC 量 胶料质量)
58.08 72.10 56.5 79.6 7.7 4.6
非 活 性 稀 释 剂
环己酮
甲苯 二甲苯 正丁醇 丁基溶纤 剂 C4H9OH HOCH2CH2O C4H9
聚氯乙烯
聚氨酯 α-氰基丙烯酸酯 厌氧性丙烯酸双脂
热塑性树脂胶粘剂的玻璃化温度是影响其性能 的指标之一。玻璃化温度高于室温的树脂，作 为胶粘剂使用时，粘接力低，形成的胶接层发 硬发脆；玻璃化温度大大低于室温的树脂，粘 接层在室温下柔软，挠曲性成膜性好，粘接力 高。
一、聚醋酸乙烯酯粘合剂
聚醋酸乙烯酯是醋酸乙烯的聚合物。 特性： 通过自由基反应机理进行聚合；引发剂为：有机过 氧化物（过氧化苯甲酰）或无机过酸盐（如过硫 酸钾、过硫酸铵）； 聚合方法有：本体聚合、溶液聚合和乳液聚合，乳 液聚合产量最大；聚醋酸乙烯无臭、无味、无毒； 聚醋酸乙烯可以配制成乳液胶粘剂、溶液胶粘剂、 热熔胶粘剂及醋酸乙烯共聚物胶粘剂。
7.4合成树脂胶粘剂
7.4.1、热塑性树脂胶粘剂
通常为液态胶粘剂，通过溶剂挥发、融体冷却或 聚合反应，变成热塑性固体而达到粘接目的。 其机械性能、耐热性能和耐化学性均比较差，但
使用方便，有较好的柔韧性。
表1：常用热塑性树脂胶粘剂
胶粘剂 聚醋酸乙烯酯 乙烯－醋酸乙烯酯 树脂 聚乙烯醇 聚乙烯醇缩醛 丙烯酸树脂 特性 无色、快速粘接，初期粘度高，但 不耐碱和热，有蠕变性 快速粘接，蠕变性低，用途广，但 低温下不能快速粘接 廉价、干燥好、挠性好 无色、透明、有弹性、耐久、耐剥 离度低 无色、挠性好、耐久、但略有臭味、 耐热性低 快速粘接，但溶剂有着火危险 剥离强度高，但不耐热和水 室温快速粘接、用途广，但不耐久、 粘接面积不易大 隔绝空气下快速粘接、耐水、耐油， 但剥离强度低。 用途 木料、纸制品、无纺 布、发泡塑料 薄册贴边、包装封口、 聚氯乙烯板 纸制品、布料、纤维 板 金属、安全玻璃 金属、无纺布、聚氯 乙烯板 硬质聚氯乙烯板和管 金属、蜂窝结构件 机电部件 螺栓紧固、密封
基料：构成胶粘剂的主要成分。有无机化合物、天
然聚合物、合成聚合物三类。
固化剂：使低分子聚合物或单体化合物经化学反应
生成高分子化合物，或使线型高分子化合物交联 成体型高分子化合物，从而使粘接具有一定的机 械强度和稳定性。
填料：为改善胶粘剂的某些性能而加入的。如提高
弹性模量、冲击韧性、耐热性，降低线膨胀系数 和收缩率，同时又可降低成本的一类固体状态的 物质。
第六章：胶粘剂
7.1 概述
胶粘剂是一种媒介，其功能是使两个单独 的物质粘结成一个整体物质，该整体物质 所具备的独特性能是单独物质所不具备的。 胶接方式相对与其他联接方法具有：应用 领域宽、产品性能优异、施工更简单方便 而且经济有效。
胶粘剂通常是一种混合物，主要由以下几个部分 组成：基料、固化剂、填料、增韧剂、稀释剂以 及其他辅料配合而成。
98.14
92.13 106.16 74.12 118.19
115.6
110.8
117 171.2
0.5 0.1
甲基溶纤 剂醋酸酯
CH3COOCH2CH2OCH3
118.16
132.16 160
144.5
156.4 56.5
0.3
0.2 <0.1
醋 酸 乙 基 CH3COOCH2CH2OC2H5 溶纤剂 丁 基 溶 纤 CH3COOCH2CH2OC4H9 剂醋酸酯
氧化铝 100 200 氧化镁 200 325 二氧化 200 325 钛 铜粉 200 300
～ 25～75 环氧胶
200 300 325 200
～ 10~100 环氧胶 >50
环氧胶
～ 30 ～ 环 氧 胶 、 橡 高岭土 胶胶 100 ～ 75 ～ 环 氧 、 橡 胶 、滑石粉 聚酯胶 100 ～ 250 ～ <100
2、聚乙烯醇缩醛胶粘剂 PVA与醛类进行缩醛化反应即可得到聚乙烯醇缩醛， 反应过程如图:
PVA缩醛的溶解性取决于分子中羟基含量，缩醛度 为50％时，可溶于水配成水溶液胶粘剂（如市售 106、107胶），缩醛度很高时不溶于水，溶于有机 溶剂。
1、聚醋酸乙烯乳液胶粘剂：
是合成树脂乳液胶粘剂中生产最早、产量最大的品 种。大部分聚醋酸乙烯胶粘剂是以乳液的形式使用。 优点：乳液聚合物分子量可以很高，机械强度好； 与同浓度的溶剂胶粘剂比，粘度低，使用方便；以 水为介质，成本低，无毒，不燃。
合成方法：在水介质中，以聚乙烯醇（PVA）做 保护胶体，乳化剂（阴离子或非离子表面活性 剂），pH值调节剂（如磷酸盐、碳酸盐、醋酸盐 等），引发剂，醋酸乙烯单体，反应过程如图：
稀释剂：能降低胶粘剂粘度的易流动的液体，加入
它可以使胶粘剂有好的渗透力，改善胶粘剂的工 艺性能。可分为活性稀释剂和非活性稀释剂两类。
增韧剂：提高胶粘剂的柔韧性，改善胶层抗冲击性
能。
表7-1 胶粘剂中一些常用填料
名称 细度/目 参考用 适 应 胶 对 名称 量 象列举名 称 石膏粉 细度/目 参考用 适应胶对 量 象列举名 称
注意事项：乳化剂、胶体保护剂的类型、用量；引 发剂品种、用量、加入方式；聚合温度；pH值；单 体加入方式；对乳液的性质如粘度颗粒度、稳定性 等均匀影响。 在聚醋酸乙烯酯乳液中加入不同的增塑剂、填料、 增粘剂等添加物，即可调制成适合不同用途的胶粘 剂。 配方举例：
聚醋酸乙烯酯乳液 DBP（邻苯二甲酸二 丁脂，增塑剂） 100份 8～10份 填料 溶剂 30～50份 5份
2、醋酸乙烯共聚物胶粘剂
聚醋酸乙烯是一种刚性材料，增加其柔韧性可以通 过外加增塑剂（存在增塑剂逐渐析出，胶接力减弱 的老化问题），也可以通过与适当的单体共聚合而 得到（属于分子内部增韧，性能持久不渗出）。
常用的共聚单体：乙烯、氯乙烯、丙烯酸酯、顺丁 烯二酸酯等。
二、聚乙烯醇和缩醛粘胶剂
1、聚乙烯醇（PVA）胶粘剂
1、
胶粘剂的分类：
按 基 料 分 类：
无 机 胶 粘 剂、 有 机 胶 粘 剂
2、按物理形态分类：溶液型、水基型（乳液 型）、膏状或糊状形、固体型、膜状型。
3、按固化方式分类：胶粘剂在胶接过程中一般 均要求固化，方能使被胶接物件具有足够强度， 按固化方式一般分为：（1）水基蒸发型；（2） 溶解挥发型；（3）热融胶；（4）化学反应型； （5）压敏胶。