胶接基础知识
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胶接工艺基础.
气体介质中的 固体表面张力 固体介质上的 液体表面张力 固体与液 体相接面 表面张力
液固间界面接触角
材料的润湿示意图
(a)亲水性材料；（b）憎水性材料
2.表面张力： 什么是表面张力：使液体表面收缩到最小面积的力，就叫做 「表面张力」。 实验证明：表面张力小的物质能够很好地润湿张力大的物质，而 反之则不然。如，油能很好的铺展在水的表面上，反之却不行。 一般金属和其它无机物的表面张力远远大于胶粘剂的表面张力。 如果它们表面是干净的，则很容易被胶粘剂润湿。从而为形成良好 的粘合力创造了条件。正因为如此它们也易被张力小的物质如油等 所污染，因此这些材料在胶粘前应进行仔细的表面处理。 一般塑料表面张力与胶粘剂的表面张力大致相仿，因此胶粘剂对 这些材料的润湿程度就要差一些。所以必要时应对塑料表面进行粗 化或活化处理。 也可在胶粘剂中加入表面活化剂，降低胶粘剂的表面张力。(表 面活性剂：具有很强表面活性、能使液体<胶粘剂>的表面张力显著 下降的物质）
• 硅酸盐类：硅酸盐水泥、硅酸钠（水玻璃） 无 机 • 磷酸盐类：磷酸-氧化铜 • 硫酸盐类：石膏 • 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 • 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 树脂型 • 热固性：脲醛树脂、酚醛树脂、间苯二酚树脂、 三聚氰胺树脂、环氧树脂、不饱和聚酯、聚异 氰酸酯、呋喃树脂等 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 胶粘剂 有 机
5、胶粘剂与被粘物的机械结合
液固间界面接触角
材料的润湿示意图
(a)亲水性材料；（b）憎水性材料
2.表面张力： 什么是表面张力：使液体表面收缩到最小面积的力，就叫做 「表面张力」。 实验证明：表面张力小的物质能够很好地润湿张力大的物质，而 反之则不然。如，油能很好的铺展在水的表面上，反之却不行。 一般金属和其它无机物的表面张力远远大于胶粘剂的表面张力。 如果它们表面是干净的，则很容易被胶粘剂润湿。从而为形成良好 的粘合力创造了条件。正因为如此它们也易被张力小的物质如油等 所污染，因此这些材料在胶粘前应进行仔细的表面处理。 一般塑料表面张力与胶粘剂的表面张力大致相仿，因此胶粘剂对 这些材料的润湿程度就要差一些。所以必要时应对塑料表面进行粗 化或活化处理。 也可在胶粘剂中加入表面活化剂，降低胶粘剂的表面张力。(表 面活性剂：具有很强表面活性、能使液体<胶粘剂>的表面张力显著 下降的物质）
• 硅酸盐类：硅酸盐水泥、硅酸钠（水玻璃） 无 机 • 磷酸盐类：磷酸-氧化铜 • 硫酸盐类：石膏 • 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 • 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 树脂型 • 热固性：脲醛树脂、酚醛树脂、间苯二酚树脂、 三聚氰胺树脂、环氧树脂、不饱和聚酯、聚异 氰酸酯、呋喃树脂等 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 胶粘剂 有 机
5、胶粘剂与被粘物的机械结合
胶接的基本知识汇总
3、涂胶
采用适当的方法涂布胶粘剂，以保证厚薄合适、均匀无缺、无气泡等等。
4、清理
在涂胶装配后，清除胶接件上多余的胶接剂。
5、固化
根据胶接件的使用要求、接头形式、接头面积等，恰当选定固化条件，使胶 接域固化
6、质量检验
对胶接产品主要是进行X光、超声波探伤、放射性同位素或激光全息摄影等无损检验， 以防胶接接头存在严重的缺陷。 － 3/ 12－
－ 6/ 12－
五、胶接的应用
机械工业中﹐胶接主要用於金属和非金属的结构联 接﹐例如用热固化型胶黏剂胶接的汽车剎车闸。胶接还 可用於设备的维修﹐例如金属铸件的砂眼或缺陷﹐可用 含有金属粉末的胶黏剂填补。对承载较大的壳体﹐可用 胶接与金属扣合﹑螺钉加固等机械联接相结合的方法﹐ 来保证强度。胶接的另一重要应用是设备的密封。航空 工业是胶接应用的重要部门。由於金属联接件的减少﹐ 胶接结构与铆接或焊接结构相比﹐可使机件重量减轻 20～25％﹐强度比铆接提高30～35％﹐疲劳强度比铆接 提高10倍。
目录
（一）对胶接的理解
一、胶接的定义和分类： 二、胶接的基本工艺过程： 三、胶接的受力分析：
四、胶接的优缺点分析；
五、胶接的应用 ；
（二）胶接在超声波诊断仪上的应用 （三）对于胶接的建议 （四）总结
－ 1/ 12－
（一）对胶接的理解
一、胶接的定义和分类：
定义:
胶接是利用胶合剂在一定的条件下把预置的元件联接在一起， 并将有一定的连接强度的连接方式。
非结构 胶粘剂
在正常使用时有一定的胶接强度，但在受到高温或 者重载的时候，性能迅速下降，比如聚氨酯胶粘剂 和酚酞-氯丁橡胶胶粘剂等。 在常温下的抗剪切强度一般不低于8Mpa，经受一般 高、低温或化学的作用不降低其性能，胶接件能承 受较大的载荷。例如酚醛-缩醛-有机硅胶粘剂、环 氧-酚醛胶粘剂和环氧-有机硅胶粘剂。 即具有特殊用途（如防锈、绝缘、导电、透明、超 高温、超低温、耐酸、耐碱等）的胶接剂。
第五节 胶接
§3-6 胶接 adhesion bonding
一、胶接概念
1. 概念
利用胶粘剂直接把被连接件连接在一起，利用胶粘剂 凝固后产生的粘附力来点
1. 特别适于异型、异质、薄壁、复杂、微小、硬脆或热敏 件连接 2. 接头应力分布均匀，基本无热影响区，残余应力和变形 3. 结构刚度好、重量轻，表面光滑，美观 4. 连接、密封、绝缘、防腐等多重功能 5. 工艺性好，成本低，节能
6. 接头强度不高，耐热性不高，易老化
主要用于铝合金钣金及蜂窝结构的连接
二、胶接剂
按来源分
(1)天然胶粘剂，为单一组分 (2)合成胶粘剂，由粘料、固化剂、增塑剂、填料组成
按成分性质分
(1)热固性胶粘剂 (2)热塑性胶粘剂 按基本用途分 (1)结构胶粘剂（强度高） (2)非结构胶粘剂（强度低） (3)特种胶粘剂（具特殊性能）
三、胶接工艺
定部位→表面处理→配胶→涂胶→固化→检验
四、胶接接头 接头基本形式是搭接；接头作用力有：剪切、拉伸、 剥离和不均匀扯离等，后两种破坏性大
(1)接头尽量承受剪切和拉伸力 (2)尽可能增加胶接面积 (3)采用混合连接提高连接强度
一、胶接概念
1. 概念
利用胶粘剂直接把被连接件连接在一起，利用胶粘剂 凝固后产生的粘附力来点
1. 特别适于异型、异质、薄壁、复杂、微小、硬脆或热敏 件连接 2. 接头应力分布均匀，基本无热影响区，残余应力和变形 3. 结构刚度好、重量轻，表面光滑，美观 4. 连接、密封、绝缘、防腐等多重功能 5. 工艺性好，成本低，节能
6. 接头强度不高，耐热性不高，易老化
主要用于铝合金钣金及蜂窝结构的连接
二、胶接剂
按来源分
(1)天然胶粘剂，为单一组分 (2)合成胶粘剂，由粘料、固化剂、增塑剂、填料组成
按成分性质分
(1)热固性胶粘剂 (2)热塑性胶粘剂 按基本用途分 (1)结构胶粘剂（强度高） (2)非结构胶粘剂（强度低） (3)特种胶粘剂（具特殊性能）
三、胶接工艺
定部位→表面处理→配胶→涂胶→固化→检验
四、胶接接头 接头基本形式是搭接；接头作用力有：剪切、拉伸、 剥离和不均匀扯离等，后两种破坏性大
(1)接头尽量承受剪切和拉伸力 (2)尽可能增加胶接面积 (3)采用混合连接提高连接强度
胶类的基础知识
胶类的基础知识
QF 2017年5月3日
内容
胶的简介
分类与应用 组份组成 常见术语
胶的简介
1、胶的定义
胶粘剂又称粘合剂，简称胶，是使物体与另一物体紧密连接为一 体的非金属媒介材料。采用胶黏剂将各种材料或部件连起来的技术称 为胶接技术。 在两个被粘物面之间胶粘剂只占很薄的一层体积，但使用胶粘剂 完成胶接施工之后，所得胶接件在机械性能和物理化学性能方面，能
（一般胶接的反复疲劳强度破坏为4×106次，而铆接只有2×105。薄板胶接耐振性比铆接或 螺接高50％左右。）
③ 胶接工艺简单，设备投资少，易实现机械化，生产效率高。 ④ 胶接可以减轻结构件重量、节约材料。
采用胶接可使飞机重量下降20％以上，成本下降30％以上。 胶粘剂的使用量是现代汽车水平的一个重要标志。
胶的分类与应用
1、胶粘剂的分类
按化学类型分类 •无机胶粘剂：如高温水泥、石膏、硅酸钠
•有机胶粘剂：
天然系如淀粉、骨胶、树胶、乳胶 合成系如环氧树脂、聚氨酯、硅胶、丙烯酸树脂
胶的分类与应用
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，水挥发而固化。 •溶液型：基料在可挥发溶剂中配成一定粘度的溶液，靠溶剂挥发而固化。
胶的简介
⑤ 胶接受力面大，机械强度高。 ⑥ 胶接制件表面光滑、平整、美观，且能提高空气动力学特性。 ⑦ 胶接的密封性能优良，并且具有耐温、耐水、防腐和电绝缘等性能 ，可以防止金属的电化学腐蚀。 ⑧ 胶接可以实现精细加工和独特组装，也可功能性胶接。
(如集成电路、人体组织胶接。)
⑨ 胶接工艺温度低，对热敏部件损害小。 ⑩ 粘接修补、密封堵漏快捷高效。（水下修补，带电操作。） 总之，胶粘剂以胶接方便、快速、经济、节能而著称，已从木材加 工业扩展到航空、航天、航海、原子能、交通运输、机械制造、建筑 、纺织、电子、化工、医疗、文化体育等各个领域和人民生活的各个 方面。
QF 2017年5月3日
内容
胶的简介
分类与应用 组份组成 常见术语
胶的简介
1、胶的定义
胶粘剂又称粘合剂，简称胶，是使物体与另一物体紧密连接为一 体的非金属媒介材料。采用胶黏剂将各种材料或部件连起来的技术称 为胶接技术。 在两个被粘物面之间胶粘剂只占很薄的一层体积，但使用胶粘剂 完成胶接施工之后，所得胶接件在机械性能和物理化学性能方面，能
（一般胶接的反复疲劳强度破坏为4×106次，而铆接只有2×105。薄板胶接耐振性比铆接或 螺接高50％左右。）
③ 胶接工艺简单，设备投资少，易实现机械化，生产效率高。 ④ 胶接可以减轻结构件重量、节约材料。
采用胶接可使飞机重量下降20％以上，成本下降30％以上。 胶粘剂的使用量是现代汽车水平的一个重要标志。
胶的分类与应用
1、胶粘剂的分类
按化学类型分类 •无机胶粘剂：如高温水泥、石膏、硅酸钠
•有机胶粘剂：
天然系如淀粉、骨胶、树胶、乳胶 合成系如环氧树脂、聚氨酯、硅胶、丙烯酸树脂
胶的分类与应用
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，水挥发而固化。 •溶液型：基料在可挥发溶剂中配成一定粘度的溶液，靠溶剂挥发而固化。
胶的简介
⑤ 胶接受力面大，机械强度高。 ⑥ 胶接制件表面光滑、平整、美观，且能提高空气动力学特性。 ⑦ 胶接的密封性能优良，并且具有耐温、耐水、防腐和电绝缘等性能 ，可以防止金属的电化学腐蚀。 ⑧ 胶接可以实现精细加工和独特组装，也可功能性胶接。
(如集成电路、人体组织胶接。)
⑨ 胶接工艺温度低，对热敏部件损害小。 ⑩ 粘接修补、密封堵漏快捷高效。（水下修补，带电操作。） 总之，胶粘剂以胶接方便、快速、经济、节能而著称，已从木材加 工业扩展到航空、航天、航海、原子能、交通运输、机械制造、建筑 、纺织、电子、化工、医疗、文化体育等各个领域和人民生活的各个 方面。
胶水基础知识
胶水基础知识胶水是连接两种材料的中间体，多以水剂出现，属精细化工类，种类繁多，主要以粘料、物理形态、硬化方法和被粘物材质的分类方法。
那么你对胶水了解多少呢?以下是由店铺整理关于胶水知识的内容，希望大家喜欢!胶水的分类标准粘料属性动物胶，植物胶，无机物及矿物，合成弹性体，合成热塑性材料合成热固性材料，热固性、热塑性材料与弹性体复合.物理形态无溶剂液体，有机溶剂液体，水基液体，膏状、糊状，粉状、粒状、块状片状、膜状、网状、带状，丝状、条状、棒状硬化方法低温硬化;常温硬化;加温硬化;适合多种温度区域硬化;与水反应固;厌氧固化;辐射(光、电子束、放射线)固化热熔冷硬化;压敏粘接混凝或凝聚;空气凝固。
被粘物多类材料;木材;纸;天然纤维D;合成纤维;聚烯烃纤维(不含E类);金属及合金;难粘金属(金、银、铜等);金属纤维，无机纤维;透明无机材料(玻璃、宝石等);不透明无机材料;天然橡胶;合成橡胶;难粘橡胶(硅橡胶、氟橡胶、丁基橡胶)，硬质塑料，塑料薄膜;皮革、合成革，泡沫塑料;难粘塑料及薄膜(氟塑料、聚乙烯、聚丙烯等);生物体组织骨骼及齿质材料;胶水的使用环境在使用条件胶水和密封胶水要在一定的环境中使用，工作条件对胶接性能有重要影响。
在使用条件中，有受力情况，环境温度和湿度，化学介质情况，户外条件等等。
(1)、受力情况。
当被粘物受剥离力，不均匀扯离力作用时，可选用韧性好的胶，如橡胶胶水、聚氨酯胶等;当受均匀扯离力、剪切力作用时，可选用硬度和强度较高的胶，如环氧胶、丙烯酸酯胶。
(2)、温度情况。
不同的胶水有不同的耐热性。
根据不同的温度，选用不同的胶水。
(3)、湿度。
湿气和水分对胶接界面的稳定性很不利，可以说是有害而无益的。
因为水分子体积小，极性大，经过渗透、扩散，起到一种水解作用，使胶接面破坏或自行脱开，造成胶接强度和耐久性降低。
被粘件要求耐水性好的，选环氧胶，聚氨酯胶等。
(4)、化学介质。
化学介质主要指的是酸、碱、盐、溶剂等，不同类型的胶水，不同的固化条件，具有不同的耐介质能力。
第五节胶结
第五节胶接一、胶接的特点与应用胶接，也称粘接：利用化学反应或物理凝固等作用，使一层非金属的胶体材料具有一定的内聚力，并对与其界面接触的材料产生粘附力，从而由这些胶体材料将两个物体紧密连接在一起的工艺方法。
胶接的主要特点是：（1）能连接材质、形状、厚度、大小等相同或不同的材料，特别适用于连接异型、异质、薄壁、复杂、微小、硬脆或热敏制件。
（2）接头应力分布均匀，避免了因焊接热影响区相变、焊接残余应力和变形等对接头的不良影响。
（3）可以获得刚度好、重量轻的结构，且表面光滑，外表美观。
（4）具有连接、密封、绝缘、防腐、防潮、减振、隔热、衰减消声等多重功能，连接不同金属时，不产生电化学腐蚀。
（5）工艺性好，成本低，节约能源。
胶接的局限性：胶接接头的强度不够高，大多数胶粘剂耐热性不高，易老化，且对胶接接头的质量尚无可靠的检测方法。
应用：胶接是航空航天工业中非常重要的连接方法，主要用于铝合金钣金及蜂窝结构的连接，除此以外，在机械制造、汽车制造、建筑装潢、电子工业、轻纺、新材料、医疗、日常生活中，胶接正在扮演越来越重要的角色。
二、胶粘剂胶粘剂根据其来源不同，有天然胶粘剂和合成胶粘剂两大类。
其中天然胶粘剂组成较简单，多为单一组分；合成胶粘剂则较为复杂，是由多种组分配制而成的。
目前应用较多的是合成胶粘剂，其主要组分有：粘料，是起胶合作用的主要组分，主要是一些高分子化合物、有机化合物、或无机化合物；固化剂，其作用是参与化学反应使胶粘剂固化；增塑剂，用以降低胶粘剂的脆性；填料，用以改善胶粘剂的使用性能（如强度、耐热性、耐腐蚀性、导电性等），一般不与其它组分起化学反应。
胶粘剂的分类方式还有以下几种：按胶粘剂成分性质分，见表3-13；按固化过程中的物理化学变化分为反应型、溶剂型、热熔型、压敏型等胶粘剂；按胶粘剂的基本用途分为结构胶粘剂、非结构胶粘剂和特种胶粘剂三大类。
结构胶粘剂强度高、耐久性好，可用于承受较大应力的场合；非结构胶粘剂用于非受力或次要受力部位；特种胶粘剂主要是满足特殊需要，如耐高温、超低温、导热、导电、导磁、水中胶接等。
《铆接焊接和胶接》课件
常见问题和解决方案
无法预热零件
可采用更大容量功率的加热器 或合金扩散预焊或设法利用贴 合和熔化薄膜显著获得预热带。
纹形和表面开裂
导致表面开裂的原因可能是焊 接技术错误或焊接冷却速度过 快。采用低热输入、高电流强 度并窄焊缝，同时缩短焊缝的 长宽比可修正这一问题。
操作习惯错误
可能存在这一问题源于操作人 员没有经过足够的培训或缺乏 操作经验。合适的培训和持续 的实践可以改善这一状况。
《铆接焊接和胶接》PPT 课件
本课程将介绍铆接、焊接和胶接的应用、分类、操作方法以及实际应用。学 习这些知识将有助于你在相关行业获得巨大的竞争优势。
铆接的分类多个过薄钣金件铆在
间接铆接
2
一起的铆接方式。
通过一个或多个垫片将连接材料纳入铆
合范围的铆接方式。
3
半睡眠铆接
通过一个有限的模量，把基材的两边牢 固地链接在一起的铆接方式。
胶接在哪些行业中应用
胶接技术逐渐替代了传统的机械连接和热处理连 接技术，在建筑、汽车、飞机和其他工业领域得 到了广泛应用。
安全注意事项
1
铆接的安全注意事项
穿戴好防护用品，包括手套、工作服、护目镜、耳塞等。防止高温引起的火灾。
2
胶接的安全注意事项
操作时戴手套和护目镜，选择排气良好的通风设备，并保持工作区域清洁。对于 有害气体要密闭存放严加管制。
操作方法
铆接操作步骤
准备工作，准备铆钉和仪器，调节好参数。两个或多个零件定位、提取杆定位、钻孔、钻孔 加工、检查。
胶接操作步骤
准备工作，准备基材和胶水，调节好适当的温度条件。处理胶水，涂抹等待，对齐定位，施 加压力，半固化，离模、整理、质检。
实际应用
胶黏剂化学胶接基础 精品
第二章 胶接基础
活泼氢与-NCO、-COOH及-COCl反应
O R-H + R'NCO
R-H + R'-COOH
R-C-NH-R'
O R-C-R' O
R-H + R'-COCl
R-C-R'
第二章 胶接基础
羟基与-NCO，R CH CH2 ，R-CH2-OH反应
O
O R-O-C-NH-R'
R-OH + R'-NCO
不能解释极性的α -氰基丙烯酸酯能胶接非极性的PS等现象； 也不能解释高分子化合物极性过大，胶接强度反应降低的现 象；网状结构的高聚物当分子量超过5000时，胶接力几乎 消失等现象也不能解释。 许多胶接体系无法用范氏力解释，而与酸碱配位作用有关。
第二章 胶接基础
沥青（酸性）+石灰（碱性）
胶接好 胶接差 性能好
R-OH + R CH CH2 O
R O CH2
局限性：不能解释许多胶接现象
第二章 胶接基础
2）吸附胶接理论（Adsorption/Specific Adhesion Theory）
胶黏剂与被胶接材料间通过物理吸附而连接起来的理论
胶黏剂与被胶接材料间牢固结合的普遍性原因
物理吸附：分子间力的吸附，即范德华力场作用的结果 胶黏剂分子与被胶接材料表面分子的相互作用有两个阶段： a.表面扩散； b.吸附力的产生，分子间距< 5×10-10m
的一种特殊形式；氢键可作为酸碱配位作用的一种特殊形式
作用：胶黏剂配方设计
第二章 胶接基础
3）扩散理论(Diffusion Theory)
概念：链状分子所组成的胶黏剂，涂刷到被胶接材料的表面，在胶液 的作用下表面溶胀或溶解。由于胶黏剂的分子链或链段的布朗运动，
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网络结构过 渡区的形成
• 扩散
对某些胶接制品的剪切强度不高，而 剥离强度很高的成功解释。
2.1.4 化学键胶接理论
胶接作用主要是化学键力作用的结果；胶粘剂与被粘物分子间 产生化学反应而获得高强度的主价键结合，化学键包括离子键、 共价键和金属键，在胶接体系中主要是前二者。化学键力比分子 间力大得多
扩散、粘接、吸附：这个过程是与润湿平行发生
的，它按照在多成分系高分子中，链段是通过界
面自由能变成最小来吸附和取向的规则形成胶接
层结构的。
固化：由于聚合、溶剂的挥发、冷却等作用，胶 粘剂固化后形成所需强度的过程。
粘接体系的变形和破坏：这是在实际使用直至破 坏的过程。
• 2.2.2 固体表面上液体的平衡
a u a u ED 1 1 6 2 2 R a ,a 式中： u1, u2 ——分子极 1 2
化率； ——偶极矩 （永久，诱导）
2
2
互相抵消
在范氏力中 起主要作用
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
Young公式
LV
液滴
式中：SV ── 固/气界面张力；
SV SL
不计。
因此，对于有机高分子等低表面能固体来讲，S = SV，则 S = SL + LV cos （1—18） • 当 =180°，cos = －1，表示胶液完全不能浸润被胶接固 体的状态，不可能。 • 当 = 0°，cos = 1，代表完全浸润状态。当体系接近完全 浸润状态时，式（1—18）可表示为 S －（SL + LV ）≥0 设 = S －（SL + LV ），并称为铺展系数。用于描述浸润 特性。 • 对于一般有机物的液/固体系，SL可忽略不计，则有 S ≥ LV • 胶接体系只有满足上述条件，才有可能出现cos = 1，从而 获得形成良好胶接接头的必要条件，即是选择胶粘剂时的必 要条件，即被胶接物表面能大于或等于胶粘剂的表面能。 • 实际上LV 和cos 是可以通过实验测定，而S 和SL的测定 是非常困难的，可通过临界表面张力来解决。
2.1.6 其它胶接理论
极性理论
粘接作用与材料、胶粘剂的极性有关 极性材料要用极性胶粘剂粘接 非极性材料要用非极性胶粘剂粘接 从粘接接头被破坏的情况来分析 胶粘剂与被粘表面间形成的薄弱表面层 对粘接强度影响很大，必须尽可能除去
由成键的两个原子中的一个原子 单独提供一个电子对而形成的共价键，称为配价键 广义地讲，凡是电子供给体与电子接受体 相互结合形成的化学键，都称配价键。
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。
★配位键实例
①金属的粘接 一般金属原子及其阳离子都是电子 接受体，而粘接金属的胶粘剂分子中都有-CN、OH、-NH2、-COOH等含孤对电子的基团，在粘接过 程中，胶粘剂分子与金属原子或其阳离子形成配 价键。
②橡胶与金属的粘接 天然橡胶无论在硫化前还是 在硫化后，都含有双键（末交联双键）。双键上 结合得比较松弛的电子，可以作为电子供给体与 金属形成配价键。因此，天然橡胶分子中虽然没 有极性基团和孤对电子，但与金属也有一定的粘 附力。
接头设计
胶粘剂选择
工艺方法
表面处理
胶接强度
适当的表面处理将使粘接接头的薄弱环节处于胶 层内，而不是在被粘物与胶粘剂的界面上。在粘接 中这种形式的破坏称为内聚破坏，即胶层残留在两 个被粘物的表面上。如果破坏发生在胶粘剂与被粘 物界面上，则称为粘附破坏（界面破坏）。许多 ASTM试验方法都规定以内聚破坏和粘附破坏的百分 数表明破坏的类型。从表面处理观点来看，粘接接 头或试验件的理想破坏形式是100%的内聚破坏。
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
R——距离；T——绝对温度 K——波尔兹曼常数
2
2
诱导偶极力：由于受到 极性分子电场的作用而 产生的。
色散力：非极性分子 间的作用力。 3 I1 I 2 a1 a2 EL 6 2 I1 I 2 R 式中：I1 , I 2 ——分子 电离能
③极性胶粘剂与非极性材料粘接 以α-氰基丙烯酸 乙酯胶与聚苯乙烯粘接为例，虽然α-氰基丙烯酸 乙酯能溶解聚苯乙烯，产生分子间的扩散作用， 但是极性分子与非极性分子之间很难互相渗透、 互相吸引，因此无法解释它们之间的粘接强度达 9.8×106Pa以上这个事实。配价键理论认为，在 聚苯乙烯分子链节中，由于苯环的存在，可以提 供π电子，同时由于它的影响，与苯环连接的碳 原子的电子云密度就会降低。这样，苯环和-CN分 别与对方带σ电荷的氢原子形成配价键，而且α氰基丙烯酸乙酯能溶解聚苯乙烯也为形成配价键 创造了条件。
• 分散：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。 • 吸附力的产生：当分子间距< 5×10-10m时，两种分子便产生吸附 作用，并使分子间距进一步缩短，达到能处于最大稳定状态的距 离，从而完成胶接作用。
包装工程本科专业方向课《胶合材料学》
第二章 胶接基础知识
西南林学院 郑志锋 2005年10月
本章主要内容
胶接的各种理论（机械、物理、化学、扩散、静电）
胶接界面化学
影响胶接强度的因素
胶接结构的耐久性
胶粘剂的基本条件
胶粘剂的选择
2-1 胶接理论
2.1.1 机械胶接理论
通过机械方式（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 结 论
2-2 胶接界面化学
2.2.1 胶接的主要过程
•胶粘剂的液化：因为胶粘剂要浸润到固本间的空隙 中，故它必须是可自由改变形状的液体。因此，可用 单体或预聚物、溶液或乳液、熔融聚合物。 •流动：这是胶粘剂浸透到固体间并嵌入空隙中的过 程。在此关系到胶粘剂粘性等流变学的性质。 •润湿：为了使胶粘剂能够浸润固体空隙，并润湿固 体表面，胶粘剂对固体的接触角必须要在90°以下。
SV = LV cos + SL S = SV +π LV ── 液/气界面张力； SL ── 固/液界面张力； S ── 在真空状态下固体的表
面张力； π——吸附于固体表面的气体膜 压力，也称吸附自由能。对于有机 高分子等低表面能固体，可以忽略
图1—1 液体在固体表面上的浸润状态
一、清洁
☆概念
“清洁”一词是指除去灰尘、污物、油脂，以及为 粘接表面进行专门的化学清洗。 ☆例子 聚四氟乙烯(PTFE)和其他氟塑料：若只作单纯的 清洁处理，粘接强度几乎为零；只有经过严格的 表面处理，改变表面的化学和物理性质，才能进 行粘接。 镁：在清洁处理之后，必须进行化学或阳极化处 理，形成与镁紧密结合的一层无机薄膜，同时， 又能与有机物如胶粘剂很好粘合。
化学吸附 发生条件
发生化学反应，形成化学键
• 机械砂磨 活性基团 表面处理 偶联剂 • 电晕 • 等离子体 • 化学药剂
R—CH2OH + HO—木质材料 R—CH2OH + HO—纤维素 R—CH2OH + HO—木素
R—CH2—O—木质材料 + H2O R—CH2—O—纤维素 + H2O R—CH2—O—木素 + H2O
对多孔性材料的胶接贡献显著，但对非孔性材料的胶接贡献不显著
形成胶钉的关键：液体（流动性）；足够的固体含量
局限性：不能解释许多胶接现象，如孔隙多（表面粗糙）的木材的 胶接 强度比孔隙少（表面致密）的木材的胶接强度低
2.1.2 吸附胶接理论
固体表面由于范德华力的作用能吸附液体和气 体，这种作用即为物理吸附。而它是胶粘剂与 被胶接材料间牢固结合的普遍性原因 结 论
☆方法 溶剂清洗 中间清洗 化学处理
注：任何表面处理都需要采用上述方法之一种、两 种或三种。
溶剂清洗： ①蒸汽脱脂； ②超声波蒸汽脱脂；
③超声波液体冲洗；
④溶剂擦拭、浸洗或喷淋。
中间清洗：以物理、机械或化学方法除去表面污物， 但不改变材料的化学结构。如用碱液清洗不锈钢 或以洗涤剂清洗环氧层压板。 化学处理：以化学方法清洗表面的一种工艺过程。
这种处理改变了被粘物表面的化学性质，改善了
粘接性能。化学处理之前总要进行溶剂清洗，中 间清洗常在两者之间完成。如酸蚀、阳极化等。
二、底涂 ☆概念 通常是胶粘剂在某种有机溶剂中的稀溶液，涂布 的干膜厚度为0.0015-0.05mm的一种表面处理方法 ☆作用 (1)改善润湿性。 (2)防止被粘物表面清洗后的氧化，延长表面处理与 涂胶之间的有效时间。 (3)有助于防腐蚀。 (4)改善胶粘剂的某些性能，如剥离强度。 (5)用作阻隔层以防止胶粘剂与被粘物间的不利反应 (6)使胶膜或被粘物在装配时定位。
2-3 被粘物的表面处理
目的：
表面处理，有时也称表面预处理，其目的是得到
• 扩散
对某些胶接制品的剪切强度不高，而 剥离强度很高的成功解释。
2.1.4 化学键胶接理论
胶接作用主要是化学键力作用的结果；胶粘剂与被粘物分子间 产生化学反应而获得高强度的主价键结合，化学键包括离子键、 共价键和金属键，在胶接体系中主要是前二者。化学键力比分子 间力大得多
扩散、粘接、吸附：这个过程是与润湿平行发生
的，它按照在多成分系高分子中，链段是通过界
面自由能变成最小来吸附和取向的规则形成胶接
层结构的。
固化：由于聚合、溶剂的挥发、冷却等作用，胶 粘剂固化后形成所需强度的过程。
粘接体系的变形和破坏：这是在实际使用直至破 坏的过程。
• 2.2.2 固体表面上液体的平衡
a u a u ED 1 1 6 2 2 R a ,a 式中： u1, u2 ——分子极 1 2
化率； ——偶极矩 （永久，诱导）
2
2
互相抵消
在范氏力中 起主要作用
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
Young公式
LV
液滴
式中：SV ── 固/气界面张力；
SV SL
不计。
因此，对于有机高分子等低表面能固体来讲，S = SV，则 S = SL + LV cos （1—18） • 当 =180°，cos = －1，表示胶液完全不能浸润被胶接固 体的状态，不可能。 • 当 = 0°，cos = 1，代表完全浸润状态。当体系接近完全 浸润状态时，式（1—18）可表示为 S －（SL + LV ）≥0 设 = S －（SL + LV ），并称为铺展系数。用于描述浸润 特性。 • 对于一般有机物的液/固体系，SL可忽略不计，则有 S ≥ LV • 胶接体系只有满足上述条件，才有可能出现cos = 1，从而 获得形成良好胶接接头的必要条件，即是选择胶粘剂时的必 要条件，即被胶接物表面能大于或等于胶粘剂的表面能。 • 实际上LV 和cos 是可以通过实验测定，而S 和SL的测定 是非常困难的，可通过临界表面张力来解决。
2.1.6 其它胶接理论
极性理论
粘接作用与材料、胶粘剂的极性有关 极性材料要用极性胶粘剂粘接 非极性材料要用非极性胶粘剂粘接 从粘接接头被破坏的情况来分析 胶粘剂与被粘表面间形成的薄弱表面层 对粘接强度影响很大，必须尽可能除去
由成键的两个原子中的一个原子 单独提供一个电子对而形成的共价键，称为配价键 广义地讲，凡是电子供给体与电子接受体 相互结合形成的化学键，都称配价键。
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。
★配位键实例
①金属的粘接 一般金属原子及其阳离子都是电子 接受体，而粘接金属的胶粘剂分子中都有-CN、OH、-NH2、-COOH等含孤对电子的基团，在粘接过 程中，胶粘剂分子与金属原子或其阳离子形成配 价键。
②橡胶与金属的粘接 天然橡胶无论在硫化前还是 在硫化后，都含有双键（末交联双键）。双键上 结合得比较松弛的电子，可以作为电子供给体与 金属形成配价键。因此，天然橡胶分子中虽然没 有极性基团和孤对电子，但与金属也有一定的粘 附力。
接头设计
胶粘剂选择
工艺方法
表面处理
胶接强度
适当的表面处理将使粘接接头的薄弱环节处于胶 层内，而不是在被粘物与胶粘剂的界面上。在粘接 中这种形式的破坏称为内聚破坏，即胶层残留在两 个被粘物的表面上。如果破坏发生在胶粘剂与被粘 物界面上，则称为粘附破坏（界面破坏）。许多 ASTM试验方法都规定以内聚破坏和粘附破坏的百分 数表明破坏的类型。从表面处理观点来看，粘接接 头或试验件的理想破坏形式是100%的内聚破坏。
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
R——距离；T——绝对温度 K——波尔兹曼常数
2
2
诱导偶极力：由于受到 极性分子电场的作用而 产生的。
色散力：非极性分子 间的作用力。 3 I1 I 2 a1 a2 EL 6 2 I1 I 2 R 式中：I1 , I 2 ——分子 电离能
③极性胶粘剂与非极性材料粘接 以α-氰基丙烯酸 乙酯胶与聚苯乙烯粘接为例，虽然α-氰基丙烯酸 乙酯能溶解聚苯乙烯，产生分子间的扩散作用， 但是极性分子与非极性分子之间很难互相渗透、 互相吸引，因此无法解释它们之间的粘接强度达 9.8×106Pa以上这个事实。配价键理论认为，在 聚苯乙烯分子链节中，由于苯环的存在，可以提 供π电子，同时由于它的影响，与苯环连接的碳 原子的电子云密度就会降低。这样，苯环和-CN分 别与对方带σ电荷的氢原子形成配价键，而且α氰基丙烯酸乙酯能溶解聚苯乙烯也为形成配价键 创造了条件。
• 分散：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。 • 吸附力的产生：当分子间距< 5×10-10m时，两种分子便产生吸附 作用，并使分子间距进一步缩短，达到能处于最大稳定状态的距 离，从而完成胶接作用。
包装工程本科专业方向课《胶合材料学》
第二章 胶接基础知识
西南林学院 郑志锋 2005年10月
本章主要内容
胶接的各种理论（机械、物理、化学、扩散、静电）
胶接界面化学
影响胶接强度的因素
胶接结构的耐久性
胶粘剂的基本条件
胶粘剂的选择
2-1 胶接理论
2.1.1 机械胶接理论
通过机械方式（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 结 论
2-2 胶接界面化学
2.2.1 胶接的主要过程
•胶粘剂的液化：因为胶粘剂要浸润到固本间的空隙 中，故它必须是可自由改变形状的液体。因此，可用 单体或预聚物、溶液或乳液、熔融聚合物。 •流动：这是胶粘剂浸透到固体间并嵌入空隙中的过 程。在此关系到胶粘剂粘性等流变学的性质。 •润湿：为了使胶粘剂能够浸润固体空隙，并润湿固 体表面，胶粘剂对固体的接触角必须要在90°以下。
SV = LV cos + SL S = SV +π LV ── 液/气界面张力； SL ── 固/液界面张力； S ── 在真空状态下固体的表
面张力； π——吸附于固体表面的气体膜 压力，也称吸附自由能。对于有机 高分子等低表面能固体，可以忽略
图1—1 液体在固体表面上的浸润状态
一、清洁
☆概念
“清洁”一词是指除去灰尘、污物、油脂，以及为 粘接表面进行专门的化学清洗。 ☆例子 聚四氟乙烯(PTFE)和其他氟塑料：若只作单纯的 清洁处理，粘接强度几乎为零；只有经过严格的 表面处理，改变表面的化学和物理性质，才能进 行粘接。 镁：在清洁处理之后，必须进行化学或阳极化处 理，形成与镁紧密结合的一层无机薄膜，同时， 又能与有机物如胶粘剂很好粘合。
化学吸附 发生条件
发生化学反应，形成化学键
• 机械砂磨 活性基团 表面处理 偶联剂 • 电晕 • 等离子体 • 化学药剂
R—CH2OH + HO—木质材料 R—CH2OH + HO—纤维素 R—CH2OH + HO—木素
R—CH2—O—木质材料 + H2O R—CH2—O—纤维素 + H2O R—CH2—O—木素 + H2O
对多孔性材料的胶接贡献显著，但对非孔性材料的胶接贡献不显著
形成胶钉的关键：液体（流动性）；足够的固体含量
局限性：不能解释许多胶接现象，如孔隙多（表面粗糙）的木材的 胶接 强度比孔隙少（表面致密）的木材的胶接强度低
2.1.2 吸附胶接理论
固体表面由于范德华力的作用能吸附液体和气 体，这种作用即为物理吸附。而它是胶粘剂与 被胶接材料间牢固结合的普遍性原因 结 论
☆方法 溶剂清洗 中间清洗 化学处理
注：任何表面处理都需要采用上述方法之一种、两 种或三种。
溶剂清洗： ①蒸汽脱脂； ②超声波蒸汽脱脂；
③超声波液体冲洗；
④溶剂擦拭、浸洗或喷淋。
中间清洗：以物理、机械或化学方法除去表面污物， 但不改变材料的化学结构。如用碱液清洗不锈钢 或以洗涤剂清洗环氧层压板。 化学处理：以化学方法清洗表面的一种工艺过程。
这种处理改变了被粘物表面的化学性质，改善了
粘接性能。化学处理之前总要进行溶剂清洗，中 间清洗常在两者之间完成。如酸蚀、阳极化等。
二、底涂 ☆概念 通常是胶粘剂在某种有机溶剂中的稀溶液，涂布 的干膜厚度为0.0015-0.05mm的一种表面处理方法 ☆作用 (1)改善润湿性。 (2)防止被粘物表面清洗后的氧化，延长表面处理与 涂胶之间的有效时间。 (3)有助于防腐蚀。 (4)改善胶粘剂的某些性能，如剥离强度。 (5)用作阻隔层以防止胶粘剂与被粘物间的不利反应 (6)使胶膜或被粘物在装配时定位。
2-3 被粘物的表面处理
目的：
表面处理，有时也称表面预处理，其目的是得到