胶接基础知识

• 溶解度参数相近
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。
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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
（永久，诱导）
色散力：非极性分子 间的作用力。 EL23II11II22a1R6a2
式中：I1, I 2 ——分子 电离能
互相抵消
在范氏力中 起主要作用
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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
结 论
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
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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
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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。
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
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2.1.3 扩散理论
链状分子所组成的胶粘剂，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。由于胶粘剂的分子链或链段的布朗运动， 使分子链或链段从一个相进到另一个相中，二者互 相交织在一起，使它们之间的界面消失，变成一个过 渡区（层），最后在过渡区形成相互穿透的高分 子网络结构，从而得到很高的胶接强度。
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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。
Ekห้องสมุดไป่ตู้
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u12 u22 R6 TK
式中：u1, u2 ——偶极矩
R——距离；T——绝对温度 K——波尔兹曼常数
诱导偶极力：由于受到
极性分子电场的作用而
产生的。
EDa1u12R6a2u22
式中： 化率；
ua11,,
ua22
——分子极 ——偶极矩
结 论
• 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。
• 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
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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
弱界面层理论
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• 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
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
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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
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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
化学吸附 发生条件
发生化学反应，形成化学键
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• 机械砂磨 • 电晕 • 等离子体 • 化学药剂
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R—CH2OH + HO—木质材料 R—CH2—O—木质材料 + H2O R—CH2OH + HO—纤维素 R—CH2—O—纤维素 + H2O R—CH2OH + HO—木素 R—CH2—O—木素 + H2O
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★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。
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
配位键理论
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h 合形成的化学键，都称配价键。 11
★配位键理论要点
在粘接时，胶粘剂分子、链段以及基团会产生微布 朗运动。在运动中，当胶粘剂分子带电荷部分 （通常是带孤对电子或电子的基团，如— OH、—NH2、—CN、—COOH等）与被粘材 料（如金属离子、金属原子、缺电子链节等)带相 反电荷部分之间的距离小于5×10-10时，就会相 互作用形成配价键。由氢离子形成的氢键是特殊 的配价键。配价健有较大的结合能，很难破坏。
化学键
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2.1.5 静电胶接理论
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。
成功地解释了粘 附功与剥离速度 有关的实验事实
• 静电引力（<0.04MPa）对胶接强度的 贡献可忽略不计