胶接基础

?气液接触时的三种状态 ① 不润湿 ② 部分润湿（临界） ③ 完全润湿
? 判断润湿性可用接触角来衡量，这可用 Young 方程来 表示：
?SV = ?LV cos? + ?SL （1）
式中，θ为接触角，也称为润湿角；γSV为固气界面张力； γLV 为液气界面张力；γSL为固液界面张力。
? 此式应处于热力学平衡状态才有意义。
? 理想的胶接强度，可以在一些假定的前提下计算出来。 因为这是从理想状态出发的，没有考虑一系列可能影 响胶接强度的实际因素，所以理想的胶接强度比实际 测得的胶接强度要大几个数量级。理想的胶接有理论 意义，有利于分析理解胶接的机理，对实际的胶接过 程有重要的指导意义。
? 在大多数聚合物的分子相互作用，只存在色散力的情 况下，一般Z0 = 0.2 nm ， Wa =10-5J ／cm2，于是
对高分子被粘物而言，这种扩散是相互进行的；金 属或无机物由于受结晶结构的约束，分子较难运动，但 胶黏剂在硬化前，分子可以扩散到表面氧化层的微孔中 去，达到分子的紧密接触，最后仍能形成以次价力为主 的或化学键的胶接键。这就是胶接的基本过程。全过程 的关键作用是润湿、扩散和形成胶接键。
2 润湿
? 为形成良好的胶接，首先要求胶粘剂分子和被胶接材 分子充分接触。为此，一般要将被胶接体表面的空气、 或者水蒸气等气体排除，使胶粘剂液体和被胶接材接 触。即将气—固界面转换成液—固界面，这种现象叫做 润湿，其润湿能力叫做润湿性。
? 为了分析方便，上述四种应力尚可简化为拉应力和剪 Baidu Nhomakorabea力两类。拉应力包括均匀扯离（正拉）力，不均匀扯 离（劈裂）力和剥离力。
第一节 形成胶接的条件
1. 胶接的基本过程
1.1 理想的胶接 ? 理想的胶接是当两个表面彼此紧密接触之后，分子间 产生相互作用，达到一定程度而形成胶接键，胶接键可能 是次价键或主价键，最后达到热力学平衡的状态。
子力的作用而存在吸附作用，分离界面两相吸附作用
所需的功称为粘附功WA 。
一般Wa值越大，胶接力也越大，润湿性越好。因为 γSV 、γLV 两种表面张力测试麻烦，将式( 1 )代入式( 2 ) 中得：
Wa = γLV(1 + cosθ) 此式称为Young- Dupre‘方程，θ越小，Wa越大。
? (3)用铺展系数来判断润湿 铺展系数的定义：当液体滴到固体表面后，新生的液 -固界面在取代气-固界面的同时，气-液界面也扩大了 同样的面积，这一过程叫做铺展。 铺展系数为 S =γSV - γSL -γLV
这就要求要选择能起良好润湿效果的胶黏剂。同时，也 要求被粘物表面事先要进行必要的清洁和表面处理，达到最 宜润湿与胶接的表面状态。要尽量避免润湿不良的情况。
如果被粘物表面出现润湿不良的界面缺陷，则在缺陷的周 围就会发生应力集中的局部受力状态；此外，表面未润湿的 微细孔穴，粘接时未排尽或胶黏剂带入的空气泡，以及材料 局部的不均匀性，都可能引起润湿不良的界面缺陷，这些都 应尽量排除。
不过，由于所需要的压力大，时间长，又要消耗热能， 而且有许多降低胶接力的影响因素并未排除，使分子间 不易达到紧密接触，得到的胶接强度并不理想。
金属、无机材料不存在橡胶态，在固态的情况下，即 使加压、加热，也不可能达到分子接触，这就更需要依 靠胶黏剂来实现胶接。
? 在胶接过程中，由于胶黏剂的流动性和较小的表面 张力，对被粘物表面产生润湿作用，使界面分子紧密接 触，胶黏剂分子通过自身的运动，建立起最合适的构型， 达到吸附平衡。 随后，胶黏剂分子对被粘物表面进行跨 越界面的扩散作用，形成扩散界面区。
? (3) 对接接头（butt joint ） ? 被胶接物的两个端面与 ? 被胶接物主表面垂直
? (4) 角接接头（angle joint） ? 两被胶接物的主表面端部 ? 形成一定角度的胶接接头
? 接头胶层在外力作用时，有四种受力情况。
（ a ）正拉
（b）剪切
（c）剥离
（d）劈开
①拉应力：外力与胶接面垂直 ，且均匀分布于整个胶接面。 ② 剪切力：外力与胶接面平行，且均匀分布于胶接面上。 ③剥离力：外力与胶接面成一定角度，并集中分布在胶 接面的某一线上。 ④ 劈裂力（不均匀扯离力）：外力垂直于胶接面，但不 均匀分布在整个胶接面上。
可从以下几种方式来判断润湿：
（1）从接触角(润湿角)来判断 习惯上将液体在固体表面的接触角θ= 90o时定为润湿
与否的分界点。 θ＞90o 为不润湿，θ＜90o为润湿，接触角θ越小，
润湿性能越好。
(2) 由Dupre'胶接功的方程式来判断润湿
Wa =γSV + γLV - γSL
（2）
式中Wa为胶接功，是表征胶接性能的热力学参数。 胶接功的定义：在液固接触体系中，界面受到两边分
第一章 胶接基础
? 胶接接头：被胶接材料通过胶黏剂进行连接的 部位。 ? 胶接接头的结构形式很多 。从接头的使用功能 、 受力情况出发，有以下几种基本形式 。
? 胶接接头的基本形式
? （1）搭接接头（lap joint）： ? 由两个被胶接部分的叠合， ? 胶接在一起所形成的接头
? (2) 面接接头（surface joint） ? 两个被胶接物主表面胶接 ? 在一起所形成的接头
? 胶黏剂在涂胶阶段应当具有较好的流动性，而且其表面 张力应小于被粘物的表面张力。这意味着，胶黏剂应当在 被粘物表面产生润湿，能自动铺展到被粘物表面上。 ? 当被粘物表面存在凹凸不平和峰谷的粗糙表面形貌时， 能因胶黏剂的润湿和铺展，起填平峰谷的作用，使两个被 粘物表面通过胶黏剂而大面积接触，并达到产生分子作用 力的0.5 nm 以下的近程距离。
σa ≈ 1500 MPa
? 如果分子相互作用力不仅是色散力，还有氢键力，诱 导力甚至化学键力的话，则值更要大得多。即使如此， 这一计算出来的理想胶接胶接强度，也要比实际胶接强 度大两个数量级以上。
1.2 实际的胶接
? 实际的胶接，大多数都要使用胶黏剂，才能使两个固体 通过表面结合起来。聚合物处于橡胶态温度以上时 (未达熔 融态)，通过加压紧密接触，使两块处于橡胶态的聚合物， 通过界面上分子间的扩散，生成物理结点或分子相互作用 引力，这时不需要胶黏剂也可能使聚合物胶接起来。