第2章 胶粘剂

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第2章
胶粘剂
2.2 粘接性的特点、组成及分类
一、优缺点: 与传统的铆接、螺栓连接、焊接等机械物理方法相比,粘接 或胶接具有一系列独到的优点: 1.可实现不同种类或不同形状的材料之间的有效连接。 2.应力分布均匀,不易产生应力破坏。 3.采用粘结工艺,可大大减轻被连接物体的重量。 4.提高工作效率,降低成本。 5.可赋予被粘物体以特殊的性能。 胶接中存在的一些缺陷: 1.耐候性较差,在空气、日光、风雨、冷热等气候条件下,会产 生老化现象,影使用寿命。 2.由于大多数胶粘剂为有机合成高分子物质,所以在高温或低温 下,机械性能会下降。
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4.3粘接的原理及工艺
一、粘接的基本原理 1.机械理论 经过固化在基材表面产生楔合、钩合、锚合等而形成的。 2.吸附理论 界面间的相互作用力主为范德倾力,即分子间作用力 3.扩散理论 两聚合物端头或链节相互扩散,从而导致界面的消失和过渡 区的产生。 4.静电理论 界面两侧会形成双电层,如同电容器的两个极板,从而产了 静电引力。
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胶来自百度文库剂
苯酚与甲醛的反应,当原料的比例或使用的催化剂不同时,生 成的树脂的性能也就不同。一般来讲,在碱催化下,当甲醛过量时, 反应生成热固性的酚醛树脂;在酸催化下,当苯酚过量时,反应的 产物就为线性酚醛树脂,若线性酚醛树脂与甲醛或六次甲基四胺作 用时,就会变成热固性的树脂,我们用作粘胶剂的酚醛树脂即为热 固性树脂。(写出反应方程式)
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2.6 合成聚合物胶粘剂 一、三醛胶 系指酚醛树脂胶粘剂、脲醛树脂胶粘剂和三聚氰胺甲醛树脂胶粘 剂。主要用于木材加工业,其他领域亦有应用。 酚醛树脂是最早的人工合成树脂,其用于胶粘剂行业由来已久。 酚醛树脂种的酚类物质包括苯酚、甲酚、二甲酚和间苯二酚、叔丁基 苯酚等,醛类主要为甲醛,也可是糖醛。 反应历程大致为:
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胶粘剂
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胶粘剂
酚醛树脂的应用方法 用于胶合板制造的酚醛树脂,一般为热压树脂,它可直接涂敷,进 行木材的粘接,其固化温度一般为120~145℃,压力为0.3~2.1MPa,时 间8~10min,用于热压的酚醛树脂也可象用于冷压得酚醛树脂一样,加 入固化剂等助剂,以提高胶层的韧性、强度和缩短固化时间。
二、粘接的基本工艺
1.胶粘剂的选择原则 正确地选择胶粘剂是保证良好胶接的关键因素之一
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胶粘剂
①被子粘接材料的性质。 ②被粘接材料应用的场合及受力情况。 ③粘接过程有关特殊要求 。 ④粘接效率及胶粘剂的成本。 ⑤同材料或不同材料间实施胶接,其胶接的选择可参见附表。
2.胶接接头设计
基本原则为: ①避免应力集中,受力方向最好在胶接强度最大的方向上。 ②合理地增加胶接面积。 ③接头设计尽量保证胶层厚度一致。 ④防止层压制品的层间剥离。 以T型接头为例:
四、磷酸盐胶粘剂 此类胶粘剂包括正磷酸盐、偏磷酸盐、焦磷酸盐、多聚偏磷酸 盐或者也可是磷酸盐本身。它们与固化剂反应的产物即为胶料。固 化剂包括金属氧化物、氢氧化物、硼酸盐、硅酸盐以及金属盐等。
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胶粘剂
氧化铜-磷酸盐胶粘剂为例说明其制造应用情况。 (一)氧化铜粉制备 先将氧化铜粉在900℃左右烧一定时间,然后冷却,研磨成200目以 上的铜粉,备用。 (二)磷酸盐的制备 取一定量的Al(OH)3,热熔于磷酸当中,得到外观为白色透明的粘性 液体,即酸性磷酸铝溶液。 (三)胶粘剂的制备 按1:5取制备好的酸性磷酸铝和氧化铜粉末,调制均匀,即可涂胶、 粘合。 (四)固化条件 室温放置一定时间后,非常缓慢地加热到100℃,并保持1h即可。 此类胶粘剂可粘接金属、陶瓷、硬质合金等。
二、醋酸乙烯系胶粘剂
主要是指以醋酸乙烯为单体的聚醋酸乙烯胶粘剂。 醋酸乙烯的聚合可采用本体聚合、溶液聚合和乳液聚合等多种方法, 得到的产物称为聚醋酸乙烯乳液胶粘剂,简称“白乳胶”或“白胶”, 可用于书籍装钉、牛奶盒生产和多层袋、信封、折叠箱、木材的胶合以 及汽车车厢内装饰物的粘合 其中最重要的是乙烯-醋酸乙烯(EVA)以及相应的共聚物,它们大量 用于包装工业中作热熔粘合剂亦即热熔胶。例如纸盒和纸箱的密封;地 毯接缝粘合;也用于制鞋工业和家俱工业等。
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胶粘剂
二、水固型胶接剂 此类胶接剂包括水泥和石膏等 三、硅酸盐类胶粘剂 通式M2OnSiO2mH2O 一般主要为 Li、Na、K等碱金属,也可为季胺或叔胺等,n:称为模数, 代表SiO2/M2O的比值,此比值与性质有密切的关系,以硅酸盐为例,当 n=3.0左右时,粘接温度最高,n=5.0左右时,耐水性最好。 一种此类胶粘剂的配方及工艺: 玻璃釉质分 50 氧化铁 50 硅酸钠 适量 将玻璃釉质粉、氧化铁过320目筛,称量后,再用硅酸钠调成糊状,即 可使用,其固化条件为:室温固化3h,然后在40~60℃下固化3小时, 80~100℃下固化3小时,120~150℃下固化2h,此种胶粘剂主要用于金属 与陶瓷的粘接。
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胶粘剂
§2.1 概述 §2.2 粘接性的组成及分类 §2.3粘接的原理及工艺 §2.4无机胶接剂 §2.5天然胶粘剂 §2.6天然胶粘剂 §2.7合成聚合物胶粘剂
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2.1 概述
胶粘剂
胶粘剂,又称粘合剂,简称胶,它是一类通过粘附作用 而使被粘接物体结合在一起的物质。 在合成聚合物材料中,它仅次于塑料、橡胶、纤维和涂料,成 为一类应用广泛的化工产品,同时它又是一类重要的精细化工产 品。应用领域非常广泛,涉及建筑、包装、航空航天、化工、电 子、汽车、机械设备、医疗卫生、轻纺等国民经济中各个领域, 以及人民生活的诸多方面。 粘合剂不但可以粘合性质相同的材料,也可以粘合性质不同 的材料,它比焊接、铆接和螺钉联结有更多优点,如方便、快速、 经济和节能,而且粘合接头光滑,应力分布匀均,重量轻,还有 密封、防腐、绝缘等优良性能。 不足之处,例如,抗剥离强度和抗冲击强度比较低。耐老化 能力比较差,耐热性能还不够好,一般只能在300℃以下应用,此 外表面处理的要求很严格也是一个不方便之点。
合成有机 胶粘剂
橡胶型 复合型
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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
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胶粘剂
胶粘剂的发展趋势
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的需要,因此它必定有着长足 发展。
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4.5 天然胶粘剂
按原料来源划分,可分为矿物胶、动物胶和植物胶;按组成划分, 大致可分为淀粉、动物蛋白、纤维素和天然树脂等。 一、淀粉胶粘剂 制作简单,使用方便,不污染环境,但耐水性及生物霉变性差。 应用一般要加入多种助剂,以使其利于应用和改善性能。常用的助剂有: 硼砂、甲醛、甘油、CaCO3等,这些助剂可分别起到交联剂、防腐剂、 增塑、填料等作用。 例如,用于瓦楞纸箱用的玉米淀粉粘合剂可如下配制: 1.45份水加入到反应设备中,加热至60。 2.投入玉米淀粉12.0份,搅拌均匀。 3.加入6.0份次氯酸钠,搅拌10分钟,使之氧化。 4.加入 10%烧碱溶液13分,糊化。 5.加入17份60℃的水稀释。 6.加入10%硼砂溶液2分。 7.加入10%大苏打溶液5分。 8.冷却放料,即为成品。
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合成工艺 纯酚醛树脂品种主要有三种,即水溶性酚醛树脂(以NaOH为催化剂)、 醇溶性酚醛树脂 (以NH3H2O为催化剂) 和钡酚醛树脂(以Ba(OH)2为催化 剂),其中以水溶性酚醛树脂最重要,大量用于木材加工中。 用于胶粘剂制造的水溶性酚醛树脂的制造方法。 1、配方 原料名称 苯酚 甲醛 NaOH 酒精 含量(%) 98 37 30 95 用 量 100 127 6.9 50 2、生产工艺 ⑴ 将熔化的苯酚加入反应器中,开动搅拌,在40~45℃下,加入 NaOH。 ⑵ 加入甲醛,缓慢升温至95~98℃。 ⑶ 保持回流至折光指数为1.478~1.485时,即为缩聚重点。 ⑷ 降温至70℃,进行减压脱水,至粘度为1.4Pa•S,停止脱水。 ⑸ 加入酒精,搅拌均匀,冷却至40℃放料,包装。
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胶粘剂
2.按用途分 结构胶、非结构胶和特种胶。 结构胶粘剂中用于受力结构件胶接,并能长期承受较大动、静 负荷的胶粘剂。 非结构胶粘剂适用于非受力结构胶接。 特种胶粘剂和医用胶粘剂是供某些特殊场合应用的胶粘剂,用 以提供独特的性能,如:导电、导热、导磁胶粘剂和医用胶粘剂, 以及光敏胶等。 3.按形态分类 粉状、膏状、棒状、胶膜、胶带、水溶液型、乳液型、溶剂等。
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胶粘剂
3.稀释剂 是用来降低胶粘剂粘度的液体物质。稀释剂可分为活性稀释剂 和非活性稀释剂两种。 4.偶连剂 即有助于提高被粘物与胶粘剂胶接能力的一类物质。其中含有 活性基团的一端与被粘物反应,另一端与胶粘剂反应,从而可以 使两种不同的材料“偶联”起来。 5.填料 为了改善胶粘剂的性能或降低成本而加入的一种非粘性固体物 质。以提高内聚力、粘结力和耐热性。 6.增塑剂:它主要是减弱分子间的力以提高韧性和耐寒性。包括 邻苯二甲酸酯、磷酸酯和已二酸酯等。 7.其他助剂 改性剂、稳定剂、增稠剂、增韧剂、阻燃剂、防老剂、增塑 剂等,这些都是为了改善或加强胶粘剂总体的性能而加入的。
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胶粘剂
3.与机械物连接法相比,溶剂型胶粘剂的溶剂易挥发,会对环境 和人体产生危害。 4.无损探伤尚没有很好的办法。
二、胶粘剂的化学组成及作用
粘合剂分主体材料和辅助材料。 1.粘料 起粘接作用的主要成分。它可以是天然产物,也可以是人工 合成的高聚物,合成高聚物占有绝对的主导地位。 2.固化剂和促进剂 使低聚合物分子产生交联,从而提高其性能。促进剂是在配 方中起促进化学反应,缩短固化时间,降低固化温度的成分。
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3.表面处理
胶粘剂
更新表面,适量增加粗糙度。常用的表面处理方法: 物理法:打磨、喷砂、机械加工、电晕处理等。 化学法:溶剂清洗,酸、碱或无机盐溶液处理,阳极化处理,等离 子处理等。
4.4 无机胶接剂
从化学组分来看,其主要包括硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐、硼酸盐 等。无机胶粘剂的耐热性、阻燃性、耐久性、耐油性等比有机胶粘剂要 好得多,可成功地用火箭、导弹及常用的燃烧器的耐热部件的粘接,也 可广泛地用于各种金属、玻璃、陶瓷等材料的粘接。 一、热熔型胶粘剂 在熔融状态下进行冷却,冷却后即可完成胶接过程。如焊锡等低熔 点金属,以及玻璃陶瓷等,其中玻璃胶粘剂和陶瓷胶粘剂已广泛应用于 电子管、显象管、金属等的胶接。 例如,一种玻璃胶粘剂以PbO-B2O3为主体加入ZnOAL2O3等氧化物粉 末,使用时用水调成糊状,即可在500~600℃用于显象管的真空密封。
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无 机
胶粘剂
• 硅酸盐类:硅酸盐水泥、硅酸钠(水玻璃) • 磷酸盐类:磷酸-氧化铜 • 硫酸盐类:石膏
三、胶粘剂的分类
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
树脂型
• 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
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