胶黏剂与粘接技术

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1、胶黏剂与材料粘接技术绪论应用已十分普遍，有几千年的历史（浆糊，泥墙）在高分子学科的发展之后真正作为一门学科即是合成胶黏剂出现,高分子材料五大分支之一来阐述的。基本概念：把两个或多个物体通过另外一种材料在其两相界面间产生的分子间力连接在一起，称为粘接，被粘接的物体称为被粘物，粘接所使用的材料称为胶黏剂，通过粘接得到的组件称为胶接接头（胶接件），减弱粘接称为脱粘。为什么要使用胶黏剂？材料加工，主要包括变形、切分与结合。组合连接分类一般有三种，机械紧固、焊接与粘接。胶接优点：1不破坏被粘物2不造成应力集中3改善疲劳性

2、能4同时起密封效果5连接不同金属不形成电池6特殊场合（如粘接炸药）7粘接形状复杂的被粘物8设备简单胶接缺点：1需要更大的接触面积2表面工艺条件高，甚而苛刻3存在的不确定性，难以监测4有些有毒5存储寿命有限6不能重复利用7学科起步晚，设计缺信心第一章粘接理论基础粘接是一种材料界面、表面的科学获得好的粘接效果有两个必要条件（过程）：（1）足够面积的紧密接触（清理表面、润湿、扩散）（2）分子间的吸引力甚或成粘合键（固化）为满足第一个条件，胶粘剂应能扩展到固体的表面，并取代存在于表面的空气或其他附着物。固体表面都是高低

3、不平的，抛光后接触面积不到总面积的1/100；液体可以完全浸润。胶粘剂与被粘物连续接触的过程叫润湿。胶粘剂浸入固体表面的凹陷与空隙就形成良好润湿；如果胶粘剂在表面的凹处被架空，便减少了胶粘剂与被粘物的实际接触面积，从而降低了接头的粘接强度。获得良好润湿的条件是：a液体的接触角应为0，或接近于0；（浸润热力学）b粘度要低，即不得大于几毫帕·秒；（动力学）c能驱除被粘物接头间所夹的空气和其他附着物。1.1界面理论表面张力是分子间力的直接表现，是由于物体主体对表面层吸引的结果，表面分子能量状态高，物体有减少自身表面的

4、趋势。增加表面积即能量增加，也有了表面自由能。存在的最普遍的分子间吸引力为VanderWaals力，它来源于几种不同的作用。静电力（取向力），永久偶极之间，13-21kJ/mol；诱导力，偶极在其他分子上引起的诱导偶极,6-13kJ/mol；色散力(London力)，偶极矩自由运动产生,0.8~8kJ/mol；另外还有氢键，不超过40kJ/mol。共价键100-400kJ/mol，离子键一般大于300kJ/mol，金属键？。表面张力表面张力固体表面分为高能表面，γs>=100达因/cm，如金属和无机物；低能表面

5、，γs<=100达因/cm，如塑料。达因，10-5N。水72mJ/m。聚合物随分子量增加表面张力增加。聚乙烯35，聚丙烯30，聚苯乙烯40，聚氯乙烯43，聚氯丁二烯46，聚四氟乙烯24（18），聚六氟丙烯17，聚醋酸乙烯36，聚甲基丙烯酸甲酯-丁酯41-31，聚二甲基硅氧烷20，二乙基硅氧烷25，分子间力的另一表现，内聚力，是在同种物质内部相邻各部分之间的相互吸引力，只有在各分子十分接近时（小于10-8米）才显示出来。浸润的热力学完全浸润、浸润平衡(1)Young氏方程：γsl+γlcosθ=γs，接触角θ要小

6、于90°(2)胶粘剂液体在固体表面自动展开的条件是γl<=γC（γC为极限表面张力，接触角为0时的值）(3)浸润接触角与表面粗糙度，粗糙使cosθ的绝对值增加：当θ<90°时，表面粗糙度增加，θ减小；当θ>90°时，表面粗糙度增加，则θ增加。表面张力的测定。液体，液滴法、液面；固体，接触角（液滴，前进、后退）、表面力仪。杨-拉普拉斯公式浸润的动力学浸润速度与被粘物的表面结构、胶粘剂粘度η和表面张力有关。浸润时间T=2kη/（γlcosθ）k-与表面结构有关的常数有机液体的表面张力γl相差不会很大。θ越小，浸润速

7、度越快液体粘度越低，浸润时间越短，便充分浸润缝隙；a胶粘剂的表面张力小于固体的临界表面张力b胶粘剂黏度低胶粘剂对固体表面的粘附功最大，或者界面能最低时，解到最好胶接强度。许多合成胶粘剂都容易润湿金属被粘物，而多数固体被粘物的表面张力都小于胶粘剂的表面张力。这就是环氧树脂胶粘剂对金属粘接极好的原因，而对于未经处理的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯和氟塑料很难粘接。浸润的条件(1)机械互锁理论；(抛锚理论)(2)扩散理论；(3)电子理论（静电）；(4)吸附理论。为满足第二个条件，固化后应形成跨过界面的粘接力，而此力的本质和

8、大小对粘接效果都是极重要的。目前主要有四种理论解释粘接力产生机理：1.2粘接机理胶粘剂渗透到被粘物表面的缝隙或凹凸之处，固化后在界面区产生了啮合力，其本质是摩擦力。要求：a胶粘剂必须渗入被粘物表面的空隙内b排除其界面上吸附的空气在粘合多孔材料、纸张、织物等时，机构连接力是很重要的因素，但对某些坚实而光滑的表面，这种作用并不显著。从物理化学观点看，机械作用并不是产生粘接力的因素，而是增加