胶黏剂应用基础.ppt

胶黏剂应用基础,32学时,绪 论,教学目的,通过本门课程的学习掌握胶粘剂与涂料的基本知识、 基本理论和基本原理，了解胶粘剂改性的基本内容和研 究发展概况，结合各种胶粘剂的特性，对胶接工艺及胶 粘剂提出相应的改进或改性方法；利用胶接基础理论知 识分析和解决胶接过程及胶接制品出现的胶接技术问题。,叶楚平，李陵岚等,张军营,邱建辉，张继源，生楚君主编,胶黏剂（adhesive） ： 又称粘合剂、粘接剂，简称胶。它是一种能够把 两种同类或不同类材料紧密地结合在一起的物质。 采用胶黏剂将各种材料或部件连接起来的技术 称为胶接技术。,胶黏剂是一类古老而又年轻的材料。 早在数千年前，人类的祖先就已经开始使用胶黏剂。 许多出土文物表明，5000年前我们祖先就会用粘土、淀 粉和香松等天然产物做胶黏剂；4000千多年前就会用生 漆做胶黏剂和涂料制造器具；3000年前的周朝已用动物 胶作木船的填缝密封胶。,两千年前的秦朝用糯米浆 与石灰作砂浆粘合长城的 基石，使万里长城成为中 华民族伟大文明的象征之一。,秦俑博物馆中出土的大型彩绘铜车马的制造中，用了 磷酸盐无机胶黏剂。,公元前200年东汉时期用糯米浆糊制成棺木密封胶，配以防腐剂，使马王堆古尸出土时肌肉及关节仍有弹性,足见中国胶接技术之高超。 到上世纪初，合成酚醛树脂的发明，开创了胶黏剂的现代发展史。目前，与三大合成高分子材料的产量比较，胶黏剂只占第五位，但年增长速度则居第一位。,目前，胶黏剂的应用已渗入到国民经济中的各个部门,成为工业生产中不可缺少的技术，在高技术领域中的应用也十分广泛。如据报导：国外在生产一辆汽车中要使用510kg胶黏剂；一架波音飞机的粘接面积达到2400m2 ；一架宇航飞机需要粘接30000块陶瓷片。,内饰装配粘接： 顶棚，车门内护板， 地毯，挡风玻璃等。,汽车结构件粘接： 发动机中罩与前后加强梁，通常用改性环氧树脂胶黏剂,粘接使用的部件由原来机内装饰、非结构件、发展到结构件、受力件，甚至整个机体。,随着科学技术的发展,目前不同行业对胶黏剂及粘接技术的要求越来越高。1997年世界胶黏剂总需求量为1700万，预测2010年将达2500万。 我国目前已有1200多家企业，品种牌号3000多个，胶黏剂生产能力300万。其中产量最大的仍然是三醛胶(酚醛、脲醛和三聚氰胺甲醛)和乳液型胶，二者分别占总产量的45.2%和29.2%。,从市场应用看，建筑业用量最大，约占总胶量51.8%，其次是纸包装业，约占总胶量的12.6%，第三是制鞋业，约占9.0%。 木材胶黏剂用量日益扩大增多，全世界木材胶黏剂产量占胶黏剂总产量的3/4，如美国约60%的合成胶黏剂用于木材加工业，俄罗斯为79%，日本为75%，在我国60%70%的胶黏剂也用于木材加工业。,预计2010年我国合成胶黏剂的需求量将达到480万-500万吨。2004年中国大陆胶黏剂产量总计379万吨 。 随着我国汽车、电子电器等行业的飞快发展，纳米材料等新材料、新技术在胶黏剂工业中得到应用，今后胶黏剂的性能将更加优异，应用范围将不断扩大。,1.胶黏剂组成 胶黏剂通常是由基料、固化剂、促进剂、填料、增韧剂、稀释剂、偶联剂、稳定剂，防老剂、增粘剂、增稠剂等配合而成。 基料又称粘料，是胶黏剂的主要成分。有天然聚合物、合成聚合物及无机物三大类。,固化剂： 是使液态基料通过化学反应，发生聚合、缩 聚或交联反应，转变成高分子量固体，使胶接接头具有 力学强度和稳定性的物质。不同的基料应选用固化快、 质量好、用量少的固化剂。,填料： 是不参与反应的惰性物质，可提高胶接强度、 耐热性、尺寸稳定性并可降低成本。其品种很多，如石 棉粉、铝粉、云母、石英粉、碳酸钙、钛白粉、滑石粉 等。各有不同效果，根据要求选用。,增韧剂： 能提高胶黏剂的柔韧性，降低脆性，改善抗冲击性等。 稀释剂： 降低胶黏剂的粘度，便于施工操作，有能参与固化反应的活性稀释剂和惰性稀释剂两种。,偶联剂 ： 具有能分别和被粘物及粘合剂反应成键的两种 基团，提高胶接强度。多为硅氧烷或聚对苯二甲酸酯 化合物。 稳定剂 ：为防止胶黏剂长期受热分解或贮存时性能变化 的成分。,2 胶黏剂的特点,2.1 耐温性 耐温性是无机胶黏剂的优良特性之一。无机高温胶黏剂通常使用范围在15001750，而磷酸氧化铜胶黏剂的耐温范围更广，可在 1801400范围内使用。,2.2 粘接无破坏性 材料的连接主要有螺栓连接、铆接、焊接和粘接等，使用螺栓连接等技术虽然可实现快速连接，但却因对材料部件打空或局部加热而对材料有所破坏，并在使用中不能避免应力集中。 相比之下，粘接技术是一种非破坏性连接技术，并因粘接界面整体承受负荷而提高负载能力，延长了使用寿命。,2.3 轻质性 胶黏剂的密度较小，大多在0.92之间，约是金属或无机材料密度的20%25%，因而可以大大减轻被粘物体连接材的重量。这在航天、航空、导弹上，甚至汽车、航海上，都有减轻自重，节省能源的重要价值。,3 胶黏剂（adhesive）简述 胶黏剂的种类很多，其牌号在千种以上。每一种类又有衍生和改性的许多品种，同一品种不同配方又发展了系列牌号，不同厂家对同类品种又各自编出许多牌号。要详细了解各种粘合剂的结构、性能、主要成分及使用工艺，可以查阅手册。,环氧树脂胶黏剂,1927年问世，1950年商品化。粘合强度高，收缩率小，尺寸较稳定，电性能优良，耐介质性好，易于改性，几乎能粘合各种材料，用途广泛。 环氧树脂是热塑性线型结构，不能直接使用，必须加入固化剂，固化交联之后，才能发挥其优良的粘合性。固化剂种类也很多，分脂肪胺、芳香胺、改性胺、低分子聚酰胺、咪唑及其衍生物、酸酐及潜伏性固化剂等类。,酚醛树脂,由酚类和醛类缩聚而成。有线型及可溶性酚醛树脂两大类。酚醛树脂有极性大、粘合力强、耐热性好、耐老化、耐水、耐油、耐化学介质、耐霉菌、电绝缘性优良、等特点。 但脆性大，剥离强度不高，需加热加压固化，收缩率较大，颜色深，有酚类气味等不足之处。酚醛-丁腈、酚醛-环氧、酚醛-聚乙烯醇缩醛类都是优良的结构粘合剂。,聚氨酯胶黏剂,主链上含有氨基甲酸酯基(NHCOO)的胶黏剂。 聚氨酯胶黏剂可分为三类， 多异氰酸酯可直接用作胶黏剂；预聚体类聚氨酯胶黏剂，由异氰酸酯和含端羟基的聚酯或聚醚反应而得，这是最主要的品种；端封型聚氨酯胶黏剂，用苯酚或羟基将异氰酸基封闭，可制成水溶液或乳液胶黏剂，使用时加热，端基重新活化而起粘合作用。,丙烯酸脂类胶黏剂,以丙烯酸乙酯、丁酯、异辛酯为主，与甲基丙烯酸酯类、苯乙烯或醋酸乙烯共聚而得。具有良好的耐水性和广泛的粘接性，改变共聚组分，可获得一系列有用的胶黏剂。这一类胶黏剂还可详细分为以下几种。,1.溶液型丙烯酸酯胶黏剂：可以粘塑料。 2.乳液型丙烯酸酯胶黏剂：可合成多种共聚乳液，供无纺布、织物、植绒、复合薄膜，纸张上光、建筑密封及涂料应用。 3 .氰基丙烯酸酯 ： 为单液型，粘度低，固化特别快，见潮即可在几十秒内聚合，常称为瞬干胶。 强度高、透明、毒性小、使用方便；但脆性大、耐久性差、价格昂贵。可粘各种材料，最适于应急修补。,4.厌氧胶： 是由丙烯酸和甲基丙烯酸的双酯或某些特殊的丙烯酸酯，如甲基丙烯酸羟丙酯为主构成的，在隔绝空气下(无氧)可自行室温固化的胶黏剂。现已发展成几百个品种，具有单组分、无溶剂、低粘度、使用方便、常温快速固化、耐热、耐溶剂、耐酸碱性好、适用期长、贮存稳定的特点。 主要用于管道螺纹、法兰面及机械箱体防漏；螺纹螺栓紧固；轴承、插件、嵌件固定。,5.丙烯酸结构胶黏剂 ： 70年代杜邦公司开发的新型二液型改性丙烯酸酯胶黏剂，又称第二代丙烯酸酯胶黏剂(SGA)。分底涂型及双主剂型两大类。 底涂型的主剂中包括聚合物 、丙烯酸酯单体(如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯等)、氧化剂(过氧化物)、稳定剂(如对苯二酚)； 底剂中包括促进剂(如胺类还原剂)、助促进剂(如环烷酸钴金属盐)及溶剂。,双主剂型不用底剂，两组分均为主剂。其中，一个主剂含氧化剂，另一个含促进剂及助促进剂。两剂分别涂于被粘物的一面，叠合后很快发生反应而固化。此胶室温固化快，胶接强度高，可以在油面上直接涂胶粘接，耐水、耐油、耐介质、耐老化、耐热、耐寒性好，使用方便，不需精确计量，应用面广；但气味较大，贮存期较短。,不饱和聚酯胶黏剂,在主链上含有不饱和双键的聚酯，称不饱和聚酯。将其溶于苯乙烯中，即得不饱和聚酯胶黏剂或涂料。使用时加入过氧化物作引发剂，即可加热固化；若再加入少量环烷酸钴，则可常温固化。这种胶黏剂具有黏度小，使用方便，价廉，耐酸碱等特点；但收缩性大，有脆性。除用作胶黏剂外，还大量用于玻璃钢胶黏剂、人造大理石、胶合板及家具面漆。,脲醛树脂胶黏剂,是一类以尿素与甲醛缩聚为基料配制的水基型热固性树脂胶黏剂。这类胶黏剂无色，不污染制品，毒性小，胶接强度优于动植物胶，工艺性好，使用方便，价廉，但耐水性差，性脆。主要用于木材制品、胶合板、纤维板、及家具。加入氯化铵，可室温固化。,橡胶类胶黏剂,以橡胶或弹性体为基料，配以助剂、溶剂而成的一大类胶黏剂。是构成现代溶剂型非结构胶黏剂的一大支柱。具有弹性好，耐冲击，抗疲劳强度好，应用面广的特点。产品有胶液、胶膜、胶带、腻子等多种形式。其中胶液用量最大，又分溶液、乳液和预聚液三类。基料包括氯丁、丁腈、丁基、异丁烯、丁苯、硅氧烷等合成橡胶，天然橡胶，SBS等。不但品种多，而且各具特色。,氯丁橡胶胶黏剂(简称氯丁胶)：粘合强度高，初粘力大，可粘大多数材料。 丁腈胶：耐油性、耐水性最好，有良好的耐热、耐磨；耐老化及耐介质性。 丁基胶：密封性特优，有优良的电绝缘性，耐老化、耐酸碱、氧、臭氧及化学介质。 聚异丁烯胶：有透明、耐老化、耐氧化、耐低温和优良电绝缘性，能粘聚乙烯、聚丙烯等难粘材料。,丁苯胶：耐热、耐磨、耐老化、价廉。 硅橡胶：有优异的耐高低温和耐老化性能，电绝缘性、耐水性和透气性好，但粘合性差、强度低，多用于耐高温、耐低温场合。 天然橡胶：初粘力大，弹性及电绝缘性优良、价廉，但耐热性差、粘合强度略低，是传统的橡胶粘合剂。,热熔胶黏剂,常称热熔胶，是无溶剂热塑性受热熔化冷却固化的一大 类粘合剂。常温下是固体，具有单组分、无溶剂、无污 染、无毒害、贮存运输安全、价廉、粘合性优、能反复 使用、基本无废料、应用面广等特点。是当今胶黏剂的主要发展方向之一。 按基料分有EVA、聚氨酯、聚酰胺、聚酯等几类。可用于粘接金属、玻璃、木材，塑料等各种材料。,无机胶黏剂,是由无机盐类、酸类、碱类、金属氧化物及氢氧化物 组成的一大类胶黏剂。具有耐高温、耐低温、毒性小、 不易燃、耐辐射、耐油、耐老化、价廉、使用方便， 但脆性大的特点。只能用于套接、槽接。可粘金属、 玻璃、陶瓷、石料等。应用较普遍，性能优良的是以 氧化铜和磷酸为主料配制成的无机胶黏剂。,特种胶黏剂,具有特殊功能的胶黏剂。多以其特殊的功能来命名。 1.耐高温胶黏剂： 可在200以上长期工作。大多为含芳杂环的耐高温聚合物为基料配制成的。如聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚亚苯基、聚苯硫醚、有机硅氧烷等。 2.超低温胶黏剂： 多以聚氨酯及其改性产物为基料构成，能在-180以下工作。,3.导电胶黏剂： 具有导电能力的胶黏剂。由导电填料如银粉、铜粉、铝粉、炭黑等与粘合基料如环氧树脂、聚 氨酯树脂等配制而成。用于需导电而又不能受热的电 子工业产品中。,4.导磁胶黏剂： 由导磁铁粉及粘合树脂配制而成。用于导磁性元器件的粘接。 5.导热胶黏剂： 由金属粉或其他传热性好的材料粉末与粘合树脂制成。根据传热系数及工作温度要求，可以选择导热材料及用量。,6.密封胶黏剂: 可防止气体或液体渗漏，水分、灰尘侵入的胶黏剂。密封腻子为可塑性很大的固态密封物质。在汽车、飞机等交通工具及建筑上应用较多。 7.光敏胶黏剂： 受紫外光照射，发生固化反应的胶黏剂。两种被粘物中，至少有一种能透光，才能应用。适用于透光零件或透光材料与金属、塑料的粘接。电子工业中，广泛用于微型电路的光刻。,压敏胶黏剂,对压力敏感，只需轻微施压或用手指一按，即能粘住的一类胶黏剂，俗称不干胶。这种胶都是先涂于塑料薄膜、织物、纸张或金属箔上，做成胶带或胶膜。 可多次重复使用，有一定剥离强度，不污染被粘物表面，无毒、安全、易贮运，但耐久性、耐热性较差。分橡胶型(如天然橡胶、聚异丁烯、丁基橡胶等为基料)、树脂型(如丙烯酸酯、硅树脂或硅橡胶等为基料)两类。,压敏胶不宜现用现涂，而必须事先涂在载体基材上。基 材有棉布(如医用胶布)、纸张(如封箱带、标签、标贴)， 更多的是用聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯及玻璃纸薄膜。普 遍用于包装、封箱、标签、瓶贴、办公、装饰、面板保 护及家庭日常应用。,4 胶黏剂的发展趋势,（1）发展无溶剂胶黏剂 现行的许多胶黏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 样自然给胶黏剂工业带来了一种新的发展趋势，即向无 溶剂的胶黏剂发展。,（2）发展纳米胶黏剂 纳米胶黏剂是材料领域的重要组成部分，发展纳米 胶黏剂，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。纳米胶黏剂将成为一颗耀眼的新的科 技明星。,（3）特种胶黏剂日受青睬,特种胶黏剂具有独特作用，日受青睬。 如阿波罗飞船上的指挥舱登月舱用的钛铝合金蜂窝夹 层结构，采用耐高温的环氧-酚醛胶黏剂。卫星与飞船飞 越或重返大气层时，外表的耐高温烧蚀材料与容器的固 定，火箭液体燃料，-235时保温材料与容器固定，其 中的耐高温胶黏剂与超低温胶黏剂是必不可少的重要材 料，价格多贵也得用。,2000年全球胶黏剂十强排名,2000年世界合成胶黏剂销售额最大的十家公司占全球总销量的40%，其中汉高是世界上最大的胶黏剂公司，年销售额超过20亿美元。 1.Henkel 2. Ciba 3.Atofindley 4. National Starch 5. 3M 6. H. B. Fuller 7. Total 8. Konishi 9. Morton 10. Bostik,胶黏剂专业术语,1. 粘合(adhesion)：两个表面依靠化学力、物理力或两者兼有的力使之结合在一起的状态。 2. 内聚(cohesion)：单一物质内部各粒子靠主价力、次价力结合在一起的状态。 3. 粘附破坏(adhesion failure)：胶黏剂和被粘物界处发生的目视可见的破坏现象。,4. 内聚破坏(cohesion failure)：胶黏剂或被粘物中发生的目视可见的破坏现象。 5. 固化(curing )：胶黏剂通过化学反应(聚合、交联等)获得并提高胶接强度等性能的过程。 6. 硬化(hardening)：胶黏剂通过化学反应或物理作用(如聚合、氧化反应、凝胶化作用、水合作用、冷却、挥发性组分的蒸发等)，获得并提高胶接强度、内聚强度等性能的过程。,7. 贮存期(storage life) ：在规定条件下，胶黏剂仍能保持其操作性能和规定强度的最长存放时间。 8. 适用期(pot life) ：配制后的胶黏剂能维持其可用性能的时间。同义词：使用期。 9. 固体含量(solids content)：在规定的测试条件下，测得的胶黏剂中不挥发性物质的质量百分数。同义词：不挥发物含量。,