1 6 2膠粘劑 2 6 2粘合劑 膠粘劑 粘合劑 是通過黏附作用使被粘物相互結合在一起的物質 天然產物骨膠 松脂 淀粉膠粘劑 如用黏米粘城墻 用骨膠粘接箭羽等 秦漢時期 20世紀20年代 出現了天然橡膠加工的壓敏膠 并試制成功醇酸樹脂膠粘劑 40年代 瑞士發明雙酚A型環氧樹脂 成為主要的結構膠粘劑 1957年美國發明氰基丙烯酸酯膠粘劑 開創了瞬間粘接的新時期 近20年來 國內外膠粘劑及其技術理論發展十分驚人 產量逐年劇增 應用愈來愈廣泛 粘接是一項古老而又實用的技術 它的發展經歷了較長的歷史 3 6 2 1膠粘劑的特點 可以粘合不同性質的材料 可以粘合異型 復雜結構和大型薄板的結構部件 采用粘合方法可以避免焊接時產生的熱變形和鉚接時產生的機械變形 粘合件外觀平滑美觀 粘合是面粘結 不易產生應力集中 接頭有良好的疲勞強度 同時具有優異的密封 絕緣 耐腐蝕等性能 制造成本低 粘結件質量輕 優點 4 6 2 1膠粘劑的特點 與高強度的被粘物 如金屬 相比 粘接強度不夠高 容易在接頭邊緣首先破壞 粘接結構在使用或存放過程中由于受環境中水 熱 光 氧等因素的作用 會老化 同時其耐高溫 低溫性能有限 某些膠粘劑易燃 有毒 迄今還缺乏準確 可靠 無損檢驗粘接質量的方法 缺陷 5 6 2 2膠粘劑的分類與組成 有機膠粘劑 無機膠粘劑 膠粘劑 磷酸鹽 硅酸鹽 硼酸鹽型等 天然膠粘劑 合成膠粘劑 熱塑性樹脂膠粘劑 熱固性樹脂膠粘劑 橡膠型膠粘劑 混合型膠粘劑 動物膠 植物膠 魚膠 骨膠 蟲膠等 淀粉 松香 阿拉伯樹膠等 PVAc PA等 環氧 酚醛樹脂等 氯丁 丁腈膠等 環氧 酚醛等 天然膠 來源豐富 價格低廉 毒性低 但耐水 耐潮和耐微生物作用差 合成膠 良好的電絕緣 隔熱 抗震 耐腐蝕 耐微生物及良好的粘結強度 而且可根據不同用途配置不同膠粘劑 根據基體來源 6 6 2 2膠粘劑的分類與組成 結構型膠粘劑 非結構型膠粘劑 能夠承受負載 有較高的粘結強度 一般熱固性膠粘劑或合金型膠粘劑適合作結構膠粘劑 如飛機 汽車上結構部件的粘結 根據粘結處受力要求 不受力或受力不大 橡膠型 熱塑性膠粘劑 常以壓敏 密封 熱溶劑形式出現 根據固化方式 水基蒸發 溶劑揮發 化學反應 熱溶性 壓敏膠等 7 6 2 2膠粘劑的分類與組成 組成 多組分 固化劑 增加膠層內聚強度 催化劑 加速固化 縮短時間 降低反應溫度 防老劑 提高耐大氣老化 熱老化 電弧老化 臭氧老化性能 填料 提高強度 降低成本 增塑或增韌劑 降低膠層剛性 增加韌性 稀釋劑 改善工藝性 降低粘度 溶劑 8 6 2 3粘結與粘結工藝 粘結的前提條件 一是膠粘劑要能很好地浸潤被粘物表面 二是膠粘劑與被粘物之間要有較強的相互作用 浸潤的描述 接觸角 液滴曲面的切線與固體表面的夾角 粘結原理 90 浸潤不良 180 不浸潤 0 液體在固體表面鋪開 9 6 2 3粘結與粘結工藝 液體對固體的浸潤程度要取決于他們的表面張力大小 表面張力小的物質能夠很好浸潤表面張力大的物質 而表面張力大的物質不能浸潤表面小的物質 金屬的表面張力大 能被表面張力小的聚合物膠粘劑浸潤 含氟聚合物和非極性的聚烯烴類聚合物的表面張力極低 很難被粘結 玻璃 陶瓷介于兩者之間 10 6 2 3粘結與粘結工藝 機械互鎖理論 拋錨理論 膠粘劑滲透到被粘物凹凸不平的溝痕或孔隙中去 固化之后就像許多小鉤子似地把膠粘劑和被粘物連接在一起 擴散理論 高聚物的自粘附和相互間粘接 界面高聚物分子相互擴散所致 靜電理論 當膠粘劑 被粘物體系是一種電子的接受體 供給體的組合形式時 在界面區兩側形成雙電層 雙電層電荷的性質相反 從而產生靜電引力 粘結機理 11 6 2 3粘結與粘結工藝 吸附理論 粘接力的主要來源是粘接體系的分子間作用力 氫鍵作用 化學鍵理論 膠粘劑與被粘物表面產生化學反應而在界面形成化學鍵結合 象鐵鏈一樣 把兩者牢牢地連接起來 粘結機理 12 6 2 3粘結與粘結工藝 對接 角接 T接 粘結接頭的設計 13 6 2 3粘結與粘結工藝 斜接 搭接 套接 粘結接頭的設計 14 6 2 3粘結與粘結工藝 表面處理 油污 金屬氧化層 難粘材料表面 高極性材料表面脫模劑 機械處理 砂紙 物理處理 火焰處理 等離子放電處理等化學處理 酸 強氧化劑 粘結工藝 15 6 2 4膠粘劑的選擇 金屬 金屬極性大 表面能高 表面致密 模量大 強度高 一般都用于受力結構 應該選用強度比較高的膠粘劑 如環氧膠 膠粘劑選擇要考慮的因素 材料的性質 膠粘劑的性能 不同用途 價格等 16 6 2 4膠粘劑的選擇 塑料 熱固性塑料如環氧 酚醛 脲醛 不飽和聚酯樹脂等塑料 只能用熱固性膠粘劑粘接 而熱塑性塑料PS PVC ABS PC 尼龍等 宜選用室溫固化膠粘劑 還可以用熱熔膠和溶液膠進行粘接 對于非極性的難粘塑料 如PE PP PTFE等 可選用PB或有機硅膠粘劑 一般情況下需要對表面進行特殊處理 17 6 2 4膠粘劑的選擇 橡膠 對于橡膠之間的粘結 氯丁膠 聚酰胺和聚氨酯膠粘劑均能提供優異的粘結強度 橡膠 皮革可用氯丁膠和聚氨酯膠粘劑 橡膠 塑料 玻璃 陶瓷 可用硅橡膠膠粘劑 橡膠 玻璃鋼 酚醛 可用丙烯酸酯類膠粘劑 橡膠 混凝土 石材 可用氯丁膠 環氧膠和氰基丙烯酸酯膠粘劑 18 6 2 4膠粘劑的選擇 玻璃或陶瓷 硬度高 脆性大 需要選用韌性好 室溫固化的熱固性膠粘劑 木材 紙張 織物 竹材 多孔 選用 粘度較大的白乳膠 氯丁膠等皮革類 細孔 極性 易繞曲 聚氨酯膠粘劑和氯丁膠混凝土 結構膠 一般用環氧膠 19 6 2 5常用的粘合劑 一熱固性樹脂膠粘劑二橡膠膠粘劑三特種膠粘劑四膠粘劑的應用 20 1環氧樹脂膠粘劑 以環氧樹脂為基料的膠粘劑的統稱 分子中含環氧基 羥基 氨基或其它極性基團 對大部分材料有良好的粘結力 金屬 2x107Pa 萬能膠 性能特點 拉伸強度 剪切強度高 耐酸堿 耐油 醇 酮 酯等多種有機溶劑 固化收縮率小 電絕緣性能良好 可加入增塑劑來改善沖擊強度 能與其它樹脂復合實用 一熱固性樹脂膠粘劑 21 1 環氧樹脂的組成 環氧樹脂 主要品種為縮水甘油型環氧樹脂 如雙酚A型環氧樹脂 環氧化烯烴 環氧化聚丁二烯 分子量一般為300 7000 指標 粘度 外觀 環氧當量 樹脂g 1g環氧基 環氧值 環氧基數量 100g樹脂 等 22 1 環氧樹脂的組成 固化劑 反應型固化劑 催化型固化劑 分子中極性基團與環氧樹脂分子中環氧基 羥基反應生成網狀結構 含活潑H 如多元伯胺 多元酸 多元硫醇 多元酚等 促使環氧基開環 均聚 生成以醚鍵為主的網狀高分子化合物 如叔胺 三氟化硼 雙氰胺等 按固化機理分 潛伏型固化劑 23 1 環氧樹脂的組成 增韌劑 改善脆性 提高沖擊強度和剝離強度非活性增韌劑 以游離態存在 如鄰苯二甲酸二丁 辛 酯活性增韌劑 參與固化反應 如低分子PU PA 液體丁腈 液體羧基丁腈橡膠等 稀釋劑 改善工藝性 增加對被粘物的浸潤性 如丙酮 甲苯 乙酸乙酯等 填料 如玻璃纖維 滑石粉 二氧化鈦等 24 2 環氧樹脂的種類和用途 通用環氧樹脂膠 雙酚A環氧樹脂 室溫固化采用胺類或低分子PA固化劑 高溫固化采用酸酐類固化劑 雙氰胺可作潛伏型固化劑 對橡膠 塑料 玻璃等具有很好的粘結強度 可用于鋼筋混凝土建筑構件的粘結 粘鋼加固 植筋 填縫 各種修補及裝修材料的粘結 密封 防腐蝕等 25 2 環氧樹脂的種類和用途 增韌環氧樹脂膠 加入橡膠進行增韌 如丁腈橡膠 液體丁腈橡膠或羧基液體丁腈橡膠 國產DG 2膠 60 100 高強韌 室溫固化 用于鋁合金 紫銅 黃銅 不銹鋼 PA PTFE等 26 2 環氧樹脂的種類和用途 耐高溫環氧膠 耐高溫固化劑 環氧 酚醛膠粘劑 高分子量雙酚A環氧與低分子酚醛復合而成 耐熱性膠粘劑 315 環氧 聚酰胺 可溶性 膠 特點是剝離強度優異 用于飛機上蜂窩夾層結構粘結 環氧 有機硅樹脂膠 有機硅樹脂的烷氧基能與環氧樹脂中的羥基反應 改性物具有環氧樹脂和有機硅樹脂的雙重優點 采用芳香胺 芳環或脂環酸酐固化劑 27 2聚氨酯膠粘劑 分子鏈中含有異氰酸酯基 NCO 及氨基甲酸酯基 NH COO 具有很強極性和活潑性 NCO能與多種含活潑H的化合物反應 聚氨酯膠粘劑具有極高的粘結性能 極好的耐寒性 耐油性 耐磨性 柔韌性 28 1聚氨酯膠粘劑 1 聚氨酯膠粘劑的原料 二異氰酸酯 甲苯二異氰酸酯 TDI 二苯基甲烷4 4 二異氰酸酯 MDI 1 6 己二異氰酸酯 IPDI 等 多異氰酸酯 三苯基甲烷 4 4 4 三異氰酸酯 TTI 等聚酯多元醇 二元酸與二元醇縮聚而成 聚醚多元醇 將低分子量多元醇 多元胺或含活潑氫的化合物與氧化烯烴 環氧乙烷 丙烷 在催化劑作用下開環聚合而成 溶劑 酮類 芳香烴 二甲基甲酰胺 THF等 水 醇應盡量除去 催化劑 有機錫類 叔胺類 擴鏈劑 交聯劑等 29 1 多異氰酸酯膠粘劑 專指多異氰酸酯低分子作為膠粘劑 是最原始的一種聚氨酯膠粘劑 2 端異氰酸酯基聚氨酯膠粘劑 含異氰酸酯端基的聚氨酯預聚物該品種是聚氨酯膠粘劑中最重要的一種 在胺類固化劑或室溫下遇空氣中的潮氣固化 彈性好 低溫粘接性能好 可制成單組分 雙組分 溶劑型 低溶劑型 無溶劑型等 根據反應和組成分 2 聚氨酯膠粘劑的分類 30 3 端羥基聚氨酯膠粘劑 由二異氰酸酯與兩官能度的聚酯或聚醚醇反應生成的含羥基的線性聚合物 一般制成雙組分使用 4 聚氨酯樹脂膠粘劑 多異氰酸酯與多羥基化合物反應而成 2 聚氨酯膠粘劑的分類 31 單組分聚氨酯膠粘劑 優點 使用方便 無需調膠 聚氨酯熱熔膠 封閉型聚氨酯膠粘劑 放射線固化型聚氨酯膠粘劑 壓敏型聚氨酯膠粘劑 單組分水性膠粘劑等雙組分聚氨酯膠粘劑 甲組分為羥基組分 乙組分為含異氰酸酯基組分 雙組分聚氨酯膠是聚氨酯膠粘劑中用途最廣 用量最大的 該品種是聚氨酯膠粘劑中最重要的一種 結構型聚氨酯膠 超低溫聚氨酯膠 無溶劑復合薄膜膠粘劑等 根據使用形態分 2 聚氨酯膠粘劑的分類 32 對多種材料具有良好的粘結強度 分子中含有很強極性和化學活性的異氰酸酯基 氨基甲酸酯基 可與金屬 玻璃 陶瓷 橡膠 塑料 織物 木材 紙張等粘合 有良好的超低溫性能 低至 253 而且粘結強度隨溫度的降低而提高 具有良好的耐磨 耐油 耐溶劑 耐老化等性能 3 聚氨酯膠粘劑的性能與應用 33 可以通過改變羥基化合物的種類 分子量 異氰酸酯的種類以及各組分的比例 制成滿足各種行業 各種性能要求的高性能膠粘劑 缺點 高溫 高濕條件下易水解 主要應用領域 制鞋 食品包裝 紡織 木材等 3 聚氨酯膠粘劑的性能與應用 34 國外聚氨酯膠黏劑發展總的趨勢是適應世界對環保 安全 生越來越嚴格要求的非溶劑 提高綜合粘接性能 發展結構性和功能性粘接 非有機溶劑化有 條途徑 一是水性化 二是熱熔化 三是100 液體反應型 其中水性化是最重要的途徑 因為其最適用于傳統的有機溶劑型聚氨酯膠黏劑應用領域和粘接工 而這種應用量又是最大 35 3酚醛樹脂膠粘劑 是由苯酚及其衍生物和甲醛在酸性或堿性催化劑存在下縮聚而成 通過調節苯酚和甲醛用量配比 可以生成熱固性和熱塑性酚醛樹脂 36 3酚醛樹脂膠粘劑 分類 未改性酚醛樹脂膠 甲階酚醛膠 熱塑性酚醛膠 酚醛 縮醛膠粘劑 甲階酚醛樹脂 聚乙烯醇縮醛 溶劑 適于織物 塑料等柔性材料和金屬 陶瓷等剛性材料的粘結 酚醛 環氧膠粘劑 甲階酚醛樹脂 環氧樹脂 稀釋劑 鋁粉 耐熱性好 宇航工業 酚醛 橡膠 酚醛 氯丁膠 酚醛 丁腈膠 適于汽車工業 油箱 剎車帶 離合器等的粘結 間苯二酚甲醛樹脂膠粘劑 在中性條件下 可室溫迅速固化 37 普通丙烯酸酯類膠粘劑 溶液型 乳液型 無溶劑型 氰基丙烯酸酯膠粘劑 501 502膠 厭氧膠 甲基丙烯酸酯類單體 應用于螺栓緊固防松 密封防漏 固定軸承等 4其它類型膠粘劑 1 丙烯酸酯類膠粘劑 38 以熱塑性聚合物為基體的多組分混合物 室溫下呈固體 受熱后軟化 熔融而有流動性 涂布 潤濕被粘物后 經壓合 冷卻固化 在幾秒鐘內完成粘結的膠粘劑 種類 EVA 無規PP PA PU 聚酯 SBS等應用領域 可粘結金屬 塑料 皮革 織物 材料等 在印刷 制鞋 包裝 電子 家電等行業深受歡迎 2 熱溶膠 39 對壓力敏感 無需借助溶劑和熱 只需施加輕度指壓 常溫下即能與被粘物形成牢固粘結的膠粘劑 分類 橡膠型壓敏膠 樹脂型壓敏膠 以丙烯酸酯系列最為重要 主要應用形式 壓敏膠帶 標簽將壓敏膠涂在塑料薄膜 織物 紙張 金屬