膠黏劑與粘接技術

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1、膠黏劑與材料粘接技術緒論應用已十分普遍，有幾千年的歷史（漿糊，泥墻）在高分子學科的發(fā)展之后真正作為一門學科即是合成膠黏劑出現(xiàn),高分子材料五大分支之一來闡述的。基本概念：把兩個或多個物體通過另外一種材料在其兩相界面間產(chǎn)生的分子間力連接在一起，稱為粘接，被粘接的物體稱為被粘物，粘接所使用的材料稱為膠黏劑，通過粘接得到的組件稱為膠接接頭（膠接件），減弱粘接稱為脫粘。為什么要使用膠黏劑？材料加工，主要包括變形、切分與結合。組合連接分類一般有三種，機械緊固、焊接與粘接。膠接優(yōu)點：1不破壞被粘物2不造成應力集中3改善疲勞性

2、能4同時起密封效果5連接不同金屬不形成電池6特殊場合（如粘接炸藥）7粘接形狀復雜的被粘物8設備簡單膠接缺點：1需要更大的接觸面積2表面工藝條件高，甚而苛刻3存在的不確定性，難以監(jiān)測4有些有毒5存儲壽命有限6不能重復利用7學科起步晚，設計缺信心第一章粘接理論基礎粘接是一種材料界面、表面的科學獲得好的粘接效果有兩個必要條件（過程）：（1）足夠面積的緊密接觸（清理表面、潤濕、擴散）（2）分子間的吸引力甚或成粘合鍵（固化）為滿足第一個條件，膠粘劑應能擴展到固體的表面，并取代存在于表面的空氣或其他附著物。固體表面都是高低

3、不平的，拋光后接觸面積不到總面積的1/100；液體可以完全浸潤。膠粘劑與被粘物連續(xù)接觸的過程叫潤濕。膠粘劑浸入固體表面的凹陷與空隙就形成良好潤濕；如果膠粘劑在表面的凹處被架空，便減少了膠粘劑與被粘物的實際接觸面積，從而降低了接頭的粘接強度。獲得良好潤濕的條件是：a液體的接觸角應為0，或接近于0；（浸潤熱力學）b粘度要低，即不得大于幾毫帕·秒；（動力學）c能驅除被粘物接頭間所夾的空氣和其他附著物。1.1界面理論表面張力是分子間力的直接表現(xiàn)，是由于物體主體對表面層吸引的結果，表面分子能量狀態(tài)高，物體有減少自身表面的

4、趨勢。增加表面積即能量增加，也有了表面自由能。存在的最普遍的分子間吸引力為VanderWaals力，它來源于幾種不同的作用。靜電力（取向力），永久偶極之間，13-21kJ/mol；誘導力，偶極在其他分子上引起的誘導偶極,6-13kJ/mol；色散力(London力)，偶極矩自由運動產(chǎn)生,0.8~8kJ/mol；另外還有氫鍵，不超過40kJ/mol。共價鍵100-400kJ/mol，離子鍵一般大于300kJ/mol，金屬鍵？。表面張力表面張力固體表面分為高能表面，γs>=100達因/cm，如金屬和無機物；低能表面

5、，γs<=100達因/cm，如塑料。達因，10-5N。水72mJ/m。聚合物隨分子量增加表面張力增加。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，分子間力的另一表現(xiàn)，內(nèi)聚力，是在同種物質內(nèi)部相鄰各部分之間的相互吸引力，只有在各分子十分接近時（小于10-8米）才顯示出來。浸潤的熱力學完全浸潤、浸潤平衡(1)Young氏方程：γsl+γlcosθ=γs，接觸角θ要小

6、于90°(2)膠粘劑液體在固體表面自動展開的條件是γl<=γC（γC為極限表面張力，接觸角為0時的值）(3)浸潤接觸角與表面粗糙度，粗糙使cosθ的絕對值增加：當θ<90°時，表面粗糙度增加，θ減小；當θ>90°時，表面粗糙度增加，則θ增加。表面張力的測定。液體，液滴法、液面；固體，接觸角（液滴，前進、后退）、表面力儀。楊-拉普拉斯公式浸潤的動力學浸潤速度與被粘物的表面結構、膠粘劑粘度η和表面張力有關。浸潤時間T=2kη/（γlcosθ）k-與表面結構有關的常數(shù)有機液體的表面張力γl相差不會很大。θ越小，浸潤速

7、度越快液體粘度越低，浸潤時間越短，便充分浸潤縫隙；a膠粘劑的表面張力小于固體的臨界表面張力b膠粘劑黏度低膠粘劑對固體表面的粘附功最大，或者界面能最低時，解到最好膠接強度。許多合成膠粘劑都容易潤濕金屬被粘物，而多數(shù)固體被粘物的表面張力都小于膠粘劑的表面張力。這就是環(huán)氧樹脂膠粘劑對金屬粘接極好的原因，而對于未經(jīng)處理的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯和氟塑料很難粘接。浸潤的條件(1)機械互鎖理論；(拋錨理論)(2)擴散理論；(3)電子理論（靜電）；(4)吸附理論。為滿足第二個條件，固化后應形成跨過界面的粘接力，而此力的本質和

8、大小對粘接效果都是極重要的。目前主要有四種理論解釋粘接力產(chǎn)生機理：1.2粘接機理膠粘劑滲透到被粘物表面的縫隙或凹凸之處，固化后在界面區(qū)產(chǎn)生了嚙合力，其本質是摩擦力。要求：a膠粘劑必須滲入被粘物表面的空隙內(nèi)b排除其界面上吸附的空氣在粘合多孔材料、紙張、織物等時，機構連接力是很重要的因素，但對某些堅實而光滑的表面，這種作用并不顯著。從物理化學觀點看，機械作用并不是產(chǎn)生粘接力的因素，而是增加