1、-精品文档-胶合原理与胶粘剂胶合原理与胶粘剂林学院：张晓燕林学院：张晓燕-精品文档-内容提要：内容提要：1 胶粘剂的概念和分类胶粘剂的概念和分类2 胶粘剂的发展简史胶粘剂的发展简史3 胶粘剂在木材加工中的作用胶粘剂在木材加工中的作用4 胶粘剂的发展趋势胶粘剂的发展趋势 绪绪 论论-精品文档-1 胶粘剂的概念和分类胶粘剂的概念和分类概念概念:通过粘附作用，能使被胶接材料的表面紧密地胶合在通过粘附作用，能使被胶接材料的表面紧密地胶合在一起的物质叫胶粘剂。用胶粘剂把两个被胶接物牢固连接一起的物质叫胶粘剂。用胶粘剂把两个被胶接物牢固连接在一起称为胶接。在一起称为胶接。分类：分类：根据起胶接作用的物质种
2、类分：根据起胶接作用的物质种类分：天然胶粘剂：天然胶粘剂：原料来源广，成本低，不耐水。如植物胶、动原料来源广，成本低，不耐水。如植物胶、动物胶（以动物的皮、骨、筋等为原料，将其中所含的胶原物胶（以动物的皮、骨、筋等为原料，将其中所含的胶原蛋白经过部分水解，萃取和干燥制成的固体蛋白质。）。蛋白经过部分水解，萃取和干燥制成的固体蛋白质。）。合成胶粘剂：合成胶粘剂：胶合强度高，耐水性好。如合成树脂、合成橡胶合强度高，耐水性好。如合成树脂、合成橡胶。胶。-精品文档-4 优点：优点：n可实现不同种类或不同形状材料之间的连接，尤其是薄可实现不同种类或不同形状材料之间的连接，尤其是薄片材料；片材料；n粘接为
3、面际连接，应力分布均匀，不易产生应力破坏，粘接为面际连接，应力分布均匀，不易产生应力破坏，延长结构寿命；延长结构寿命；n密封性能良好，有很好的耐腐蚀性能（隔开被粘物，可密封性能良好，有很好的耐腐蚀性能（隔开被粘物，可减少不同金属连接的电位腐蚀）；减少不同金属连接的电位腐蚀）；-精品文档-5 优点：优点：n提高生产效率，降低成本；提高生产效率，降低成本；n减轻结构质量。通过交叉粘接能使各向异性材料的减轻结构质量。通过交叉粘接能使各向异性材料的强度质量比及尺寸稳定性得到改善，得到挠度小，结强度质量比及尺寸稳定性得到改善，得到挠度小，结构差异小、质量轻的结构；构差异小、质量轻的结构；n可赋予被粘物体
4、以特殊的性能（导电胶、导磁胶、可赋予被粘物体以特殊的性能（导电胶、导磁胶、耐高温胶、电绝缘胶）。耐高温胶、电绝缘胶）。-精品文档-6缺缺 点点n耐候性差；耐候性差；n胶接的不均匀使得扯离和剥离强度低，容易在接头边缘胶接的不均匀使得扯离和剥离强度低，容易在接头边缘首先破坏；首先破坏；n与机械物理连接法相比，溶剂型胶粘剂的溶剂易挥发，与机械物理连接法相比，溶剂型胶粘剂的溶剂易挥发，而且某些溶剂易燃、有毒，会对环境和人体产生危害。而且某些溶剂易燃、有毒，会对环境和人体产生危害。n胶接质量因受多种因素的影响，不够稳定。胶接质量因受多种因素的影响，不够稳定。-精品文档-7胶粘剂的污染问题胶粘剂的污染问题
5、 常见的胶粘剂质量问题主要是溶剂挥发产生的有害物质：常见的胶粘剂质量问题主要是溶剂挥发产生的有害物质：n苯苯是一种致癌物质，人吸入过量，会出现头晕、恶心、是一种致癌物质，人吸入过量，会出现头晕、恶心、乏力、皮肤干燥、意识模糊等现象，重者可导致昏迷甚乏力、皮肤干燥、意识模糊等现象，重者可导致昏迷甚至死亡。至死亡。n甲苯和二甲苯甲苯和二甲苯：对皮肤和粘膜刺激性大，长期接触易引：对皮肤和粘膜刺激性大，长期接触易引起膀胱癌。起膀胱癌。n甲醛甲醛挥发较慢，吸入后会引起恶心，导致支气管炎，甚挥发较慢，吸入后会引起恶心，导致支气管炎，甚至出现肺水肿；至出现肺水肿；n卤代烃卤代烃也是致癌物质，长期吸入会损伤肝
6、脏等器官。也是致癌物质，长期吸入会损伤肝脏等器官。-精品文档-2 胶粘剂的发展简史胶粘剂的发展简史早期的胶粘剂早期的胶粘剂以天然高分子物质为材料，多属水溶性以天然高分子物质为材料，多属水溶性，沿用了几千年。如我国古代劳动人民在很早就使用，沿用了几千年。如我国古代劳动人民在很早就使用天然动、植物胶胶接各种材料。天然动、植物胶胶接各种材料。n早在2000多年前，秦朝人以糯米浆与石灰制成的灰浆用作长城基石的胶黏剂。n公元前200年，西汉人用糯米制成的胶粘剂作棺木的密封剂，再配用防腐剂，使尸体保存完整，肌肉和关节仍有弹性。n古埃及人从金合欢树中提取阿拉伯胶，从鸟蛋、动物骨骼中提取骨胶，从松树中收集松脂
7、制成胶黏剂，还用白土与骨胶混合，再加上颜料，用于棺木的密封及涂饰。-精品文档-2 胶粘剂的发展简史胶粘剂的发展简史20世纪，世纪，化学工业的发展，出现了以合成高分子物质化学工业的发展，出现了以合成高分子物质为基础的新型胶粘剂为基础的新型胶粘剂合成胶粘剂，使胶粘剂进入了合成胶粘剂，使胶粘剂进入了一个崭新的发展时期。一个崭新的发展时期。n1912年美国的年美国的L.H.贝克兰首先将贝克兰首先将酚醛树脂酚醛树脂作为胶粘剂作为胶粘剂用于木材的粘接；用于木材的粘接；n20年代末至年代末至30年代初，年代初，脲醛树脂脲醛树脂作为胶粘剂也用于木作为胶粘剂也用于木材工业；材工业；从此，胶粘剂开始了以合成树脂胶
8、粘剂为主的发展阶段从此，胶粘剂开始了以合成树脂胶粘剂为主的发展阶段。-精品文档-2 胶粘剂的发展简史胶粘剂的发展简史n4050年代，不饱和聚酯、环氧树脂和聚氨酯胶粘剂问年代，不饱和聚酯、环氧树脂和聚氨酯胶粘剂问世，世，合成橡胶合成橡胶和和热塑性树脂热塑性树脂在粘接领域得到广泛应用；在粘接领域得到广泛应用；n此后，又开发了合成橡胶改性的合成树脂胶粘剂，即此后，又开发了合成橡胶改性的合成树脂胶粘剂，即橡橡胶树脂胶粘剂胶树脂胶粘剂，并成功的用于粘接飞机机身部件。于，并成功的用于粘接飞机机身部件。于是胶粘剂进入了粘接金属结构部件的发展阶段；是胶粘剂进入了粘接金属结构部件的发展阶段；n以后，合成胶粘剂又
9、增加了新品种，如以后，合成胶粘剂又增加了新品种，如50年代末，单液年代末，单液型，在常温下能快速（几十秒）固化的型，在常温下能快速（几十秒）固化的氰基丙烯酸酯氰基丙烯酸酯胶胶粘剂实现工业化生产。粘剂实现工业化生产。-精品文档-2 胶粘剂的发展简史胶粘剂的发展简史目前目前世界合成胶粘剂品种已达世界合成胶粘剂品种已达5000余种，总产量超余种，总产量超过过1000万吨，销售额年均增长万吨，销售额年均增长5%。产量水系胶占。产量水系胶占45%，热熔胶占，热熔胶占20%，溶剂胶占，溶剂胶占15%，反应型胶占，反应型胶占10%，其它，其它10%。随着胶粘剂工业的发展，胶合理论的研究也逐渐得到人们的重视。
10、为了解释胶接现象，自20世纪40年代以来，人们提出了多种关于胶接机理的理论：吸附理论、机械胶接理论、静电理论、扩散理论、化学键理论等。-精品文档-胶粘剂的应用方面：胶粘剂的应用方面：n汽车工业汽车工业n航空航天航空航天n电子、电器工业电子、电器工业n机械工业机械工业n建筑工业建筑工业n轻工业轻工业n造船工业造船工业n医疗医疗3 胶粘剂在木材加工中的作用胶粘剂在木材加工中的作用-精品文档-13（1）汽车工业的应用）汽车工业的应用n现代汽车工业的技术进步要求结构材料轻量化、驾驶现代汽车工业的技术进步要求结构材料轻量化、驾驶安全化、节能环保化、美观舒适化等，因此一定采用安全化、节能环保化、美观舒适化
11、等，因此一定采用铝合金、玻璃钢、蜂窝夹层结构，塑料、橡胶等新型铝合金、玻璃钢、蜂窝夹层结构，塑料、橡胶等新型材料，必然要大量以粘接代替焊接，胶粘剂用量明显材料，必然要大量以粘接代替焊接，胶粘剂用量明显增加。增加。3 胶粘剂在木材加工中的作用胶粘剂在木材加工中的作用-精品文档-14（2）航空航天的应用）航空航天的应用n航空工业是最早使用胶粘剂的行业，飞机制航空工业是最早使用胶粘剂的行业，飞机制造业是结构胶粘剂的主要用户。造业是结构胶粘剂的主要用户。n宇航工业和空间技术等都大量采用蜂窝结构宇航工业和空间技术等都大量采用蜂窝结构、高强度高模量复合材料、玻璃钢、泡沫材、高强度高模量复合材料、玻璃钢、泡
12、沫材料、密封材料等，这些材料的制造和连接都料、密封材料等，这些材料的制造和连接都离不开胶粘剂和密封材料。离不开胶粘剂和密封材料。3 3 胶粘剂在木材加工中的作用胶粘剂在木材加工中的作用-精品文档-15（3）电子、电器工业的应用）电子、电器工业的应用n集成电路、计算机等电子元器件、零部件和整集成电路、计算机等电子元器件、零部件和整机生产与组装中，都要使用胶粘剂和密封胶，机生产与组装中，都要使用胶粘剂和密封胶，如光刻胶、导电胶、导磁胶等。如光刻胶、导电胶、导磁胶等。n各种家用电器设备，大量使用胶粘剂和密封胶各种家用电器设备，大量使用胶粘剂和密封胶，如洗衣机、冰箱（柜）、空调、电饭煲、吸，如洗衣机、
13、冰箱（柜）、空调、电饭煲、吸尘器等。尘器等。3 3 胶粘剂在木材加工中的作用胶粘剂在木材加工中的作用-精品文档-16（4）机械工业的应用）机械工业的应用n代替焊、铆、螺栓连接等，可以节约原材料减轻代替焊、铆、螺栓连接等，可以节约原材料减轻质量，减少应力集中，缩短工期，简化工艺，从质量，减少应力集中，缩短工期，简化工艺，从而提高效率，降低成本；而提高效率，降低成本；n铸件砂眼，零件缺陷能修复后再用，可以减少废铸件砂眼，零件缺陷能修复后再用，可以减少废品；品；3 3 胶粘剂在木材加工中的作用胶粘剂在木材加工中的作用-精品文档-17（5）建筑工业的应用）建筑工业的应用n各种装修材料的粘贴与固定都要大
14、量的胶粘剂各种装修材料的粘贴与固定都要大量的胶粘剂和密封剂。和密封剂。n胶粘剂用于修补混凝土结构件缺陷、裂缝，操胶粘剂用于修补混凝土结构件缺陷、裂缝，操作简便，不仅保证使用性能，而且外观平整。作简便，不仅保证使用性能，而且外观平整。3 3 胶粘剂在木材加工中的作用胶粘剂在木材加工中的作用-精品文档-18（6）轻工业的应用）轻工业的应用n制鞋工业制鞋工业n家具工业家具工业n纺织工业：无纺布纺织工业：无纺布n包装工业：如箱、桶、盒、袋、纸薄膜复合包包装工业：如箱、桶、盒、袋、纸薄膜复合包装（密封）装（密封）n印刷工业：无线装订印刷工业：无线装订n此外，工艺美术、儿童玩具、体育用品、卫生器此外，工艺
15、美术、儿童玩具、体育用品、卫生器具、婴儿尿布、文教用品等具、婴儿尿布、文教用品等3 3 胶粘剂在木材加工中的作用胶粘剂在木材加工中的作用-精品文档-19（7）造船工业的应用）造船工业的应用n在船舶装配时不论是玻璃钢、木材，还是金属结构件在船舶装配时不论是玻璃钢、木材，还是金属结构件都要用到胶粘剂。都要用到胶粘剂。n除了用常规的胶粘剂进行零部件的结构粘接之外，由除了用常规的胶粘剂进行零部件的结构粘接之外，由于船舶航行于江、湖、海的特殊环境，还大量使用密于船舶航行于江、湖、海的特殊环境，还大量使用密封剂用于甲板缝、舱孔、舷窗以及各种油、水管路和封剂用于甲板缝、舱孔、舷窗以及各种油、水管路和电缆贯通
16、的密封。电缆贯通的密封。3 胶粘剂在木材加工中的作用胶粘剂在木材加工中的作用-精品文档-8、医疗方面的应用、医疗方面的应用n 接骨植皮、修补脏器、代替缝合、有效止血、接骨植皮、修补脏器、代替缝合、有效止血、粘接血管；以及牙齿的粘接、镶嵌、填充、美粘接血管；以及牙齿的粘接、镶嵌、填充、美饰等。饰等。3 3 胶粘剂在木材加工中的作用胶粘剂在木材加工中的作用-精品文档-木材加工业对胶粘剂的要求：木材加工业对胶粘剂的要求：l原料来源广泛，价格便宜；原料来源广泛，价格便宜；l对木材没有侵蚀性；对木材没有侵蚀性；l具有适当的具有适当的流动性流动性，对木材表面有很好的，对木材表面有很好的润湿润湿性性。因为润
17、湿是胶接的首要条件，流动性能保。因为润湿是胶接的首要条件，流动性能保证胶粘剂均匀地分布于木材表面，适当的粘度证胶粘剂均匀地分布于木材表面，适当的粘度可保证胶层有足够的胶量。可保证胶层有足够的胶量。-精品文档-木材加工业对胶粘剂的要求：木材加工业对胶粘剂的要求：l使用使用方便，如适用期长，固化时间短，常温固方便，如适用期长，固化时间短，常温固化，压力低等。化，压力低等。l固化时能形成固化时能形成坚固坚固的胶层，胶接强度大。的胶层，胶接强度大。l固化后胶层有一定固化后胶层有一定弹性弹性，使胶接制品能进行弯，使胶接制品能进行弯曲加工并抵抗膨胀收缩产生的应力，提高耐久曲加工并抵抗膨胀收缩产生的应力，提
18、高耐久性。性。-精品文档-4 胶粘剂的发展趋势胶粘剂的发展趋势 p甲醛类胶粘剂：甲醛类胶粘剂：脲醛树脂胶脲醛树脂胶减缓树脂老化，降低收缩率，降低低甲醛减缓树脂老化，降低收缩率，降低低甲醛释放，提高胶合耐水性和耐老化性能；释放，提高胶合耐水性和耐老化性能；酚醛树脂胶酚醛树脂胶降低碱含量，降低固化温度，提高固化速降低碱含量，降低固化温度，提高固化速度，降低成本；度，降低成本；三聚氰胺树脂胶三聚氰胺树脂胶提高树脂韧性，降低成本，开发新型提高树脂韧性，降低成本，开发新型浸渍用树脂。浸渍用树脂。-精品文档-4 胶粘剂的发展趋势胶粘剂的发展趋势p乳液胶粘剂：乳液胶粘剂：是胶粘剂发展的趋势，各种性能优良的树
19、脂都被是胶粘剂发展的趋势，各种性能优良的树脂都被研究制备成乳液应用，胶粘剂有由溶液型向乳液研究制备成乳液应用，胶粘剂有由溶液型向乳液型转变的倾向。型转变的倾向。p热熔胶粘剂：热熔胶粘剂：降低熔融粘度，提高其对被胶接材降低熔融粘度，提高其对被胶接材料的粘附性，调节收缩应力，调节共聚物中单体料的粘附性，调节收缩应力，调节共聚物中单体的比例，分子量以合成出理想的共聚物的比例，分子量以合成出理想的共聚物。总之，胶粘剂向快固化、单组分、高强度、耐高温、无溶剂、低粘度、不污染、省能源、多功用等方向发展。-精品文档-第一章第一章 木材胶接基础木材胶接基础-精品文档-内容提要：内容提要：n1.1 胶接的各种理
20、论胶接的各种理论n1.2 胶接结构的耐久性与胶接破坏胶接结构的耐久性与胶接破坏n1.3 影响胶接强度的因素影响胶接强度的因素 n1.4 胶粘剂的组成与分类胶粘剂的组成与分类 n1.5 木材胶粘剂的合理选择木材胶粘剂的合理选择-精品文档-1.1 胶接的各种理论胶接的各种理论n1.1.1 吸附理论吸附理论 n1.1.2 机械胶合理论机械胶合理论 n1.1.3 扩散理论扩散理论 n1.1.4 静电理论静电理论 n1.1.5 化学键理论化学键理论-精品文档-1.1.1 吸附理论吸附理论n理论提出年代：理论提出年代：20世纪世纪40年代。年代。n理论基础：理论基础：表面吸附理论、分子极性（相异）理表面吸
21、附理论、分子极性（相异）理论、聚合物分子运动及分子间作用理论等。论、聚合物分子运动及分子间作用理论等。n吸附理论内容：吸附理论内容：胶接作用是胶粘剂分子与被胶接胶接作用是胶粘剂分子与被胶接物分子在界面层上相互吸附产生的。胶接作用是物分子在界面层上相互吸附产生的。胶接作用是物理吸附和化学吸附共同作用的结果。而物理吸物理吸附和化学吸附共同作用的结果。而物理吸附则是产生胶接作用的普遍性原因。附则是产生胶接作用的普遍性原因。-精品文档-n 吸附理论认为胶接过程分两个阶段吸附理论认为胶接过程分两个阶段：胶粘剂分子通过布朗运动，向被胶接物体表面胶粘剂分子通过布朗运动，向被胶接物体表面移动扩散，使二者的极性
22、基团或分子链段相互移动扩散，使二者的极性基团或分子链段相互靠近。在此过程中，升温、降低胶粘剂的粘度靠近。在此过程中，升温、降低胶粘剂的粘度和施加接触压力等都有利于布朗运动的进行。和施加接触压力等都有利于布朗运动的进行。吸附引力的产生。当胶粘剂和被胶接物体的分吸附引力的产生。当胶粘剂和被胶接物体的分子间距达到子间距达到510-10m以下时，便产生分子间引以下时，便产生分子间引力，即范德华力。力，即范德华力。1.1.1 吸附理论吸附理论-精品文档-n范德华力和氢键是产生胶接力的根源：范德华力和氢键是产生胶接力的根源：范德华力：作用能范德华力：作用能E如公式所示：如公式所示：包括包括 偶极力偶极力
23、诱导偶极力诱导偶极力 色散力色散力氢键：属于弱的化学键。可以包括在范德华力之内，看氢键：属于弱的化学键。可以包括在范德华力之内，看作是一种特殊的偶极力，也可以不包括在范德华力内，作是一种特殊的偶极力，也可以不包括在范德华力内，看作是一种弱的配位键。看作是一种弱的配位键。式中：式中：分子偶极矩；分子偶极矩；分子极化率；分子极化率；I I分子电离能；分子电离能；R分子间距离；分子间距离；K玻尔兹曼常数；玻尔兹曼常数；T 绝对温度。绝对温度。83322246IKTRE1.1.1 吸附理论吸附理论-精品文档-不足之处不足之处把胶接力与分子间力结合在一起，在一定的范围内解释了把胶接力与分子间力结合在一起
24、，在一定的范围内解释了胶接现象。胶接现象。吸附理论把胶接作用主要归于分子间的作用力。它不能圆吸附理论把胶接作用主要归于分子间的作用力。它不能圆满地解释胶粘剂与被胶接物之间的胶接力大于胶粘剂本身满地解释胶粘剂与被胶接物之间的胶接力大于胶粘剂本身的强度相关这一事实。的强度相关这一事实。在测定胶接强度时，为克服分子间的力所作的功，应当与在测定胶接强度时，为克服分子间的力所作的功，应当与分子间的分离速度无关。事实上，胶接力的大小与剥离速分子间的分离速度无关。事实上，胶接力的大小与剥离速度有关。度有关。吸附理论不能解释极性的吸附理论不能解释极性的-氰基丙烯酸酯能胶接非极性的氰基丙烯酸酯能胶接非极性的聚苯
25、乙烯类化合物的现象；对高分子化合物极性过大，胶聚苯乙烯类化合物的现象；对高分子化合物极性过大，胶接强度反而降低的现象也都无法解释。接强度反而降低的现象也都无法解释。1.1.1 吸附理论吸附理论-精品文档-n理论基础：理论基础：由由Mcbain，Hopkis提出，是胶接领域中最早提出的胶接理论提出，是胶接领域中最早提出的胶接理论。任何物体的表面即使肉眼看起来十分光滑，但放大看还是十任何物体的表面即使肉眼看起来十分光滑，但放大看还是十分粗糙，有些材料还是多孔性的。分粗糙，有些材料还是多孔性的。n理论内容：理论内容：液态胶粘剂充满被胶接物表面的缝隙或凹陷处液态胶粘剂充满被胶接物表面的缝隙或凹陷处，或
26、者在毛细管张力的作用下，从表面敞开的管孔渗到细，或者在毛细管张力的作用下，从表面敞开的管孔渗到细胞腔内，固化或硬化后在界面产生啮合连接。胞腔内，固化或硬化后在界面产生啮合连接。1.1.2 1.1.2 机械胶接理论机械胶接理论-精品文档-n注意要点：注意要点：机械连接形式与浸润、分子间作用力无关，通常称为机械连接形式与浸润、分子间作用力无关，通常称为锚固作用或紧固作用。锚固作用或紧固作用。对于木材来讲，机械结合理论显得更为重要。因为木对于木材来讲，机械结合理论显得更为重要。因为木材是多孔性材料，木材表面存在大量的纹孔和暴露在材是多孔性材料，木材表面存在大量的纹孔和暴露在外的细胞腔，这是木材胶接形
27、成胶接力（胶钉作用）外的细胞腔，这是木材胶接形成胶接力（胶钉作用）的有利条件。的有利条件。佐伯等人利用扫描电子显微镜观察经过化学处理后的佐伯等人利用扫描电子显微镜观察经过化学处理后的婆罗洲樟木胶合板的胶接层，发现由导管腔至细胞壁婆罗洲樟木胶合板的胶接层，发现由导管腔至细胞壁纹孔的各种木材组织内腔中都有胶粘剂渗入。纹孔的各种木材组织内腔中都有胶粘剂渗入。1.1.2 1.1.2 机械胶接理论机械胶接理论-精品文档-贡献及不足之处：贡献及不足之处：n对多孔性材料的胶接有贡献。对多孔性材料的胶接有贡献。n机械结合理论不能解释非多孔性材料，如表面光滑的玻机械结合理论不能解释非多孔性材料，如表面光滑的玻璃
28、等物体的胶接现象，也无法解释由于材料表面化学性璃等物体的胶接现象，也无法解释由于材料表面化学性能的变化对胶接作用的影响。能的变化对胶接作用的影响。n不能解释空隙多的木材比孔隙少的木材胶接强度低，表不能解释空隙多的木材比孔隙少的木材胶接强度低，表面粗糙的比经刨床精加工的胶接强度低。面粗糙的比经刨床精加工的胶接强度低。n许多事实证明，机械结合力与物理吸附和化学吸附作用许多事实证明，机械结合力与物理吸附和化学吸附作用相比，它是产生胶接力的第二位主要原因。相比，它是产生胶接力的第二位主要原因。1.1.2 1.1.2 机械胶接理论机械胶接理论-精品文档-1.1.3 扩散理论扩散理论n理论基础：理论基础：
29、Voyutskii基于高分子链段越过界面基于高分子链段越过界面相互扩散产生分子缠绕强化结合而产生胶接强相互扩散产生分子缠绕强化结合而产生胶接强度，提出扩散理论。扩散理论对于同属于线性度，提出扩散理论。扩散理论对于同属于线性高分子的胶接体系或轻度交联的高分子胶接体高分子的胶接体系或轻度交联的高分子胶接体系是有效的。系是有效的。n扩散理论内容：扩散理论内容：胶粘剂和被胶接物分子通过相胶粘剂和被胶接物分子通过相互扩散而形成牢固的接头，且胶接作用与它们互扩散而形成牢固的接头，且胶接作用与它们的互溶特性有关。的互溶特性有关。-精品文档-贡献及不足之处贡献及不足之处n贡献：贡献：它能圆满解释许多工艺因素（
30、温度、时间等）对它能圆满解释许多工艺因素（温度、时间等）对胶接性能的影响，而且也能解释胶粘剂组分对胶接强度胶接性能的影响，而且也能解释胶粘剂组分对胶接强度的影响。的影响。因为在胶接体系中，适当降低分子量，有助于提高扩散因为在胶接体系中，适当降低分子量，有助于提高扩散系数，改善胶接性能。提高两种聚合物的接触时间和胶系数，改善胶接性能。提高两种聚合物的接触时间和胶接温度，都将增强扩散作用，从而提高胶接强度。接温度，都将增强扩散作用，从而提高胶接强度。n局限性：局限性：它不能解释金属和陶瓷、玻璃等无机物的胶接它不能解释金属和陶瓷、玻璃等无机物的胶接现象。现象。1.1.3 1.1.3 扩散理论扩散理论
31、-精品文档-1.2.4 静电理论静电理论n理论基础：理论基础：1949年前苏联学者根据胶膜从被粘物表面年前苏联学者根据胶膜从被粘物表面剥离时的放电现象，提出了静电理论。剥离时的放电现象，提出了静电理论。n理论内容：在胶接接头中存在双电层，胶接力主要来理论内容：在胶接接头中存在双电层，胶接力主要来自双电层的静电引力。当胶粘剂从被粘物剥离时，两自双电层的静电引力。当胶粘剂从被粘物剥离时，两个表面间产生了电位差，并且随着被剥离距离的增大个表面间产生了电位差，并且随着被剥离距离的增大而增加。达到一定的极限时，便产生放电现象。而增加。达到一定的极限时，便产生放电现象。-精品文档-n将双电层等效为电容器的
32、极板，将双电层等效为电容器的极板，粘附功粘附功就等于电容器瞬时就等于电容器瞬时放电的能量。可按下式计算：放电的能量。可按下式计算：式中：式中：WA 粘附功；粘附功；Q 电荷的表面密度；电荷的表面密度；h 放电距离放电距离（相当于电容器的极板间距）；（相当于电容器的极板间距）；介质的介电常数。介质的介电常数。hQWA221.2.4 静电理论静电理论-精品文档-贡献及不足之处贡献及不足之处n解释了粘附力与剥离速度有关的实验事实，克服了吸附理解释了粘附力与剥离速度有关的实验事实，克服了吸附理论的不足。论的不足。因为当胶接接头以极慢的速度剥离时，电荷可以从极板部分逸出，降低了电荷间的引力，减少了剥离时
33、消耗的功。当快速剥离时，电荷没有足够的逸出，粘附功偏高。n静电引力对胶接强度的贡献可以忽略不计。静电引力对胶接强度的贡献可以忽略不计。n静电作用仅存在于能形成双电层的胶接体系中，不具有普静电作用仅存在于能形成双电层的胶接体系中，不具有普遍现象。遍现象。1.2.4 1.2.4 静电理论静电理论-精品文档-1.2.5 化学键理论化学键理论n理论内容：理论内容：胶接作用主要是化学键力作用的结果。胶接作用主要是化学键力作用的结果。胶粘剂与被粘物通过分子间化学反应产生主价键结胶粘剂与被粘物通过分子间化学反应产生主价键结合而获得高强度。化学键包括离子键、共价键和金合而获得高强度。化学键包括离子键、共价键和
34、金属键。在胶接体系中主要是前二者。化学键力比分属键。在胶接体系中主要是前二者。化学键力比分子间力大得多。子间力大得多。胶接体系产生化学键连接时，将有利于提高胶接强度，防止裂缝扩展，也能有效地抵抗应力集中和气候环境老化等因素的影响。-精品文档-n成键形式：成键形式：化学键是在化学反应中形成的。胶接界面的化学化学键是在化学反应中形成的。胶接界面的化学键可通过下述途径发生化学反应而形成：键可通过下述途径发生化学反应而形成：通过胶粘剂和被胶接物中的活性基团形成化学键通过胶粘剂和被胶接物中的活性基团形成化学键通过偶联剂使胶粘剂与被粘物分子间形成化学键通过偶联剂使胶粘剂与被粘物分子间形成化学键通过表面处理
35、获得活性基团与胶粘剂形成化学键通过表面处理获得活性基团与胶粘剂形成化学键1.2.5 化学键理论化学键理论-精品文档-1 活泼氢与活泼氢与NCO、COOH及及COCl反应：反应：-精品文档-2 羟基与羟基与NCO，RCHCH2，及，及RCH2，OH反应反应 O-精品文档-n偶联剂，一般含有两类反应基团。其中一类可与偶联剂，一般含有两类反应基团。其中一类可与胶粘剂分子发生化学反应；另一类基团或其水解胶粘剂分子发生化学反应；另一类基团或其水解形成的基团。形成的基团。n偶联剂有若干类型，应用最多的是硅烷及其衍生偶联剂有若干类型，应用最多的是硅烷及其衍生物。其通式为：物。其通式为：X3Si（CH2）nY
36、，其中，其中X为可水解为可水解的基团，水解后生成羟基并与被胶接表面的基团的基团，水解后生成羟基并与被胶接表面的基团发生反应。发生反应。Y是能与胶粘剂发生反应的基团。是能与胶粘剂发生反应的基团。n硅烷基过氧化物偶联剂，它在热的作用下分解成硅烷基过氧化物偶联剂，它在热的作用下分解成自由基，可与烯类聚合物发生作用，从而促进烯自由基，可与烯类聚合物发生作用，从而促进烯类聚合物的胶接。类聚合物的胶接。通过偶联剂使胶粘剂与被粘物分子间形成化学键通过偶联剂使胶粘剂与被粘物分子间形成化学键1.2.5 化学键理论化学键理论-精品文档-n许多被胶接表面经过表面处理后可获得活性基团许多被胶接表面经过表面处理后可获得
37、活性基团，在胶接过程中与胶粘剂分子发生化学反应。，在胶接过程中与胶粘剂分子发生化学反应。n例如聚乙烯薄膜经电晕放电处理可产生例如聚乙烯薄膜经电晕放电处理可产生OH、ONO2，、，、NO3，等活性基团，胶接时，与相应，等活性基团，胶接时，与相应的胶粘剂分子可发生化学反应。金属材料的表面的胶粘剂分子可发生化学反应。金属材料的表面处理，如氧化、阳极化处理或酸洗处理均可产生处理，如氧化、阳极化处理或酸洗处理均可产生活性氧化层，与水可以形成水合结构活性氧化层，与水可以形成水合结构MeOH。胶接时，与胶粘剂可发生化学反应。胶接时，与胶粘剂可发生化学反应。通过表面处理获得活性基团与胶粘剂形成化学键通过表面处
38、理获得活性基团与胶粘剂形成化学键1.2.5 化学键理论化学键理论-精品文档-贡献与不足贡献与不足n化学键理论为许多事实所证实，在相应的领化学键理论为许多事实所证实，在相应的领域中是成功的。但是，它的不足也是显而易域中是成功的。但是，它的不足也是显而易见的。它无法解释大多数不发生化学反应的见的。它无法解释大多数不发生化学反应的胶接现象。胶接现象。1.2.5 1.2.5 化学键理论化学键理论-精品文档-1.2 胶接结构的耐久性与胶接破坏胶接结构的耐久性与胶接破坏1.2.1 胶接耐久性胶接耐久性1.2.2 胶接破坏胶接破坏n接头的结构接头的结构n胶接接头的破坏类型胶接接头的破坏类型 n影响接头破坏的
39、因素影响接头破坏的因素-精品文档-1.2.1 胶接耐久性胶接耐久性n概念：概念：胶接结构的耐久性是标志胶接结构在大胶接结构的耐久性是标志胶接结构在大气环境作用下所能保持实用强度的一种特征，气环境作用下所能保持实用强度的一种特征，也是标志胶接结构使用寿命的特征。也是标志胶接结构使用寿命的特征。n影响胶接结构耐久性的因素影响胶接结构耐久性的因素 应力作用：应力作用：水分作用：水分作用：热氧化作用：热氧化作用：1.2 1.2 胶接结构的耐久性与胶接破坏胶接结构的耐久性与胶接破坏-精品文档-n应力作用：应力作用：包括收缩膨胀应力和热应力。包括收缩膨胀应力和热应力。木材的多孔性及亲水性会使胶接结构在吸水
40、和排水时产木材的多孔性及亲水性会使胶接结构在吸水和排水时产生膨胀或收缩，不同树种及不同组织细胞的膨胀收缩生膨胀或收缩，不同树种及不同组织细胞的膨胀收缩有很大差别，在某些部位产生很大的有很大差别，在某些部位产生很大的膨胀收缩应力；膨胀收缩应力；环境温度变化的情况下，会产生环境温度变化的情况下，会产生热应力。热应力。应力的作用会加速应力的作用会加速湿热老化和热老化湿热老化和热老化。因为应力会在胶。因为应力会在胶接界面或胶层中产生裂纹有助于水分的进一步渗透，接界面或胶层中产生裂纹有助于水分的进一步渗透，而水的进入又促进裂纹进一步增大。而水的进入又促进裂纹进一步增大。-精品文档-n水分的作用：水分的作
41、用：水分作用于胶接界面处，水分作用于胶接界面处，体积小，极性强的水分体积小，极性强的水分子很容易沿着亲水性物质向胶接界面渗透，破子很容易沿着亲水性物质向胶接界面渗透，破坏界面氢键，减弱胶粘剂分子与被胶接材料表坏界面氢键，减弱胶粘剂分子与被胶接材料表面的作用力。面的作用力。水对胶层有水解作用，水对胶层有水解作用，也是降低胶接耐久性的一也是降低胶接耐久性的一个因素。因为水能渗透到胶层的本体中，破坏个因素。因为水能渗透到胶层的本体中，破坏胶粘剂分子间的氢键，降低胶粘剂的力学性能胶粘剂分子间的氢键，降低胶粘剂的力学性能和物理性能；水还可以使胶粘剂的化学键水解和物理性能；水还可以使胶粘剂的化学键水解，引
42、起胶粘剂降解。，引起胶粘剂降解。-精品文档-n热氧化作用：热氧化作用：胶粘剂受热产生两种作用：胶粘剂受热产生两种作用：化学变化，表现为热分解；化学变化，表现为热分解；软化和熔融软化和熔融胶粘剂受热超过热变形温度或玻璃化温度时，胶胶粘剂受热超过热变形温度或玻璃化温度时，胶粘剂软化，力学性能会显著下降，如果受热温粘剂软化，力学性能会显著下降，如果受热温度达到胶粘剂的分解温度，胶粘剂就失去作用度达到胶粘剂的分解温度，胶粘剂就失去作用。-精品文档-1.2.2 胶接破坏胶接破坏n接头结构：接头结构：胶接接头在材质上不完全连续，通常是胶接接头在材质上不完全连续，通常是应力集中部位，在外力和环境应力作用下，
43、可能导应力集中部位，在外力和环境应力作用下，可能导致接头破坏。单位胶接面积或单位胶接长度上所能致接头破坏。单位胶接面积或单位胶接长度上所能承受的最大载荷称为承受的最大载荷称为接头的破坏强度。接头的破坏强度。1，9被胶接物被胶接物 2，8被胶接物的表面被胶接物的表面 3，7胶粘剂与被胶接物的界面层胶粘剂与被胶接物的界面层 4，6受界面影响的胶粘剂层受界面影响的胶粘剂层 5胶粘剂胶粘剂 胶接接头结构组成示意图胶接接头结构组成示意图1.2 1.2 胶接结构的耐久性与胶接破坏胶接结构的耐久性与胶接破坏-精品文档-n胶接接头的破坏类型胶接接头的破坏类型根据接头破坏的位置可以划分为四种类型。根据接头破坏的
44、位置可以划分为四种类型。胶接头破坏类型示意图胶接头破坏类型示意图 （1）被胶接物破坏（）被胶接物破坏（2）内聚破坏）内聚破坏 （3）界面破坏）界面破坏 （4）混合破坏）混合破坏 1.2.2 胶接破坏胶接破坏 -精品文档-胶接接头的破坏类型胶接接头的破坏类型（1）被胶接物破坏：）被胶接物破坏：发生在胶接部位的邻近处，那发生在胶接部位的邻近处，那里应力最为集中。主要取决于二种材料自身的强里应力最为集中。主要取决于二种材料自身的强度。当然还与材料内部的缺陷、构成接头后体系度。当然还与材料内部的缺陷、构成接头后体系内部胶层厚度，被胶接表面处理状况，组分间相内部胶层厚度，被胶接表面处理状况，组分间相互作
45、用等有关。此时，接头强度并不等于材料自互作用等有关。此时，接头强度并不等于材料自身强度。一般略低于材料强度。身强度。一般略低于材料强度。（2）内聚破坏）内聚破坏：即胶粘剂层破坏，取决于胶粘剂自：即胶粘剂层破坏，取决于胶粘剂自身的内聚强度。身的内聚强度。-精品文档-（3）界面破坏：）界面破坏：是由被胶接材料的可粘性差造是由被胶接材料的可粘性差造成的。由于材料的非均一性及表面处理、工艺成的。由于材料的非均一性及表面处理、工艺实施等环节的不均一性，完全的界面破坏是不实施等环节的不均一性，完全的界面破坏是不存在的。在理想的条件下，即没有界面区存在存在的。在理想的条件下，即没有界面区存在时，其破坏强度主
46、要取决于胶粘剂与被胶接物时，其破坏强度主要取决于胶粘剂与被胶接物之间的粘附强度，还与胶粘剂和被胶接物的表之间的粘附强度，还与胶粘剂和被胶接物的表面强度有关。面强度有关。（4）混合破坏：）混合破坏：在胶接结构各部分的强度相近在胶接结构各部分的强度相近时特别容易发生。也是内聚破坏和界面破坏的时特别容易发生。也是内聚破坏和界面破坏的一种过渡状态。一种过渡状态。胶接接头的破坏类型胶接接头的破坏类型-精品文档-n接头破坏类型会随着各种条件的变化而转变。对于粘弹性高聚物，当温度升高时，分子链段热运动增加，应力松弛过程加快，受载时变形较大而强度较低。同样加载速度降低，外力作用时间增加了，应力松弛更充分，因此
47、受载时，变形较大，强度较低。n大量的测试结果表明，胶膜变厚、慢速测试和升高测试温度三者是等效的，往往导致内聚破坏；胶膜变薄、快速测试和降低测试温度也是等效的，结果导致界面破坏。1.2.2 胶接破坏胶接破坏-精品文档-n影响接头破坏的因素影响接头破坏的因素（1）弱界面层弱界面层弱界面层理论认为被胶接材料和胶粘剂中，由于弱界面层理论认为被胶接材料和胶粘剂中，由于材料表面与内部存在着性质上的差异而造成结材料表面与内部存在着性质上的差异而造成结构不均匀性构不均匀性“弱界面层弱界面层”。它也可能由于体系。它也可能由于体系的低分子物或杂质通过扩散、吸附或聚集，在的低分子物或杂质通过扩散、吸附或聚集，在界面
48、内产生低分子物富集的界面内产生低分子物富集的“弱界面层弱界面层”。接头在外力的作用下出现胶接的弱界面破坏或胶接头在外力的作用下出现胶接的弱界面破坏或胶接强度的急剧下降。实质上是低分子物质解吸接强度的急剧下降。实质上是低分子物质解吸界面区内胶粘剂分子的过程。界面区内胶粘剂分子的过程。-精品文档-（2）内应力）内应力 胶接结构的内应力主要指收缩应力和热应力两种。在胶接胶接结构的内应力主要指收缩应力和热应力两种。在胶接过程中如何减少或缓和内应力是一个非常重要的课题。过程中如何减少或缓和内应力是一个非常重要的课题。内应力的来源：内应力的来源：n胶粘剂的固化或硬化过程中体积的收缩；胶粘剂的固化或硬化过程
49、中体积的收缩；n胶粘剂与被胶接材料的热膨胀系数不同，在温度变化时产胶粘剂与被胶接材料的热膨胀系数不同，在温度变化时产生热应力；生热应力；n被胶接材料的各向异性，在水分变化的情况下收缩膨胀的被胶接材料的各向异性，在水分变化的情况下收缩膨胀的不同产生内应力；不同产生内应力；n比重不相同的被胶接材料，其体积的收缩膨胀往往有差异比重不相同的被胶接材料，其体积的收缩膨胀往往有差异，在大面积胶接中产生较大的内应力。，在大面积胶接中产生较大的内应力。-精品文档-（3）环境应力）环境应力包括外界的机械作用力，温度波动的热冲击，以包括外界的机械作用力，温度波动的热冲击，以及油、水等介质对胶接界面的化学作用。及油
50、、水等介质对胶接界面的化学作用。油油在胶接过程中形成弱界面层，降低接头强度在胶接过程中形成弱界面层，降低接头强度，导致接头界面破坏。，导致接头界面破坏。水水能解吸胶粘剂体系，接头在外力和水分的共能解吸胶粘剂体系，接头在外力和水分的共同作用下，其破坏类型可能由胶粘剂的内聚破同作用下，其破坏类型可能由胶粘剂的内聚破坏转化为界面破坏。坏转化为界面破坏。多种环境因素的联合作用多种环境因素的联合作用。当水分被接头材料。当水分被接头材料和胶粘剂吸收时，在氧气存在下可能生成酸性和胶粘剂吸收时，在氧气存在下可能生成酸性物质，进而腐蚀接头。物质，进而腐蚀接头。-精品文档-1.3 影响胶接强度的因素影响胶接强度的
