胶接工艺基础

胶接工艺基础培训讲义沈平一、定义：一、定义：胶粘剂：胶粘剂：能将二个以上金属或非金属零件，通过粘结手能将二个以上金属或非金属零件，通过粘结手段长期或永久的结合起来，能有效传递应力作段长期或永久的结合起来，能有效传递应力作用，满足一定物理，化学性能，能在被粘物之间用，满足一定物理，化学性能，能在被粘物之间形成薄膜或涂层的有机或无机物质称为胶粘剂。形成薄膜或涂层的有机或无机物质称为胶粘剂。胶接工艺：胶接工艺：使用规定的胶粘剂通过一定的，受控的工步流使用规定的胶粘剂通过一定的，受控的工步流程及相应施工方法将二个以上金属或非金属零程及相应施工方法将二个以上金属或非金属零件，通过粘结手段长期或永久的结合起来的技术件，通过粘结手段长期或永久的结合起来的技术措施称为胶接工艺。措施称为胶接工艺。二、我们为什么要使用胶粘剂通常机械零部件的连接方法不外乎螺钉、键、销、铆接、通常机械零部件的连接方法不外乎螺钉、键、销、铆接、焊接、压接等等。焊接、压接等等。上述方法的优点是成熟（有足够的使用经验，甚至可通上述方法的优点是成熟（有足够的使用经验，甚至可通过计算验证。），因此一定意义上说也比较可靠。过计算验证。），因此一定意义上说也比较可靠。但上述方法也有一些缺点如：成本高、零件长期处于受但上述方法也有一些缺点如：成本高、零件长期处于受力状态、应力集中、零件会腐蚀等等。而且在一些特殊条力状态、应力集中、零件会腐蚀等等。而且在一些特殊条件下上述方法几乎无法应用；件下上述方法几乎无法应用；比如：比如：紧固件的防松及有密封要求的连接，长期振动条件下的紧固件的防松及有密封要求的连接，长期振动条件下的连接，需要在腐蚀环境下工作的连接，挠性要求的连接，连接，需要在腐蚀环境下工作的连接，挠性要求的连接，有外观要求的连接，陶瓷与橡胶零件的可靠结合等等。有外观要求的连接，陶瓷与橡胶零件的可靠结合等等。而采用胶粘技术就可以有效的满足上述特殊条件下的技而采用胶粘技术就可以有效的满足上述特殊条件下的技术要求，总结起来胶粘技术有如下特点：术要求，总结起来胶粘技术有如下特点：1.1.可以粘接不同性质的材料，两种性质完全不同的金属是可以粘接不同性质的材料，两种性质完全不同的金属是很难焊接的，若采用铆接或螺钉连接易产生电化学腐蚀，很难焊接的，若采用铆接或螺钉连接易产生电化学腐蚀，而陶瓷等脆性材料则既不易打孔，也不能焊接，采用粘接而陶瓷等脆性材料则既不易打孔，也不能焊接，采用粘接方法常可获得事半功倍的效果。方法常可获得事半功倍的效果。2.2.可以粘接异型，复杂及大的薄板结构件（如直升机的旋可以粘接异型，复杂及大的薄板结构件（如直升机的旋翼）。采用粘接方法，通常比采用焊接，铆接等工艺要省翼）。采用粘接方法，通常比采用焊接，铆接等工艺要省工又方便。并可以避免焊接时产生的热变形，和铆接时产工又方便。并可以避免焊接时产生的热变形，和铆接时产生的机械变形。大面积薄板结构如不采用粘接工艺是很难生的机械变形。大面积薄板结构如不采用粘接工艺是很难制造的。制造的。3.3.可以使粘接件外形平滑，这对火箭及航空工业及其重要。可以使粘接件外形平滑，这对火箭及航空工业及其重要。4.4.粘接接头有较高的剪切强度，相同面积的粘接接头与铆粘接接头有较高的剪切强度，相同面积的粘接接头与铆接，焊接接头相比，其剪切强度提高接，焊接接头相比，其剪切强度提高4040％～％～100%100%。。5.5.粘接接头有良好的疲劳强度。粘接是面连接，不易产生粘接接头有良好的疲劳强度。粘接是面连接，不易产生应力集中现象，它的疲劳强度比铆接高几十倍。应力集中现象，它的疲劳强度比铆接高几十倍。6.6.粘接接头具有优异的密封、绝缘、抗腐蚀能力。粘接接头具有优异的密封、绝缘、抗腐蚀能力。7.7.特殊的粘接接头还可以具有导热、导磁、导电的能力。特殊的粘接接头还可以具有导热、导磁、导电的能力。正是由于具有上述优点，胶接工艺在机械、电子，化正是由于具有上述优点，胶接工艺在机械、电子，化工，木材、纸张、塑料、建筑、橡胶、汽车、医疗、船只工，木材、纸张、塑料、建筑、橡胶、汽车、医疗、船只舰艇、航空航天、纤维制品、可以说如今胶接工艺已经是舰艇、航空航天、纤维制品、可以说如今胶接工艺已经是无处不在。无处不在。这就是我们今天广泛的使用胶粘剂的理由。这就是我们今天广泛的使用胶粘剂的理由。胶接实例胶接实例蜂窝结构套接结构不同材质结构锡青铜铸铁胶粘剂可以无机亦可有机胶粘剂无机胶粘剂直升机起飞后旋翼上翘，而停在地面则旋翼下垂。直升机旋翼是典型的挠性结构。这样的工作条件，使用常规的铆钉、及螺钉装配结构是无法胜任的。而胶接工艺在这里可以得到充分的应用。在现代军用航空及民用航空工业更是如此。标贴塑料与金属轴导电条与钣金件铜轴套与塑料热熔胶（白色）灌注工艺三、胶粘剂在各工业领域的应用项目主要应用常用胶粘剂品种四、几种胶粘理论几种粘合理论：1.吸附理论。2.扩散理论。3.双电子层理论。4.机械理论。5.化学理论。上述各种理论都能解释一定的实验现象，但都存在着明显的局限性，一般认为固体之间的胶接强度，一般有二大部分决定。其一是粘附力，既胶粘剂与被粘物表面间的作用力，其二是胶粘剂本身的内聚强度。在实际使用中希望内聚强度与粘附力都足够大，然而二者间却存在着一定的矛盾。一般来说提高粘附力就有可能降低内聚强度，反之亦然。而这对矛盾中粘附力是矛盾的主要方面。粘附力通常由机械力，化学吸附力，和物理吸附力三种力构成。适当的粗化被粘物表面，对上述三种力都有好处，不过粗化也有一定的限度，因为粗化虽然增加了粘附强度，但胶粘剂的内聚强度却没有增加，如果粗化引起胶层厚度增加，胶层内聚强度成为主要矛盾时，接头强度大幅下降造成胶接失败。粘附力与内聚力虽有主次之分，但缺一不可。总之，胶接理论至今尚未形成一套完整成熟的理论。只有通过不断的实践与总结，完善这个理论，使胶接工艺更加完美的体现事物的本质。1、胶接原理简述一.胶接接头的强度除胶接工艺外取决于：1.胶粘剂的内聚强度。2.被粘材料的强度。3.胶粘剂与被粘材料之间的粘合力。胶接接头强度最终受三者中最弱的一方所控制。而粘合力的形成主要包括表面润湿，胶粘剂分子向被粘物表面移动，扩散和渗透，胶粘剂与被粘材料形成物理化学和机械结合等过程。所以当决定二个零件之间的连接采用胶接方式时，首先应该慎重选择被粘零件的材料，及表面状态的确定。其次根据被粘零件的材质、使用环境及条件选择胶粘剂。最后根据零件及胶粘剂的情况，编制适用的胶接工艺，提出符合实际的测试方法。胶接强度的大小，取决于胶粘剂的组成及其性质，被粘物的性质和表面状态，胶接工艺（固化温度、压力、胶层厚度）等。通常在一定范围内，胶层厚度减小其强度则相应增加。这说明胶接强度不只取决于相界面上的物理化学作用，还与胶粘剂的本身的内聚强度有关。胶接接头在受到外力作用时，由于其粘附强度和内聚强度的不同，接头的断裂情况有四种形式。a.比较理想。b.尚可。c.不理想太差。d.最好但很难达到。胶接接头的四种破坏形式：a.内聚破坏b.混合破坏c.粘附破坏d.材料破坏1.胶粘剂对被胶件的润湿：什么叫润湿？所谓润湿，就是液态或粘稠态的物质，在固态物质表面分子间力作用下均匀分布的现象。不同液态物质对不同固态表面物质的润湿程度也不同。水在荷叶与石蜡表面呈球状。水珠在上面滚动而不留痕迹，油或水在钢铁表面呈簿膜状，而要彻底清除钢铁表面的水和油则很困难。前者是润湿程度小的例子，后者是大的例子。而胶接是液态胶粘剂（胶粘后转变为固态）把固态零件粘在一起。故胶粘剂只有与被粘零件有很好的润湿，才能真正的完全接触，并为他们之间产生必要的物理化学结合创造条件。2.零件间相互粘接的前提条件为了了解胶粘剂与被粘零件间的润湿条件，来看一些液体与固体润湿的一般情况。液态与固体接触表面处都会呈现接触角θ，其值大小可以表示润湿程度。接触角越小说明润湿状态越好。当θ为0°时，表明固体表面处于完全润湿状态，当θ为0－90°时，表明固体表面处于润湿状态，当θ为90－180°时，表明固体表面处于不润湿状态。胶粘剂对被粘物的润湿状况，决定了它们间粘附力的大小。气体介质中的固体表面张力液固间界面接触角固体介质上的液体表面张力固体与液体相接面表面张力材料的润湿示意图(a)亲水性材料；（b）憎水性材料2.表面张力：什么是表面张力：使液体表面收缩到最小面积的力，就叫做「表面张力」。实验证明：表面张力小的物质能够很好地润湿张力大的物质，而反之则不然。如，油能很好的铺展在水的表面上，反之却不行。一般金属和其它无机物的表面张力远远大于胶粘剂的表面张力。如果它们表面是干净的，则很容易被胶粘剂润湿。从而为形成良好的粘合力创造了条件。正因为如此它们也易被张力小的物质如油等所污染，因此这些材料在胶粘前应进行仔细的表面处理。一般塑料表面张力与胶粘剂的表面张力大致相仿，因此胶粘剂对这些材料的润湿程度就要差一些。所以必要时应对塑料表面进行粗化或活化处理。也可在胶粘剂中加入表面活化剂，降低胶粘剂的表面张力。(表面活性剂：具有很强表面活性、能使液体胶粘剂的表面张力显著下降的物质）物质的表面张力汞铝铅锌银金铜铁镍3、胶粘剂分子的移动与扩散润湿仅为物体间产生粘合力创造必要的条件。要使胶粘剂与被粘材料产生机械和物理化学结合，胶粘剂分子与被粘材料分子之间的距离必须小到一定程度（一般在10A以下）。这就需要借助胶粘剂分子的移动与扩散。通常胶粘剂分子中的热运动是无序的，但胶粘剂与被粘物接触后，部分分子尤其是带有极性的分子基团，会向被粘物表面移动，并向极性键靠拢。当它们的距离≤5A时，便产生物理化学结合。4、胶粘剂的渗透微观上任何被粘物表面都是有缺陷的（存在孔穴、裂缝、凹凸不平等），而胶粘剂大都是流动性的液体或粘稠体，因此在接触良好的前提下，胶粘剂就有可能向被粘物表面的孔、穴、裂缝、凹凸部位渗透，而这种渗透作用增大了胶粘剂与被粘物的接触面积，使胶粘剂与被粘物之间产生机械结合力。胶粘剂的渗透，实际上是在外力作用下胶粘剂被压入被粘物缺陷部位，并与之完全接触的过程。胶粘剂渗入被粘物空隙的深度与接触角θ成反比，与空隙的孔径成正比，与胶粘剂受到的压力成正比。5、胶粘剂与被粘物的机械结合胶粘剂与被粘物的机械结合力，是胶粘剂渗入被粘物空隙内部固化后，在空隙内部产生机械结合的结果。通常有以下几种：机械结合力对于金属，玻璃等表面缺陷小的物体，作用甚微，而对海绵，橡胶，织物，等多孔性材料则占主导地位。对于非极性材料机械结合力常起决定性作用。根键原理钉键原理勾键原理榫键原理胶粘剂6、胶粘剂与被粘物的物理化学结合在粘接过程中，胶粘剂分子经过润湿，移动，扩散和渗透等作用，逐渐向被粘物表面贴近。当胶粘剂分子与被粘物表面分子间的距离小于5A时，胶粘剂与被粘物就能产生以分子间力为主导的物理化学结合。从理论上讲，胶粘剂可与任何被粘材料形成分子间结合力，但事实上只有很少部分能形成这样的结合力。胶粘剂与被粘物形成牢固的接头，往往是产生上述机械结合和物理化学结合的综合结果。五、胶粘剂的分类1、合成胶粘剂1）.热固性树脂胶粘剂：有酚醛、氨基、环氧、聚氨脂、不饱和聚酯、丙烯酸聚酯、有机硅树脂胶粘剂。2）.热塑性树脂胶粘剂：有乙烯基、丙烯酸、尼龙、线型聚酯、硝基纤维、芳杂环、含氟树脂胶粘剂。3）.橡胶胶粘剂：天然橡胶、聚异丁烯及丁基橡胶、氯丁橡胶、丁睛橡胶、聚硫橡胶、硅橡胶胶粘剂。4）.特种胶粘剂：热熔、压敏、点焊、吸水、导电、厌氧、液态密封及制动胶粘剂。22、天然胶粘剂、天然胶粘剂1）.动物胶粘剂：动物蛋白（皮胶，骨胶）、虫胶、鱼胶胶粘剂。2）.植物胶粘剂：淀粉、植物蛋白、树脂（松香，桃胶）胶粘剂。3）.矿物胶粘剂：硫磺、沥青、蜡质胶粘剂。3、无机胶粘剂1.硅酸盐胶粘剂：硅酸钠、其它硅酸盐胶粘剂。2.磷酸盐胶粘剂：磷酸氧化铜、磷酸铵胶粘剂。•硅酸盐类：硅酸盐水泥、硅酸钠（水玻璃）•磷酸盐类：磷酸-氧化铜•硫酸盐类：石膏•陶瓷：氧化锆、氧化铝•淀粉类：淀粉、糊精•蛋白类：大豆蛋白、血蛋白、骨胶、鱼胶、酪素、虫胶•热塑性：聚醋酸乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、