1绪论-胶接机理.

胶粘剂与涂料胶粘剂部分（24学时）李建章、高强涂料部分母军（16学时）40学时高强2010.09-2011.11美国密西西比州立大学联合培养2006.09-2012.07北京林业大学木材科学与技术2002.09-2006.07北京林业大学木材科学与工程教育背景低毒脲醛树脂改性与胶接理论研究无醛大豆蛋白基胶粘剂改性与胶接机理研究纳米纤维素制备与应用研究邮箱：[e-mail]办公室：森工楼112办公电话：[phone]联系方式研究内容课程教学胶粘剂与涂料梁希班专业综合实习内容六、热熔胶、橡胶型胶、聚氨酯五、烯类高聚物胶粘剂四、酚醛树脂胶粘剂三、氨基树脂胶粘剂二、胶接理论与应用七、环氧树脂一、绪论八、不饱和聚酯胶粘剂九、天然胶粘剂4胶粘剂胶合板刨花板纤维板52012年安信“毒地板”事件美提高复合木制品甲醛标准高出我国标准1000倍2011-08-04中国建材第一网今年7月1日起，美国将对部分木制品的甲醛释放要求再次大幅度提高，我国木制家具出口势必受到较大影响。美国《复合木制品甲醛标准法案》于今年1月3日正式生效，大幅提高了在全美销售和批发的刨花板、中纤板、硬木胶合板等复合木制品的甲醛释放量要求，并显著高于目前我国及其它国家的通行标准，被专家称之为史上最严格的甲醛释放法规。以刨花板为例，该法案规定，自2011年1月3日开始生效至2011年6月30日，其甲醛释放量不得超过0.18ppm(ppm意为百万分之一);而从2011年7月1日起，该数值将再次下降到0.09ppm。我国现行国家标准是参照欧盟限量标准制定的，其甲醛释放量不得超过90mg/kg（9mg/100g,90ppm），这一数值已经整整高出我国标准1000倍!然而，国内家具原材料及装饰品材料中的甲醛释放量限量标准普遍是达到E1级，即甲醛释放量不超过1.5毫克/升。而国际比较通行的标准是E0标准，即要求甲醛释放量不超过0.5毫克/升。6甲醛释放量测定（穿孔萃取法：刨花板、纤维板）甲醛释放量测定（干燥器法：胶合板、细木工板、地板）9甲醛释放量测定（气候箱法）木材加工学科是以消耗木材资源为基础的。人造板=不植树的造林秸秆胶粘剂木质复合材料-人造板木材1m3人造板替代2-3m3原木经济效益促进人工造林节省森林资源提高人工林种植面积木材胶接产品-人造板是不植树的造林胶粘剂及胶接技术是木材加工产业的灵魂，是新产品创制和行业技术进步的最重要突破点。欧洲长期设置“木材胶粘剂及胶合制品”的研究主题。木材胶粘剂努力方向1、低有害物质释放时间/d01020304050100低甲醛释放量良好预压性能加速固化技术酚醛树脂、生物质胶粘剂低温快速固化技术低成本制造技术脲醛树脂、三聚氰胺改性脲醛树脂2、低成本、高生产效率阻燃、屏蔽、抗静电、高表面硬度（陶瓷化）、高强度。如借鉴玻璃钢等复合材料制造技术、纳米技术，研发木材/金属复合材料、木/竹复合材料、纤维增强木质复合材料、农作物秸秆复合材料。无机阻燃胶粘剂制造与应用技术。3、产品功能化与高附加值绪论本绪论要点：1，胶粘剂的定义；2，胶粘剂与胶接技术的特点；3，在木材加工中的应用；4，发展方向一、胶粘剂的定义：胶粘剂就是在一定条件下通过粘附作用能把被粘物结合在一起的物质，又叫粘合剂、胶黏剂，习惯上称为胶（但不宜称作胶水）。几个常用术语：粘附(adhesion)：两个表面靠化学力、物理力或两者兼有的力使之结合在一起的状态。胶合、胶接、粘接、粘结(adhere,bond)：用胶粘剂将被粘物连接在一起的过程。胶接技术：选择适宜的胶粘剂，选择适当的接头形式，采用合理的粘接工艺而达到粘接目的的方法。粘度(viscosity)：流体层间的剪切应力与层间剪切速率之比。粘度是流体流动阻力的量度。1Pa·s(N·S/m2)=1000cP=1000mPa·s=10P（泊）。胶接强度(bondingstrength)：胶接面破坏时，单位面积破坏所需的力。单位：MPa，kg/cm2。1兆帕(MPa)=10.2kg/cm2=9.8大气压(atm)二、胶粘剂与胶接技术的特点及在国民经济中的地位与作用1，胶粘剂与胶接技术的特点胶粘剂和胶接技术与传统的铆接、螺接、焊接等连接技术相比有很多特点。1）胶接适用范围广胶接不受被胶接材料的类型、几何形状的限制。厚、薄，硬、软，大、小，材质不同。2）胶接应力分布均匀、很少产生传统连接常出现的应力集中现象，可以提高抗疲劳强度。一般胶接的反复疲劳强度破坏为4×106次，而铆接只有2×105。薄板胶接耐振性比铆接或螺接高50％左右。3）胶接工艺简单，设备投资少，易实现机械化，生产效率高。4）胶接可以减轻结构件重量、节约材料。采用胶接可使飞机重量下降20％以上，成本下降30％以上。胶粘剂的使用量是现代汽车水平的一个重要标志。5）胶接受力面大，机械强度高。6）胶接制件表面光滑、平整、美观，能提高空气动力学特性和美观性。7）胶接的密封性能优良，并且具有耐水、防腐和电绝缘等性能。可以防止金属的电化学腐蚀。8）胶接可以实现精细加工和独特组装，也可功能性胶接。如集成电路、人体组织胶接。9）胶接工艺温度低，对热敏部件损害小。10）粘接修补、密封堵漏快捷高效。水下修补，带电操作。总之，胶粘剂以其胶接方便、快速、经济、节能而著称，已从木材加工业逐步扩展到航空、航天、航海、原子能、交通运输、机械制造、建筑、纺织、电子、化工、医疗、文化体育等各个领域和人民生活的各个方面。当然，胶粘剂和胶接技术还不是十全十美的，也存在着一些缺点。1）胶接质量容易受各种因素影响，产品性能的重现性较差。人造板制造：胶合板、纤维板2）无损检测还不成熟，胶接的可靠性还较差。常常需要进行破坏性实验，周期性长，浪费试件、时间、资金。3）胶接物常需要表面处理，胶接工艺要求严格。PE等的胶合常常要进行表面处理，普通白乳胶不能在0℃以下胶接；酚醛树脂要在较高温度下胶合。松木胶接、染色单板胶接，碱性木材胶接4）胶接的力学性能和耐老化性等的研究与金属等材料相比还十分不成熟。规律性性差，重现性差。5）高分子胶粘剂的胶接的温度使用范围限制大。热熔胶△6）贮存期短。总之，胶接一般强度不够高、耐热性低、耐久性较差，重复性差；无损检测还不成熟；胶接在很多方面还不能完全代替传统的连接方式，如焊接、铆接等。但胶接是一门古老而年轻的技术，它的缺点通过技术进步是可以得到改进的。①2，胶粘剂在国民经济主要部门中的作用1）航空工业胶粘剂的使用使飞机的强度提高、结构变轻、抗疲劳性提高、寿命延长、生产效率提高。2）航天工业在人造卫星、宇宙飞船和运载火箭等中胶粘剂也是大显身手。胶粘剂的使用使航天器的结构轻量化、合理化，推力大为提高。3）汽车工业汽车的发展趋势应该是轻量化，以便于节能、提高车速。4）电子工业国外，胶粘剂10－20％用于电子工业。5）建筑工业建筑工业是胶粘剂和密封剂最大的应用市场之一。6）制鞋工业世界鞋年产量100亿双，中国最多，为30亿。70－80％是胶粘鞋。7）包装工业三、胶粘剂在林产品－木材工业中的应用70％以上的木制品使用胶粘剂。木材加工业是胶粘剂用量最大的部门。据报道，我国大约50-60％的胶粘剂用于木材加工。实木家具用不用胶粘剂？家具的甲醛释放从哪里来？1.提高木材利用效率。(十一五期间由65%提高到80%)胶粘剂在木材工业中的作用2.低劣质木材、小径材、残废材、加工剩余物、农副产品的有效利用；3.提高木质材料性能。各种人造板及复合材料的制造（工程材料、电屏蔽材料、强化木地板、人造板二次加工）。原木立体切削加工品压缩成型加工后加热处理后加工后电镀门和地板四、胶粘剂的发展历史与展望一、历史几千年前人类就开始使用胶粘剂，主要是一些天然的无机胶粘剂和动植物胶粘剂。而只有合成胶粘剂的出现才使得胶粘剂得以长足发展，也才使得胶粘剂成为一门科学，一门发展最快的新兴的边缘学科。合成树脂胶粘剂的发展可大致分为3个阶段，诞生期：20世纪初至30年代，成长期：20世纪30年代至60年代，成熟期：60年代以后。△2012年，我国累计生产人造板2.86亿m3,约占世界人造板总产量的一半，按每吨胶粘剂平均生产9m3人造板计算，2012年我国木材胶粘剂消耗量约3000万吨（固体含量50%）。二、胶粘剂的发展方向与前景1）遵循4E原则21世纪的发展强调绿色环保可持续发展，开发胶粘剂和密封剂新品种不能只强调使用价值，还必须考虑环保价值。国际产业的发展要求是生态环境（Environment）、节约能源（Energy）、经济效益（Economy）并举，简称3E要求；而对于胶粘剂则提出了4E要求：低成本（Economics）、节约能源（Energy）、高性能（Excellence）、无公害（Environment）。出于对环境保护的要求，胶粘剂的发展方向出现了新特征，主要是水性化、固体化、无溶剂化、低毒化、高固体含量化等。2）采用新技术共混与复合技术、纳米技术、生物工程技术、辐射固化技术、可降解技术国外已经将纳米级SiO2用于胶粘剂；美国康涅狄格大学仿照贝壳胶粘剂，研制出一种可在几分（秒）内固化、形成高强度的胶粘剂，可用于治疗骨折或肌肉创伤。3）重视开拓市场和重视基础研究4）加强国内、国际合作与交流大家如果去买家具、木制品有什么要求？第一章胶接理论基础本章要点：1.胶接理论定义；2.几种胶接理论的要点、局限性；3.接触角的概念与意义，胶粘剂对被粘物表面的湿润以及接触角与胶接质量的关系。胶合板胶合强度测定刨花板、纤维板静曲强度测定刨花板、纤维板内结合强度测定刨花板、纤维板握钉力测定纤维板750-1000N甲醛释放量测定干燥器法：胶合板、细木工板、地板胶接是一个复杂的物理化学过程。它包括胶粘剂与被粘物的接触、胶粘剂的液化流动、对被粘物的润湿、扩散、渗透、固化等。胶接涉及到高分子化学、高分子物理学、界面化学、材料力学、热力学、流变学等多门学科。因此，它是一门跨学科的科学技术。胶接理论在20世纪40年代开始提出。胶接技术在航空航天飞行器等尖端科技领域的应用，使得胶接理论的研究获得了新动力。胶接界面的作用力与胶接强度直接相关。一般认为有3种主要的界面力：1.锚合、摩擦作用产生的机械力，1.4~7MPa；2.分子间力。700~7000MPa；3.化学键力。7000~70000MPa。不同情况下，作用不同。事实上，胶接强度只有理论值的很少部分。第一章胶接理论基础第一节胶接理论胶接理论就是解释胶接力形成机理，解释胶接现象的理论。胶接理论对于指导胶接技术、指导胶粘剂的研究开发具有十分重要的作用。第一节胶接理论一、机械理论由Mcbain和Hopkis提出。要点：机械理论认为胶粘剂渗入被粘物的凹陷处、缝隙或/和孔隙内，固化后产生锚合、钩合、楔合等作用，使被粘物胶接在一起。简而言之，机械理论就是只把胶接看成是纯粹的机械嵌定作用。机械作用一般有：嵌装，钩合（可以是分子级的）、锚合、钉合、树根固定等。机械理论是最早提出的胶接理论。它对解释木材等多孔性材料及表面粗糙的材料的胶接很有贡献，已在胶接实践中得到验证。如，为了得到高的胶接强度，塑料、金属、玻璃等通过砂光、喷砂处理等使表面粗糙后再胶接。适度胶接温度与压力，是产生足够胶钉的条件。有些材料按照润湿、分子间力等的概念是难以得到良好胶接的，但机械理论却可以解释它们最终可以获得良好胶接的原因。如聚乙烯塑料胶接木材单板制造胶合板。局限性：机械理论无法解释非多孔性材料，如玻璃、金属等物体的胶接现象，也无法解释材料表面的化学变化对胶接作用的影响。△二、吸附理论要点：吸附理论认为胶粘剂分子通过布朗运动向被粘物表面移动，使二者的极性分子基团和链段靠近，当分子间距小于0.5~1nm时，便产生分子间力，即范德华力，而形成粘接。20世纪40年代提出的。为大多数学者所认可。二、吸附理论吸附理论认为胶接作用是胶粘剂分子与被粘物分子在界面相互吸附而产生的。胶接作用是物理吸附与化学吸附共同作用产生的。物理吸附才是胶接作用的普遍性原因。吸附理论已被很多事实所证明。如，改性乳胶胶接玻璃、金属时，随着共聚