第七章-粘合剂的结构与性

第七章粘合剂的结构与性能欧阳星深圳大学材料学院概述1粘合剂的定义凡能把同种的或不同的固体材料表面连接在一起的媒介物质统称粘合剂。2粘合剂的种类按使用目的分类有木工胶、纺织品胶、包装胶、无纺布胶、组装胶等。按主要组成分类有橡胶型胶黏剂、环氧树脂胶、聚氨酯胶、聚乙烯醇胶等。按状态分类有溶剂胶、无溶剂胶、水性胶、热熔胶。粘合剂定义粘接中的作用力化学键力分子间力界面静电引力机械作用力粘合机理吸附机理两个阶段第一阶段：液体胶黏剂分子借助于布朗运动向被粘物表面扩散，使两者的急性基团或链节相互靠近；第二阶段是吸附力的产生，当胶黏剂与被粘物两处分子间距离达到0.5-1nm，分子便产生相互吸引作用，并使分子间的距离进一步缩短到能够处于最大稳定状态的距离。粘合机理静电作用当胶黏剂被粘物体系是一种电子受供体时，电子从供电相转移到受体相，界面两侧形成双电层，从而产生静电引力。扩散机理两种聚合物在具有相容性的前提下相互精密接触时，由于分子的布朗运动或链段的摆动产生互相扩散现象。这种扩散作用是穿越胶黏剂被粘物的界面交织地进行的。扩散的结果导致界面的消失和过渡区的产生，从而产生牢固的接头。粘合机理锁合作用和机械理论机械理论认为粘结作用是由胶液与结合表面发生纯机械咬合和镶嵌而产生的。当胶液涂布在结合表面上，充填渗透到表面的凹陷和缝隙中去，固化后便与结合表面互相咬合和镶嵌，而产生良好的粘接效果。化学键合理论实践证明胶黏剂与被粘物之间发生化学反应是确实存在的，化学键力比以上各种作用力均要强得多。粘合机理胶黏剂的固化热熔胶的固化热熔胶：热塑性高分子物质加热熔融后获得流动性，热融体在浸润被粘表面后，通过冷却发生固化，这类胶粘剂叫热熔胶。溶液胶的固化高分子物质溶解在适当的溶剂中成高分子溶液，粘接被粘物后，将溶剂挥发，溶液浓度增加，达一定强度，产生粘附力。固化速度决定于溶剂的挥发速度。粘合机理水基胶黏剂的固化聚合物在水中分散，水分逐渐渗透到被粘物中并挥发去掉时，其浓度逐渐增大，表面张力作用使胶粒凝聚。反应型胶的固化反应型胶粘剂的粘料中都存在着活性基团，再固化剂、引发剂及其他物理条件的作用下，因粘料发成交联、聚合等化学反应而固化。粘合机理粘接强度和影响因素粘接强度：单位粘接面上承受的粘接力。影响粘接强度的物理因素1.胶层厚度胶层厚，缺陷多；一般降低厚度，粘接强度增大；但过薄会引起缺陷，降低粘接强度。粘合机理2.粗糙度和表面形态在浸润性好的情况下胶粘剂在粗糙表面的浸润性比光滑表面上好；在浸润性不好时胶粘剂在粗糙表面上的浸润性能低于在光滑表面上的浸润。3.弱界面层由于胶粘剂和被粘物相容性差，低分子量杂质向界面迁移，并且这种低分子量杂质对被粘物表面的吸附力大于胶粘剂，界面间作用力降低，即产生弱界面层。粘合机理4.粘接环境被粘物受周围介质污染,粘接力严重降低，如油层大大降低胶粘剂与被粘物表面亲合力；水分在极性介质中迅速扩散，扩散能导致胶层膨胀作用加速进行。5.使用时间随着使用时间延长，常因粘料老化而降低粘接强度。胶层的老化与胶粘剂物理化学变化，使用时间，受力情况及使用环境有关。粘合机理初粘性持粘性粘合剂使用注意事项胶粘剂的原料粘料粘料是胶粘剂的基体材料，主要是成膜物质，它决定着胶粘剂的粘接能力和其他性能，常用的粘料可分为合成树脂：聚氯乙烯、聚氨酯、硅树脂、环氧树脂、聚酰胺等；合成橡胶：氯丁橡胶、聚氨酯橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、硅橡胶；天然有机物：松香、天然橡胶、阿拉伯树胶。固化剂例如：环氧树脂胶黏剂的固化剂按结构性能分如下：a胺类：脂肪胺：室温下固化（优点：固化速度快，粘度低；缺点：粘合剂性能脆，热变形温度低）；芳香胺：加热固化（活性较脂肪胺低）b酸酐类：加热固化，热变形温度高，毒性高c催化型：打开环氧基，催化环氧树脂本身均聚胶粘剂的原料填充剂填料的作用a对粘度的影响增稠作用，改善胶液的触变性能，控制胶的流动性能。b补强作用有些聚合物分子间的相互作用力弱，内聚能低。力学性能不高，选择适当颗粒大小的填料，可起到补强的作用，大幅提高粘合剂力学性能。c降低收缩应力和热应力d提高材料的导热性，改善材料的耐有机溶剂性等。胶粘剂的原料溶剂作用：调节粘度，改善施工性能，提高浸润性；溶剂的选择原则a有利于合成反应b有适当的挥发性c较好的溶解性胶粘剂的原料增塑剂作用：增加粘料的可塑性，柔韧性和粘弹性，改善耐寒性和抗震性增韧剂偶联剂常用的偶联剂有硅烷和钛酸酯。硅烷偶联剂通式RsiX3，R—有机官能团；X—易水解成硅醇的官能团。其他物质胶粘剂的原料无机与天然粘合剂无机粘合剂原料1.无机盐水玻璃，硫酸钠，硫酸钙，重铬酸钾等水溶性与硅铝酸盐等水不溶性盐。2.水泥含CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3，主要用于密封作用。3.金属氧化物常用的金属氧化物有氧化铜、氧化镁、氧化钙等。4.无机酸或碱天然粘合剂优点：使用方便，粘结迅速，贮存时间长，价格便宜，一般为水溶性，大多无毒或低毒；缺点：原料来源受多种自然条件影响和限制，质量容易波动，粘接力低，品种单一，不能大量发展，近来大部分被合成粘合剂取代。无机与天然粘合剂淀粉1常用淀粉小麦淀粉、玉米淀粉、米淀粉、甘薯淀粉、橡子淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、焦藕淀粉。2淀粉组成和结构淀粉主要由直链结构和支链结构两类分子组成。无机与天然粘合剂3性能淀粉不溶于冷水、乙醇和乙醚，但在水中浸泡可以膨胀。淀粉水溶液，在加热初产生浑浊，达到糊化温度后，才会变成粘稠的半透明液体的淀粉糊。无机与天然粘合剂纤维素粘合剂纤维素是构成植物细胞壁的主要成分，其主要成分为β-1，4-葡萄糖缩合物，直链，结晶多，不溶于水。1.醚类衍生物可做胶粘剂的纤维素醚类衍生物主要有甲基纤维素（氯甲烷、硫酸二甲酯）、乙基纤维素等。2.酯类衍生物用作胶粘剂的主要有硝酸纤维素和醋酸纤维素。无机与天然粘合剂海藻酸钠属于复合多糖类粘合剂。甲壳质动物的壳的主要成分，甲壳质不溶于水或碱性溶液，在稀醋酸中膨化成粘液。无机与天然粘合剂制备方法CH2CHOCOCH3NaOHCH2CHOHn聚乙烯醇胶粘剂特性聚乙烯醇是白色粉末，能溶于水中的唯一的多羟基聚合物，有优良的成膜性、乳化性，胶层有高的强度、韧性、耐磨性，也能耐油脂及溶剂。聚乙烯醇配成的低浓度胶粘剂有良好的粘结力，价格低廉，生成的胶膜强度高，不足之处是不能配成高含量胶粘剂，原因是会导致粘接速度较慢。聚乙烯醇胶粘剂氨基树脂胶粘剂脲醛树脂胶粘剂+HCHOOCNH2NH2氨加热OCNNCH2HOCH2HOCH2NCH2OHCCH2OHONCH2OHCH2OHNH4ClOCNNCH2CH2n三聚氰胺树脂胶粘剂该粘合剂的耐水性、耐热性及耐老化性均比脲醛树脂胶粘剂优良，粘接力也高，但价格较贵，可在合成中加入尿素进行共缩聚。氨基树脂胶粘剂酚醛树脂胶粘剂1.原料（1）酚类单酚：苯酚，甲酚对叔丁基苯酚，二甲苯酚多酚：间苯二酚（2）醛类甲醛：以31%的水溶液形成存在，其水溶液中一般含一定量甲醇及少量甲酸。糠醛：除含醛基外，还有烯双健，反应能力强。酚醛树脂胶粘剂2.基本机理加成反应：OH+HCHOOHCH2OH酚醛树脂胶粘剂缩合反应：OH+HCHOOHCH2OHCH2OHOHCH2OH+H2OOHOHCH2CH2OHOHCH2OHCH2OHCH2OHCH2CH2OHCH2+OROHCH2OHCH2CH2CH2CH2OHOHCH2OHⅠⅡⅢ酚醛树脂胶粘剂Ⅰ与醛类，Ⅱ与自身可以进一步反应生成不溶不熔的体型酚醛树脂Ⅲ。缩聚反应的三种产物的形成与反应物的摩尔比，反应体系的酸碱性及反应温度有关。酚醛比1，则主要产生产物Ⅰ：线形产物，可溶可熔，加热不继续缩聚，加固化剂才能生成Ⅲ。酚醛比1，则主要产生产物Ⅱ，产物Ⅱ加热可变为Ⅲ；Ⅱ为线型树脂，可溶可熔，由于含游离的羟甲基，加热可继续缩聚成体型树脂Ⅲ。Ⅰ为热塑性树脂，Ⅱ、Ⅲ分别为乙阶、丙阶树脂。酚醛树脂胶粘剂影响酚醛树脂合成的主要因素（1）酚类官能度的影响；（2）酚类取代基对反应速度的影响（3）苯酚与甲醛摩尔比的影响（4）反应介质的pH值的影响（5）催化剂性质的影响：酸性，碱性酚醛树脂胶粘剂橡胶胶粘剂氯丁橡胶胶粘剂在其聚合物分子链中1，4-反式结构占80%以上，结构比较规整，分子链上有极性较大的氯原子存在，故结晶性较高。nCH2CHCClCH2CH2CHCClCH2n丁腈橡胶胶粘剂丁腈橡胶具有优良的耐油性、良好的耐热性和贮存稳定性，对极性表面有很好的粘附性，可用作胶粘剂。nCH2CHCN+mCH2CHCHCH2CH2CHCHCH2CH2CHCNmn橡胶胶粘剂主要是用作热熔胶类型胶粘剂乙烯-醋酸乙烯酯共聚树脂类聚乙烯类无规聚丙烯类聚酯类饱和共聚酯树脂，有优良的耐热性、耐寒性、电性能、热稳定性、耐介质性和粘接性等。缺点是熔融黏度高，需发展高粘度涂胶器，或添加无定形聚烯烃，降低黏度和价格。EVA、聚酯、聚烯烃等胶粘剂可分为两类，一类是高分子量的聚酰胺热熔胶，俗称尼龙热熔胶。另一类是底分子量的聚酰胺热熔胶，是由植物脂肪酸（酯）的二聚体或三聚体与有机胺缩合而成的，常称之为脂肪酸聚酰胺热熔胶。聚酰胺热熔胶性能优异，有良好的韧性和粘接强度，耐热性，耐介质性都较好，是高档热熔胶。聚酰胺胶黏剂聚氨酯的合成OHOH+CH2OHCH3COOHCRNCOHOCH2+OCNNHCOOOCNROOCHNRNHCOOCH2CH2CH3COOHOOCHNRNCO聚氨酯胶粘剂聚氨酯的性能与被粘合材料之间产生的氢键作用使分子内力增强，使粘合更牢固调节配方以控制分子链中软段与硬段比例以及结构，制成不同硬度和伸长率的胶粘剂可加热固化，也可室温固化，工艺简便固化时没有副反应，故粘合层不易产生缺陷优良的低温和超低温性能良好的耐磨、耐水、耐油、耐溶剂、耐化学药品、耐臭氧及耐细菌等性能性能很好，优点较多，只是价格较高。缺点是在高温、高湿下易水解降低粘合强度。聚氨酯胶粘剂胶粘剂的性能测试胶粘剂的物理化学性能测定1.取样2.外观测定3.相对密度测定4.黏度测定5.流动性测定6.不挥发物含量测定7.酸值测定8.胶乳氨含量测定9.胶乳粒径的测定10.胶乳机械稳定性测定11.化学稳定性测定12.乳液型胶粘剂沉降率的测定13.其他胶粘剂的性能测试胶粘剂粘接件的力学性能测定1.剪切强度测定2.抗张强度测定3.剥离强度测定4.抗张强度的测定5.撕裂强度的测定胶粘剂的性能测试谢谢！