胶黏剂

胶黏剂绪论教学目的掌握胶黏剂的基本知识、基本理论和基本原理，了解胶黏剂改性的基本内容和研究发展概况，结合各种胶黏剂的特性，对胶接工艺及胶黏剂提出相应的改进或改性方法；利用胶接基础理论知识分析和解决胶接过程及胶接制品出现的胶接技术问题。胶黏剂（adhesive）：又称粘合剂、粘接剂，简称胶。它是一种能够把两种同类或不同类材料紧密地结合在一起的物质。采用胶黏剂将各种材料或部件连接起来的技术称为胶接技术。胶黏剂是一类古老而又年轻的材料。早在数千年前，人类的祖先就已经开始使用胶黏剂。许多出土文物表明，5000年前我们祖先就会用粘土、淀粉和香松等天然产物做胶黏剂；4000千多年前就会用生漆做胶黏剂和涂料制造器具；3000年前的周朝已用动物胶作木船的填缝密封胶。一、胶黏剂发展简史两千年前的秦朝用糯米浆与石灰作砂浆粘合长城的基石，使万里长城成为中华民族伟大文明的象征之一。秦俑博物馆中出土的大型彩绘铜车马的制造中，用了磷酸盐无机胶黏剂。公元前200年东汉时期用糯米浆糊制成棺木密封胶，配以防腐剂，使马王堆古尸出土时肌肉及关节仍有弹性,足见中国胶接技术之高超。到上世纪初，合成酚醛树脂的发明，开创了胶黏剂的现代发展史。目前，与三大合成高分子材料的产量比较，胶黏剂只占第五位，但年增长速度则居第一位。1909年----酚醛树脂出现1912年----酚醛粘结剂出现30年代------氯丁胶出现，合成橡胶胶粘剂出现1941年------结构胶粘剂出现（混合主料）1943年------聚氨酯胶粘剂出现50年代------环氧树脂胶粘剂出现60年代-------热熔型胶粘剂出现70年代-----第二代丙烯酸酯胶粘剂出现80年代以后-----原品种的改性合成胶粘剂时代目前，胶黏剂的应用已渗入到国民经济中的各个部门,成为工业生产中不可缺少的技术，在高技术领域中的应用也十分广泛。如据报导：国外在生产一辆汽车中要使用5～10kg胶黏剂；一架波音飞机的粘接面积达到2400m2；一架宇航飞机需要粘接30000块陶瓷片。在汽车工业中的应用1、汽车风窗玻璃橡胶条的胶接和密封、汽车顶篷泡沫塑料的胶接2、汽车风窗玻璃直接胶接3、汽车的钢板钣金件接缝的胶接密封4、防震隔热用胶粘剂的应用5、汽车的流水槽密封胶接6、汽车刹车蹄与刹车片的胶接7、汽车喇叭、车灯的胶接接触器铁芯短路环的胶接示意图在电器、电子工业中的应用铜套与磁钢的胶接示意图在仪器、仪表工业中的应用螺丝胶粘剂：主要用途为不会浸蚀塑料，所以最适用于和塑料接邻的电视机、电风扇、音响器械类的螺丝、金属等的螺丝。特性是防止小螺丝钉的松动、泄漏、生锈。硅酮胶使用温度-40-150ºC适用于钢窗,铝门窗与玻璃粘贴密封;以及保温,隔热等箱体接缝的密封使用.使用温度-40-90ºC适用于钢窗,铝及建筑方面的密封补漏.门窗与玻璃粘贴密封;以及屋顶楼层裂纹随着科学技术的发展,目前不同行业对胶黏剂及粘接技术的要求越来越高。1999年世界胶黏剂总需求量为1800万ｔ，2010年达2500万ｔ。我国目前已有1200多家企业，品种牌号3000多个，胶黏剂生产能力300万ｔ。其中产量最大的仍然是三醛胶(酚醛、脲醛和三聚氰胺甲醛)和乳液型胶，二者分别占总产量的45.2%和29.2%。从市场应用看，建筑业用量最大，约占总胶量51.8%，其次是纸包装业，约占总胶量的12.6%，第三是制鞋业，约占9.0%。木材胶黏剂用量日益扩大增多，全世界木材胶黏剂产量占胶黏剂总产量的3/4，如美国约60%的合成胶黏剂用于木材加工业，俄罗斯为79%，日本为75%，在我国60%～70%的胶黏剂也用于木材加工业。2010年我国合成胶黏剂的需求量将达到480万-500万吨。2004年中国大陆胶黏剂产量总计379万吨。随着我国汽车、电子电器等行业的飞快发展，纳米材料等新材料、新技术在胶黏剂工业中得到应用，今后胶黏剂的性能将更加优异，应用范围将不断扩大。胶黏剂通常是由基料、固化剂、促进剂、填料、增韧剂、稀释剂、偶联剂、稳定剂，防老剂、增粘剂、增稠剂等配合而成。基料：又称粘料，是胶黏剂的主要成分。有天然聚合物、合成聚合物及无机物三大类。二、胶黏剂组成固化剂：亦称硬化剂。是使低分子聚合物或单体化合物经化学反应生成高分子化合物；或使线型高分子化合物交联成体型高分子化合物，使胶接接头具有力学强度和稳定性的物质。不同的基料应选用固化快、质量好、用量少的固化剂。填料：是不参与反应的惰性物质，可提高胶接强度、耐热性、尺寸稳定性并可降低成本。其品种很多，如石棉粉、铝粉、云母、石英粉、碳酸钙、钛白粉、滑石粉等。各有不同效果，根据要求选用。填料用量要求：①控制胶黏剂到一定黏度；②保证填料能润湿；③达到各种胶接性能的要求。增韧剂：能提高胶黏剂的柔韧性，降低脆性，改善抗冲击性等。通常增韧剂是一种单官能团或多官能团的物质，能与胶料起反应，成为固化体系的一部分结构。稀释剂：降低胶黏剂的粘度，便于施工操作，有能参与固化反应的活性稀释剂和惰性稀释剂两种。偶联剂：具有能分别和被粘物及粘合剂反应成键的两种基团，提高胶接强度。多为硅氧烷或聚对苯二甲酸酯化合物、钛酸酯偶联剂。使用方式：将偶联剂配成1％～2％的乙醇液，喷涂在被粘物的表面，待乙醇自然挥发后即可涂胶；直接将1％～5％的偶联剂加到基体中去。除此之外，胶黏剂中有时还加有稳定剂、触变剂、引发剂、促进剂、乳化剂、增稠剂、防老剂、阻聚剂、阻燃剂等。增塑料：具有在胶黏剂中能提高胶黏剂弹性和改进耐寒性的功能。增塑料通常为沸点高的、较难挥发的液体和低熔点固体。按化学结构分多为：邻苯二甲酸酯类，脂肪族二元酸酯类，磷酸酯类，聚酯类和偏苯三酸酯类。三、胶黏剂的分类1按基料分类：溶液型水基型（乳液型）膏状或糊状型固体型膜状型2按物理形态分类：（1）水基蒸发型如聚乙烯醇水溶液和乙烯－醋酸乙烯（EVA）共聚乳液型胶黏剂。（2）溶剂挥发型如氯丁橡胶胶黏剂。（3）热熔型如棒状、粒状与带状的乙烯一醋酸乙烯热熔胶。（4）化学反应型如α一氰基丙烯酸酯瞬干胶、丙烯酸双酯厌氧胶和酚醛-丁腈胶等。（5）压敏型受指压即粘接，不固化的胶黏剂，俗称不干胶。3按固化方式分类4按用途分类5按受力情况分类结构胶黏剂与非结构胶黏剂四、胶黏剂的特点1耐温性耐温性是无机胶黏剂的优良特性之一。无机高温胶黏剂通常使用范围在1500～1750℃，而磷酸氧化铜胶黏剂的耐温范围更广，可在180～1400℃范围内使用。2粘接无破坏性材料的连接主要有螺栓连接、铆接、焊接和粘接等，使用螺栓连接等技术虽然可实现快速连接，但却因对材料部件打空或局部加热而对材料有所破坏，并在使用中不能避免应力集中。相比之下，粘接技术是一种非破坏性连接技术，并因粘接界面整体承受负荷而提高负载能力，延长了使用寿命。3轻质性胶黏剂的密度较小，大多在0.9～2之间，约是金属或无机材料密度的20%～25%，因而可以大大减轻被粘物体连接材的重量。这在航天、航空、导弹上，甚至汽车、航海上，都有减轻自重，节省能源的重要价值。胶黏剂的种类很多，其牌号在千种以上。每一种类又有衍生和改性的许多品种，同一品种不同配方又发展了系列牌号，不同厂家对同类品种又各自编出许多牌号。要详细了解各种粘合剂的结构、性能、主要成分及使用工艺，可以查阅手册。五、胶黏剂导论环氧树脂胶黏剂1927年问世，1950年商品化。粘合强度高，收缩率小，尺寸较稳定，电性能优良，耐介质性好，易于改性，几乎能粘合各种材料，用途广泛。环氧树脂是热塑性线型结构，不能直接使用，必须加入固化剂，固化交联之后，才能发挥其优良的粘合性。固化剂种类也很多，分脂肪胺、芳香胺、改性胺、低分子聚酰胺、咪唑及其衍生物、酸酐及潜伏性固化剂等类。酚醛树脂由酚类和醛类缩聚而成。有线型及可溶性酚醛树脂两大类。酚醛树脂有极性大、粘合力强、耐热性好、耐老化、耐水、耐油、耐化学介质、耐霉菌、电绝缘性优良、等特点。但脆性大，剥离强度不高，需加热加压固化，收缩率较大，颜色深，有酚类气味等不足之处。酚醛-丁腈、酚醛-环氧、酚醛-聚乙烯醇缩醛类都是优良的结构粘合剂。聚氨酯胶黏剂主链上含有氨基甲酸酯基(NHCOO—)的胶黏剂。聚氨酯胶黏剂可分为三类，多异氰酸酯可直接用作胶黏剂；预聚体类聚氨酯胶黏剂，由异氰酸酯和含端羟基的聚酯或聚醚反应而得，这是最主要的品种；端封型聚氨酯胶黏剂，用苯酚或羟基将异氰酸基封闭，可制成水溶液或乳液胶黏剂，使用时加热，端基重新活化而起粘合作用。丙烯酸脂类胶黏剂以丙烯酸乙酯、丁酯、异辛酯为主，与甲基丙烯酸酯类、苯乙烯或醋酸乙烯共聚而得。具有良好的耐水性和广泛的粘接性，改变共聚组分，可获得一系列有用的胶黏剂。这一类胶黏剂还可详细分为以下几种。1.溶液型丙烯酸酯胶黏剂：可以粘塑料。2.乳液型丙烯酸酯胶黏剂：可合成多种共聚乳液，供无纺布、织物、植绒、复合薄膜，纸张上光、建筑密封及涂料应用。3.α—氰基丙烯酸酯：为单液型，粘度低，固化特别快，见潮即可在几十秒内聚合，常称为瞬干胶。强度高、透明、毒性小、使用方便；但脆性大、耐久性差、价格昂贵。可粘各种材料，最适于应急修补。4.厌氧胶：是由丙烯酸和甲基丙烯酸的双酯或某些特殊的丙烯酸酯(如甲基丙烯酸羟丙酯)为主构成的，在隔绝空气下(无氧)可自行室温固化的胶黏剂。现已发展成几百个品种，具有单组分、无溶剂、低粘度、使用方便、常温快速固化、耐热、耐溶剂、耐酸碱性好、适用期长、贮存稳定的特点。主要用于管道螺纹、法兰面及机械箱体防漏；螺纹螺栓紧固；轴承、插件、嵌件固定。5.丙烯酸结构胶黏剂：70年代杜邦公司开发的新型二液型改性丙烯酸酯胶黏剂，又称第二代丙烯酸酯胶黏剂(SGA)。分底涂型及双主剂型两大类。底涂型的主剂中包括聚合物、丙烯酸酯单体(如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯等)、氧化剂(过氧化物)、稳定剂(如对苯二酚)；底剂中包括促进剂(如胺类还原剂)、助促进剂(如环烷酸钴金属盐)及溶剂。双主剂型不用底剂，两组分均为主剂。其中，一个主剂含氧化剂，另一个含促进剂及助促进剂。两剂分别涂于被粘物的一面，叠合后很快发生反应而固化。此胶室温固化快，胶接强度高，可以在油面上直接涂胶粘接，耐水、耐油、耐介质、耐老化、耐热、耐寒性好，使用方便，不需精确计量，应用面广；但气味较大，贮存期较短。不饱和聚酯胶黏剂在主链上含有不饱和双键的聚酯，称不饱和聚酯。将其溶于苯乙烯中，即得不饱和聚酯胶黏剂或涂料。使用时加入过氧化物作引发剂，即可加热固化；若再加入少量环烷酸钴，则可常温固化。这种胶黏剂具有黏度小，使用方便，价廉，耐酸碱等特点；但收缩性大，有脆性。除用作胶黏剂外，还大量用于玻璃钢胶黏剂、人造大理石、胶合板及家具面漆。脲醛树脂胶黏剂是一类以尿素与甲醛缩聚为基料配制的水基型热固性树脂胶黏剂。这类胶黏剂无色，不污染制品，毒性小，胶接强度优于动植物胶，工艺性好，使用方便，价廉，但耐水性差，性脆。主要用于木材制品、胶合板、纤维板、及家具。加入氯化铵，可室温固化。橡胶类胶黏剂以橡胶或弹性体为基料，配以助剂、溶剂而成的一大类胶黏剂。是构成现代溶剂型非结构胶黏剂的一大支柱。具有弹性好，耐冲击，抗疲劳强度好，应用面广的特点。产品有胶液、胶膜、胶带、腻子等多种形式。其中胶液用量最大，又分溶液、乳液和预聚液三类。基料包括氯丁、丁腈、丁基、异丁烯、丁苯、硅氧烷等合成橡胶，天然橡胶，SBS等。不但品种多，而且各具特色。氯丁橡胶胶黏剂(简称氯丁胶)：粘合强度高，初粘力大，可粘大多数材料。丁腈胶：耐油性、耐水性最好，有良好的耐热、耐磨；耐老化及耐介质性。丁基胶：密封性特优，有优良的电绝缘性，耐老化、耐酸碱、氧、臭氧及化学介质。聚异丁烯胶：有透明、耐老化、耐氧化、耐低温和优良电绝缘性，能粘聚乙烯、聚丙烯等难粘材料。丁苯胶：耐热、耐磨、耐老化、价廉。硅橡胶：有优异的耐高低温和耐老化性能，电绝缘性、耐水性和透气性好，但粘合性差、强度低，多用于耐高温、耐低温场合。天然橡胶：初粘力大，弹性及电绝缘性优良、价廉，但耐热性差、粘合强度略低，是传统的橡胶粘合剂。热熔胶黏剂常称热熔胶，是无溶剂热塑性受热熔化冷却固化的一大类粘合剂。常温下是固体，具有单组分、无溶剂、无污染、无