第六章 粘合剂

第六章粘合剂一、概述1、粘合剂( 或称胶粘剂) 有很广泛的用途.2、粘合剂不但可以粘合性质相同的材料, 也可以粘合性质不同的材料。

优点：●比焊接、柳接和螺钉连接相比有更多优点；如方便、快速、经济和节能。

●粘合接头光滑、应力分布均匀、重量轻，还有密封、防腐、绝缘等优良性能。

3、粘合剂的几种分类方法：天然粘合剂按主体材料分热塑性树脂粘合剂热固性树脂粘合剂合成粘合橡胶粘合剂无机粘合剂按用途分普通粘合剂特种粘合剂按能承受的应力分结构粘合剂：能承受较高的剪应力（14.7 兆帕以上）非结构粘合剂：能承受不均匀扯离负荷（2.94 兆帕以上）室温固化按固化方式分高温固化挥发固化光敏固化家用粘合剂，不需要它承受负载；用于工业，需要有足够的强度来承受负载。

4、粘合剂的应用：即可以改善材料的性质；或者是它具有几种不同材料的性质。

铝箔和聚氯乙烯薄膜的层压膜——抗湿气、气体和细菌的密封包装。

由于可以热封、抗水性，所以能用于自动包装线。

聚乙烯和玻璃纸的层压膜——用于耐油包装、印刷。

二、粘合原理吸附理论。

它以表面吸附、分子运动和分子间作用等理论为基础。

认为是布朗运动使粘合剂分子向被粘物表面移动，粘合剂分子的极性部分向被粘物表面的极性部分靠拢。

当距离小于5×10 -10 m 时，就产生范德华力、氢键等分子间力。

根据这个理论，若粘合剂和被粘物的极性基团强，并且极性基团多，则粘合力就强；若其中一个是极性的，而另一个是非极性的，则粘合力就低。

但是不能解释极性的α - 氰基丙烯酯胶为什么能粘合非极性的聚苯乙烯材料。

●粘合剂最重要的性质是必须具有粘合性。

例如：结构粘合剂还需有高强度在飞机上的应用强度决定于胶粘剂的内聚力、被粘合材料的强度、粘合剂和被粘材料间的粘合力。

三者之间最弱的力（胶粘剂的内聚力）是强度的控制因素，所以，有高的粘合力同时保持高的内聚力是粘合技术的主要问题。

●粘合力包括表面润湿—粘合剂分子向被粘物表面移动、扩散、渗透—粘合剂与被粘物表面形成物理化学结合—机械结合等一系列过程。

表面张力小的物质容易润湿表面张力大的物质，所以为了使被粘物表面易被润价键结合，如电价键、共价键和配价键等化学价键。

也可以是次价键结合，如氢键和范德华力（偶极力、诱导偶极力和色散力）。

其中起主要作用的是配价键和范德华力。

即使是加工精细的被粘物表面，从微观来看仍有许多微孔，流动性的粘合剂就能渗入这些微孔，形成钉型、钩型、根型和榫型等机械结合.渗透的程度与孔隙的深度、孔径直径以及压力成正比, 与粘合剂分子的形状以及空隙的形状也有关系。

●可伸缩的材料较之刚性材料更适于粘合。

这是因为可伸缩性能使分子间的接近更为紧密。

●诱导和永久偶极距都有助于粘合，后者更为重要。

假如偶极距的正是氢原子，可能形成氢键( 例如). 淀粉、糊精和胶水是传统的粘合剂，都是由于氢键才有粘合性。

硝基纤维、酚醛和环氧树脂也是如此。

烷基链上的烃基酚类中烃基和酚基都可形成氢键。

扩散理论认为自粘是同种分子的扩散，互粘则是不同分子的扩散，都是大分子本身或其链段的热运动扩散。

假如粘合剂是液态，被粘物在液体中扩散是很显著的，实际上可认为是一种溶解过程。

这个理论可以解释同种高分子之间的粘合。

双电层理论认为在黏结结点中存在双电层，它是带电粒子在不同相内，因性质差异而引起的转移，粘合功等于此电容瞬时放电能量。

经实测此两数值却很近似，但不能解释导电胶的作用和非极性粘合等等。

总之，现在还没有完整的粘合理论，现有的三种理论都还有不完善的地方。

三、粘合剂的材料和型态1、粘合剂分主体材料高分子材料，有一定的流变性、能溶于水或有机溶剂、有一定的结晶性，使粘合剂有适当的内聚力；要有适当的分子量，分子量太小会使内聚力下降。

溶剂：要求和主体材料的极性近似。

Array增塑剂：包括邻苯二甲酸酯、磷酸酯和己二酸酯等。

减弱分子间的力以提高韧性和耐寒性；极性须和主体材料接近；分子量要大一点，可使粘合强度提高；沸点要高一点，这样可使作用持久。

辅助材料偶联剂：包括有机羧酸、多异氰酸酯和有机硅烷等。

可提高强度，耐水、耐热性。

填料：各种金属粉、氧化物粉、石英、云母、石墨、玻璃纤维和碳素纤维等都可以作填料，以提高内聚力、黏结力和耐热性。

固化剂：使低分子聚合，如六次甲基四胺等。

其他辅助材料：引发剂、促进剂、防老剂、增稠剂、阻聚剂、稳定剂、络合剂和乳化剂等。

2、应用浆糊和胶水是比较常用的粘合剂。

它们是由淀粉、糊精等做成的。

无溶剂粘合剂较无溶剂涂料更为普遍。

●双组分环氧树脂可以是100% 固体；也可以一个组分是流态的环氧树脂，另一个组分是流态的固化剂。

●热溶胶。

在操作过程中先溶融热塑性高分子，然后在流态时立即应用。

●压敏胶，这种粘合剂是永久胶粘性的，可黏着于很多基质上，可用于多种修理、联结性处理等方面。

三、工业用粘合剂（一）用于建筑业的粘合剂建筑业是粘合剂的最大用户。

混凝土、聚醋酸乙烯胶和聚苯乙烯以及环氧树脂胶可以做成高强度轻质预制件。

粘合剂可以使玻璃纤维和石棉键合，成为性能更优良的绝缘材料。

玻璃纤维和纸粘合可以用作蒸汽隔绝层。

瓷砖墙和瓷砖地面的安装，地毯的铺设，管道的联接都需要粘合剂。

（二）汽车工业用的粘合剂汽车工业中应用的粘合剂是很多的，焊接车身的传统工艺采用铅焊，它不但有毒而且比重很大。

最近的发展方向是采用环氧树脂粘合剂，采用氧化铝等作为填料，这种工艺不仅没有毒，而且重量仅有铅焊的十分之三。

（三）铸造工业用的粘合剂在铸造工业中的粘合剂主要是型砂粘合剂，用于制作砂模然后铸入金属。

最重要的铸造粘合剂是酚醛和糠醛树脂。

它们多数属于热固型树脂。

（四）制鞋工业用的粘合剂（五）应用粘合剂的其它工业制鞋工业中常常应用氯丁橡胶粘合剂粘合鞋帮和衬里。

热溶性聚酰胺粘合剂则用在鞋楦上使鞋帮和托底固定。

包装工业用粘合剂粘合及密封箱子和纸盒，生产复合多层袋和波状板。

纺织工业中粘合剂的最大量用途是用于地毯衬布的粘合。

电子工业中，电视显象管上有一层防护薄膜，就是用粘合剂将薄膜粘合在显示屏上的；环氧树脂也用于玻璃管和金属凸缘的联结。

印染行业的涂料印花工艺，也需要大量的粘合剂。

五、热塑性粘合剂热塑性粘合剂包括热塑性树脂和热塑性橡胶粘合剂。

热塑性粘合剂在加热时会熔化、溶解和软化，在压力下会蠕变。

而热固性粘合剂生成新的化学键。

热塑性一般均用于一些要求粘接强度不太高的对象，在粘接后的应用条件不十分苛刻。

例如：一般性的金属、瓷器、玻璃和塑料以及多孔物质（如纸、木材、皮革、织物等）的粘合。

分在这类中的热熔胶，近年来应用正在逐步扩大，其中包括包装材料和多层塑料膜的自动生产线。

（一）乙烯树脂类1、聚醋酸乙烯以聚乙烯醇作稳定剂, 其反应式如下2、乳液用于书籍装订、牛奶盒生产和多层袋、信封、折叠箱、木材的胶合以及汽车车厢内装饰物的粘合等方面。

3、乙烯树脂类粘合剂最重要的是乙烯- 醋酸乙烯（EVA ）以及相应的共聚物，它们大量用于包装工业作热熔粘合剂亦即热熔胶。

例如纸盒和纸箱的密封；地毯接缝粘合；也用于制鞋工业和家具工业等。

4、聚氯乙烯（PVC ）塑料溶胶也可作为粘合剂，其剂型可以是溶液、水分散液或胶乳，塑料溶胶广泛地用于地毯衬布的粘合和汽车工业。

在建筑工业中则少量应用PVC 溶液作为管道粘合剂。

胶乳则应用在纺织工业中，特别是用作无纺布的粘合剂。

由聚醋酸乙烯水解或以甲醇醇解而得的聚乙烯醇，用作聚醋酸乙烯的稳定剂，反应如下：（二）丙烯酸树脂类作为粘合剂的丙烯酸脂高分子化合物大多是丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸乙基己酯，剂型是乳液或溶液。

纺织工业中乳液用于无纺织物和作为丝绒粘合剂。

溶剂型的丙烯酸酯用于压敏粘合剂和用于家具制造业。

例如甲基丙烯酸甲酯的聚合反应如下：丙烯酸酯的乳液共聚中, 乳化剂的品种及用量对聚合稳定性有决定性作用. 阴离子乳化剂使乳液有较好的机械稳定性, 非离子乳化剂有较好的稳定性, 二者配合使用, 可使乳化液聚合物有好的机械和化学稳定性. 如用脂肪醇硫酸钠和OP-10 混合乳化剂。

丙烯酸酯的乳液共聚中，可用过硫酸盐为引发剂，适当的用量可使聚合过程稳定，聚合反应完全，聚合物性能优良。

（三）尼龙、聚酯、硝基纤维等粘合剂尼龙粘合剂可粘合尼龙，羟甲基尼龙粘力更强并柔软，但耐水性较差。

线性聚酯可粘合涤纶薄膜。

（四）芳杂环粘合剂例如聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚硫醚、聚二苯醚、聚喹啉和砒龙胶等都是耐高温、耐辐射的粘合剂, 有的品种538 ℃还不分解. 主要应用在宇航工业方面，其反应如下：聚酰亚胺由均苯四酸二酐和4,4`- 二氨基二苯醚合成。

（五）氟树脂粘合剂可以粘合含氟塑料和金属, 耐高温和低温, 其范围为300~-190 ℃.其合成反应如下:六、热固性粘合剂热固性粘合剂是在热、催化剂的单独作用或联合作用下形成化学键, 固化后不溶解。

与热塑性粘合剂不同, 热固性粘合剂有良好的抗蠕变性能。

因之它们中有许多都是性能优良的结构胶, 应用的对象可承受高负荷, 并可在各种热、冷、辐射、湿和化学腐蚀等苛刻的环境中, 有良好的耐久性。

在应用的高分子材料类别中, 热固性粘合剂主要采用酚醛树脂和用尼龙、乙烯树脂改性的酚醛。

此外环氧树脂也是采用的热固性粘合剂。

这类粘合剂的剂型有液状、膏状和固体状。

液状的粘合剂有单包装和双包装两种, 后者通常是固化剂。

热固性粘合剂大致有以下几种（一）、酚醛树脂粘合剂有纯酚醛胶、酚醛环氧胶、酚醛有机硅胶、酚醛橡胶和间苯二酚甲醛胶等。

主要应用于木材加工和家具工业，其次是建筑业和铸造业，也还有一些其它应用。

这类粘合剂强度较高、耐热、耐老化。

间苯二酚甲醛胶固化很快，对尼龙粘合力特别大，因此特别适合粘合尼龙产品。

（二）、氨基树脂和呋喃树脂粘合剂酚醛树脂是廉价的热固性粘合剂，广泛用来将木屑、碎木板通过粘接加工成可用的木材。

它也用于制动器的衬、离合器的锒面以及其它摩擦部分的粘合。

例如干的摩擦物质( 如耐高温的石棉) 是耐高温的, 就可用酚醛胶粘结在底盘上, 酚醛树脂常常和其它粘合剂复合应用以提高抗水性、粘着性和胶粘性。

在结构胶的各种组分中酚醛树脂是环氧树脂的交联剂。

前者有脲甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等等，价格比较低廉、颜色浅、耐光好、毒性小，不发霉，适用于木材加工工业，但有甲醛刺激味。

三聚氰胺甲醛树脂可以粘合玻璃纤维、玻璃钢，有耐水、耐油、耐热、耐腐蚀、机械强度比较高，适用于木材、塑料、陶瓷等粘合。

脲素- 甲醛和三聚氰胺- 甲醛树脂粘合剂的主要用途是木材的综合加工。

加工后的成材是锯木屑或碎木片和高分子材料的混合物，这种组成的优点使剧木屑和碎木块等废料得到利用。

除此之外，由于粘合剂和木材之间的强固键合使它比木材本身有更大的强度和形状稳定性。

（三）、环氧树脂粘合剂有纯环氧、环氧酚醛、环氧聚氨酯和环氧橡胶等等，应用范围比较广。

强度高、耐酸碱、耐油、耐有机溶剂；但刚性强韧性差，须加橡胶等改性；耐水性也较差，改性后可改进上述性能。