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胶接理论-2

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胶接和胶接结构装配

胶接和胶接结构装配

现代飞机制造的3大连接技术
胶接
机械连接 （铆接、螺接）
焊接
第三节 胶接
第一节 概述 第二节 胶接原理 第三节 胶粘剂 第四节 影响胶接强度的因素
精选ppt
2
第一节 概述
一、胶接技术发展简史 二、胶粘剂的应用 三、飞机金属胶接结构件的分类 四、胶接结构典型的型式 五、胶接技术的特点
精选ppt
3
一、胶接技术发展简史
（2）、使用温度较高 一般在50度，耐高温胶粘剂可长期150－250度，或短期
350－400度。
（3）、接头性能的重复性差、使用寿命有限 （4）、胶接接头强度受影响的因素多
对材料、工艺条件和环境应力极为敏感。
第二节 胶接原理
一、胶接理论的现状
二、胶接接头的构成
三、粘附力和粘接机理
四、内聚力和胶粘剂的固化
搭接宽度与承载能力的关系 增加宽度长度，承载能力直线上升。
精选ppt
45
搭接长厚比宽度与承载能力的关系（承剪情况）
精选ppt
46
３、不均匀扯离（劈裂）
胶接强度较低。
受力特征： 边缘处形成劈裂力，较复 杂，受载端缝表现为拉应 力，有较大的应力集中。
如：机翼与翼肋、长桁的连接
精选ppt
不均匀扯离
47
3、胶接厚度。
精选ppt
56
1、零件间的协调关系
零件间的装配间隙 金属与金属面之间间隙：0.15—0.25mm，一般为0.2mm 蒙皮与蜂窝芯子间隙：0.1mm 芯子比相邻的金属件高出：0.05—0.2mm
方法 放置代替胶膜厚度的垫片。
2、胶接面的贴合程度 零件间的装配间隙的均匀（毛刺）
3、胶接厚度 胶接厚度应当薄而均匀，001—0.25mm，最好在0.1mm 以下。
胶接原理及常用胶接剂简介页PPT文档

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导热率 热量从物体的一部分传导至另一部分，或从一物体传导至另一
如何取得最大的接触面积
时间
胶需要时间流动ห้องสมุดไป่ตู้
温度
高温可以减低胶的黏性 促进胶的流动性 促进胶对被粘物的浸润
压力
促进胶的流动性 促进胶对被粘物的浸润 避免气泡的产生
湿度
适当湿度可促进或减缓固化反应时间
初粘力与终粘力
初期粘性 无驻留时间
最终粘性 驻留时间 72h/70c
粘接面受外力的种类 粘结面受外力的种类
固化 通过化学反应使胶粘剂具有强度性质的过程 硬度 表示它抵抗外力压入的能力，也就是后所材料对刚性物压入时的阻力，
它的大小反映出材料本身的软硬程度。 邵氏硬度，一般常用等级为 shore D 、A、 00，软硬程度依次递减，00级别一
般使用在凝胶类非常柔软的物体上，A级别类似橡胶带有弹性的软硬程度，D级 别描述坚硬的物体。具体硬度以数字表示，如80D、20D、60A、30 00等，同级 别下数值越大表示越硬。级别之间没有转换的公式，一般可以认为90A≈20D
测定方法：将标准规格的式样置于两电极之间，60秒的时间内，加500伏特的 电压并测量电阻，计算提及电阻率。 单位：ohm.cm
玻璃化转变温度（Tg） 是指高分子材料开始从玻璃态（刚性）向
橡胶态（柔软）转变的温度。 特别是对于环氧这类固化后比较坚硬的胶体，在电子行业中，一旦超过Tg点 后，胶体的电性能会有所下降。
既粘接又密封 工效提高 施工方便
外观漂亮 无焊接变形 无突出物 无疤痕
胶粘剂定义
定义：
胶粘剂又称粘合剂，简称胶（bonding agent，ashesive），是使物 体与另一物体紧密连接为一体的非金属媒介材料。在两个被粘物面之 间胶粘剂只占很薄一层体积，但使用胶粘剂完成胶接施工之后，所得 胶接件在机械性能和物理化学性能方面，能满足实际需要的各项要求。 粘接技术：是借助胶粘剂在固体表面上所产生的粘合力，将同 种或不同种材料牢固地连接在一起的方法。
胶粘剂粘接理论

胶粘剂粘接理论

粘接理论1、机械理论机械理论认为，胶粘剂必须渗入被粘物表面的空隙内，并排除其界面上吸附的空气，才能产生粘接作用。

在粘接如泡沫塑料的多孔被粘物时，机械嵌定是重要因素。

胶粘剂粘接经表面打磨的致密材料效果要比表面光滑的致密材料好，这是因为（1）机械镶嵌；（2）形成清洁表面；（3）生成反应性表面；（4）表面积增加。

由于打磨确使表面变得比较粗糙，可以认为表面层物理和化学性质发生了改变，从而提高了粘接强度。

2、吸附理论吸附理论认为，粘接是由两材料间分子接触和界面力产生所引起的。

粘接力的主要来源是分子间作用力包括氢键力和范德华力。

胶粘剂与被粘物连续接触的过程叫润湿，要使胶粘剂润湿固体表面，胶粘剂的表面张力应小于固体的临界表面张力，胶粘剂浸入固体表面的凹陷与空隙就形成良好润湿。

如果胶粘剂在表面的凹处被架空，便减少了胶粘剂与被粘物的实际接触面积，从而降低了接头的粘接强度。

许多合成胶粘剂都容易润湿金属被粘物，而多数固体被粘物的表面张力都小于胶粘剂的表面张力。

实际上获得良好润湿的条件是胶粘剂比被粘物的表面张力低，这就是环氧树脂胶粘剂对金属粘接极好的原因，而对于未经处理的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯和氟塑料很难粘接。

通过润湿使胶粘剂与被粘物紧密接触，主要是靠分子间作用力产生永久的粘接。

在粘附力和内聚力中所包含的化学键有四种类型（1）离子键（2）共价键（3）金属键（4）范德华力3、扩散理论扩散理论认为，粘接是通过胶粘剂与被粘物界面上分子扩散产生的。

当胶粘剂和被粘物都是具有能够运动的长链大分子聚合物时，扩散理论基本是适用的。

热塑性塑料的溶剂粘接和热焊接可以认为是分子扩散的结果。

4、静电理论由于在胶粘剂与被粘物界面上形成双电层而产生了静电引力，即相互分离的阻力。

当胶粘剂从被粘物上剥离时有明显的电荷存在，则是对该理论有力的证实。

5、弱边界层理论弱边界层理论认为，当粘接破坏被认为是界面破坏时，实际上往往是内聚破坏或弱边界层破坏。

弱边界层来自胶粘剂、被粘物、环境，或三者之间任意组合。

胶粘剂粘接机理及粘接技术

胶粘剂粘接机理及粘接技术


这就要求要选择能起良好润湿效果的胶黏剂。同时，也 要求被粘物表面事先要进行必要的清洁和表面处理，达到最 宜润湿与粘接的表面状态。要尽量避免润湿不良的情况。
如果被粘物表面出现润湿不良的界面缺陷，则在缺陷的周 围就会发生应力集中的局部受力状态；此外，表面未润湿的 微细孔穴，粘接时未排尽或胶黏剂带入的空气泡，以及材料 局部的不均匀性，都可能引起润湿不良的界面缺陷，这些都 应尽量排除。
无法解释由两种以上互溶高聚物构成 的胶接体系的胶接现象
不能解释温度、湿度及其它因素对剥 离实验结果的影响
☆当胶接接头以极慢的速度剥离时， 电荷可以从极板部分逸出， 降低了电荷间的引力， 减少了剥离时消耗的功 ☆当快速剥离时， 电荷没有足够的逸出， 粘附功偏高
解释了粘附功与剥离速度有关 克服了吸附理论的不足
了解粘接理论，可以从理上指导胶黏剂选择，粘接 接头的设计，制定最佳的粘接工艺，控制影响粘接强度的 各种因素，达到形成强力粘接接头的目的。
机械互锁理论 扩散理论 吸附理论 电子理论
1 机械互锁理论
在不平的被粘物表面形成机械互锁力（胶钉）产生胶接力；胶钉越 多，胶粘剂渗透得越深，孔隙填充得越满，胶接强度就越高。
钛酸钡（碱性）+酸性聚合物 钛酸钡（碱性）+聚碳酸酯（碱性）
胶接好 胶接差 性能好
性能差
Fowkes
酸碱作用理论
★被胶接材料与胶粘剂按其电子转移方向划分为酸 性或碱性物质； ★电子给体或质子受体为碱性物质，反之则为酸性 物质； ★胶接体系界面的电子转移时，形成了酸碱配位作 用而产生胶接力。
3 扩散理论
结 论
扩散：液体胶粘剂分子，借助于布朗运动向被胶接材料表面扩散， 使二者所有的极性基团或链节相互靠近。加强布朗运动的措施有： 升温、加压、降低粘度等。
粘接理论

粘接理论

粘接理论1、机械理论机械理论认为，胶粘剂必须渗入被粘物表面的空隙内，并排除其界面上吸附的空气，才能产生粘接作用。

在粘接如泡沫塑料的多孔被粘物时，机械嵌定是重要因素。

胶粘剂粘接经表面打磨的致密材料效果要比表面光滑的致密材料好，这是因为（1）机械镶嵌；（2）形成清洁表面；（3）生成反应性表面；（4）表面积增加。

由于打磨确使表面变得比较粗糙，可以认为表面层物理和化学性质发生了改变，从而提高了粘接强度。

2、吸附理论吸附理论认为，粘接是由两材料间分子接触和界面力产生所引起的。

粘接力的主要来源是分子间作用力包括氢键力和范德华力。

胶粘剂与被粘物连续接触的过程叫润湿，要使胶粘剂润湿固体表面，胶粘剂的表面张力应小于固体的临界表面张力，胶粘剂浸入固体表面的凹陷与空隙就形成良好润湿。

如果胶粘剂在表面的凹处被架空，便减少了胶粘剂与被粘物的实际接触面积，从而降低了接头的粘接强度。

许多合成胶粘剂都容易润湿金属被粘物，而多数固体被粘物的表面张力都小于胶粘剂的表面张力。

实际上获得良好润湿的条件是胶粘剂比被粘物的表面张力低，这就是环氧树脂胶粘剂对金属粘接极好的原因，而对于未经处理的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯和氟塑料很难粘接。

通过润湿使胶粘剂与被粘物紧密接触，主要是靠分子间作用力产生永久的粘接。

在粘附力和内聚力中所包含的化学键有四种类型：（1）离子键（2）共价键（3）金属键（4）范德华力3、扩散理论扩散理论认为，粘接是通过胶粘剂与被粘物界面上分子扩散产生的。

当胶粘剂和被粘物都是具有能够运动的长链大分子聚合物时，扩散理论基本是适用的。

热塑性塑料的溶剂粘接和热焊接可以认为是分子扩散的结果。

4、静电理论由于在胶粘剂与被粘物界面上形成双电层而产生了静电引力，即相互分离的阻力。

当胶粘剂从被粘物上剥离时有明显的电荷存在，则是对该理论有力的证实。

5、弱边界层理论弱边界层理论认为，当粘接破坏被认为是界面破坏时，实际上往往是内聚破坏或弱边界层破坏。

弱边界层来自胶粘剂、被粘物、环境，或三者之间任意组合。

胶接理论-2

胶接理论-2


界面转换成液—固界面，这种现象
叫做润湿，其润湿能力叫做润湿性。
（2）润湿
胶粘剂在涂胶阶段应当具有较好的
流动性，而且其表面张力应小于被
粘物的表面张力，这意味着，胶粘
剂应当在被粘物表面产生润湿，能 自动铺展到被粘物表面上。
（2）润湿
当被粘物表面存在凹凸不平和峰谷的 粗糙表面形貌时，能因胶粘剂的润湿
胶黏剂分子与被黏物界面的紧密接触
后，仍能形成以次价力或化学键为主
的胶接键。
简言之：胶接的基本过程关键是润湿、
扩散和形成胶接键。
2. 形成胶接的条件
（2）润湿
为形成良好的胶接，首先要求胶粘 剂分子和被胶接材分子充分接触。
（2）润湿
为此，一般要将被胶接体表面的空
气、水蒸气等气体排除，使胶粘剂 液体和被胶接材接触：即将气—固
的缠结，这有利于提高强度，为提高
胶接强度，还必须掌握影响强度的一 系列因素，并加以控制。
3. 影响胶接作用的因素
（1）胶黏剂的作用
• 绝大多数固体表面，从微观的尺度来
看，是凹凸不平的，将这样的表面迭 合起来，只有很小的点面能相互接触，
大部分的表面都不能接触，因此分子
的总吸引力很小，很容易被分开。
3. 影响胶接作用的因素
（2）润湿
如果被粘物表面出现润湿不良的界面
缺陷，则在缺陷的周围就会发生应力
集中的局部受力状态。
（2）润湿
此外，表面未润湿的微细孔穴，粘接时
未排尽空气或胶粘剂带入的空气泡，以 及材料局部的不均匀性，都可能引起润
湿不良的界面缺陷，这些都应尽量排除。
（2）润湿
气液接触时的三种状态
不润湿 部分润湿（临界） 完全润湿
精细化学品生产技术：胶接的基本原理

精细化学品生产技术：胶接的基本原理

第一阶段是胶粘剂中的高分子由于分子的“微布朗”运动动迁移到被 粘物的表面;
第二阶段是吸附作用（范德华力）结果使高分子的极性基团逐渐向被 粘物的极性部分靠近。
2、机械结合理论
胶粘剂浸透到被粘物表而的孔隙中，固化后就象许多小钩和榫头 似地把胶粘剂和被粘物连接在一起。
这种微观机械结合对多孔性表面更明显。当表面孔隙里存有空 气或其他气体和水蒸气时，粘度高的胶粘剂不可能把这些空隙完全 填满，界面上这种未填满的空洞将成为缺陷部分，破坏往往从这里 开始。
在航空结构胶接中，常用磷酸阳极化法制造铝合金表面的细微结构， 接着喷涂低粘度的底胶，使底胶浸透表面的凹凸细微结构，然后再用与 其相容的胶膜配合在一起固化，从而避免了空洞，有效地提高了胶接结 构的耐久性。
缺点：机械结合理论不能解释胶粘剂对非多孔性表面的粘合。
3、静电理论
苏联学者根据在暗室中胶粘剂层从被粘物表面高速剥离时的放 电现象，提出胶粘剂与被粘物之间存在双电层，粘附力主要由双电层 的静电引力所引起。
5、化学键理论
化学键理论认为粘合剂与被粘合物之间除存在范德华力外，有时还 可形成化学键。化学键的键能比分子间的作用大的多，形成较多的化学 键对提高胶接强度和改善耐久性都具有重要意义。
感谢观看
缺点：
静电引力（<0.04MPa）对胶接强度的贡献可忽略不计无法解释 用炭黑作填料的胶粘剂及导电胶的胶接现象无法解释由两种以上互溶 高聚物构成的胶接体系的胶接现象不能解释温度、湿度及其它因素对 剥离实验结果的影响。
4、扩散理论
扩散理论是以胶粘剂与被粘物在界面处相容为依据提出的。如果 被粘物也是高分子材料，认为胶粘剂与被粘物分子之间不仅是相互接 触，而且有相互扩散。在一定的条件下，由于分子或链段的布朗运动， 两者在界面上发生扩散，互溶成一个过渡层，从而达到粘接。同种聚 合物间的粘接称为“自粘”。
2胶接理论(胶粘剂与涂料)讲解

2胶接理论(胶粘剂与涂料)讲解

1948年C.H. Hofricher Jr.等研究了胶接强度f与界面化学 活性基团浓度C的关系（k=常数，n≈0.6）：
F=kCn
21
例证
★电子衍射法证明：硫化橡胶与黄铜表面形成硫化亚 铜，通过硫原子与橡胶分子的双键反应形成化学键。 ★铝、黄铜、不锈钢、铂等金属表面从溶液中吸附酚 醛树脂时，均产生化学键连接。 ★聚氨脂胶接木材、皮革等存在化学键胶接作用。
木材科学与技术本科专业基础课
涂料与胶粘剂
材料科学与艺术设计学院 2016年3月
1
木材科学与技术本科专业专业基础课
胶接理论
材料科学与艺术设计学院 2016年3月
本章主要内容
胶接的各种理论
机械 物理 化学
扩散
静电
3
本章主要内容
胶接界面化学
影响胶接强度的因素
胶接结构的耐久性
胶粘剂的基本条件
木材胶粘剂的选择
超过5000时，胶接力几乎消失等现象也不能解释。
许多胶接体系无法用范氏力解释，而与酸碱配位作 用有关。例：
13
沥青（酸性）+石灰（碱性）
Байду номын сангаас
胶接好
沥青（酸性）+花岗岩（酸性）
胶接差
钛酸钡（碱性）+酸性聚合物
性能好
钛酸钡（碱性）+聚碳酸酯（碱性）
性能差
14
Fowkes 酸碱作用理论
★被胶接材料与胶粘剂按其电子转移方向划分为酸 性或碱性物质； ★电子给体或质子受体为碱性物质，反之则为酸性 物质； ★胶接体系界面的电子转移时，形成了酸碱配位作 用而产生胶接力。
必要非充分条件
胶粘剂湿润被胶接材料的表面 产生物理吸附
H2O
精细化工概论_08黏合剂详解

精细化工概论_08黏合剂详解


2、固化剂和硫化剂
固化剂（硬化剂、熟化剂）是促使粘结料进行化 学反应，加快基料固化产生胶结强度的一种物质。 常用的有胺类（乙二胺）或酸酐类（邻苯二甲酸 酐）固化剂等。 固化剂的用量要求： • (1)控制黏合剂到一定的黏度。 • (2)保证填料能充分润湿。 • (3)达到黏合性能的要求。 橡胶的硫化剂很多，分有机硫化剂（如硝基化合 物）和无机硫化物（如金属氧化物等）。
– 粘合剂与被粘合物之间除存在范德华力外，有
时还可形成化学键。化学键的键能比分子间的
作用大的多，对提高胶接强度和改善耐久性都
具有重要意义。
第二节 胶接理论
二、胶接理论——2、扩散理论
• 胶粘剂和被粘物分子通过相互扩散而形成牢固接 头，溶解度性能相近的高聚物分子间能很好地相
互扩散。
– 互相扩散实质上就是在界面发生互溶，这样黏 合剂和被黏物之间界面消失了，变成了一个过 渡区域。
5、增黏剂
增黏剂 又称为偶联剂，是黏合剂主要成分 之一， 用于提高难黏合或不黏合的两个表面 间的黏合能力 ，同时，它使黏合剂的耐老化 及韧性也提高，其结构与所黏合材料有关。 一般以硅烷和松香树脂及其衍生物为主要 品种。
5、增黏剂
• 增黏树脂基本都含有酚羟基、羟甲基、羧 基、酯键、醚键等，很容易与树脂、橡胶等 形成氢键网络结构，从而获得最佳黏性。 • 某些橡胶因其玻璃化温度低及极性小，本 身就有很高的自黏性，加入到树脂或橼胶之 中，改变了被增黏物的黏弹性，使黏性增大。
第三节 黏合剂的组成及其性能指标
一、黏合剂的组成
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
基料 固化剂和硫化机 填料 增塑剂和增韧剂 增黏剂 稀释剂和溶剂 其他添加剂
1、基料——黏料
基料是黏合剂中的主要成分，它对黏合剂的
第二章 粘接原理与粘接技术

第二章 粘接原理与粘接技术

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选修课多媒体课件粘接主讲：主讲：赵鑫苏州科技学院剂20112011-3-291第二章粘接原理与粘接技术本章主要内容§2.1 被粘物表面特征及表面要求§2.2 润湿和粘接理论§2.3 被粘物表面处理方法§2.4 胶粘剂的固化§2.5 粘接强度及其影响因素§2.6 粘接接头的设计20112011-3-29 2§2.1 被粘物表面特征及表面处理要求一．固体表面的形态特征1、固体表面的粗糙性2、固体表面的多孔性3、固体表面的吸附性和复杂性4、固体表面的缺陷性20112011-3-293§2.1 被粘物表面特征及表面处理要求二．被粘物表面的处理要求净化被粘物表面——物理机械法 1、净化被粘物表面物理机械法机械处理：洗涤：改变被粘物表面物理化学性质——化学法 2、改变被粘物表面物理化学性质化学法金属的表面活化：高分子材料的表面活化：20112011-3-294§2.2 润湿和粘接理论一、润湿液体在固体表面分子间力作用下的均匀铺展现象。

表示液体对固体的亲和性。

物质的表面张力：通常金属、氧化物、无机物的表面张力较大，约为0.2-5N·m-1. 聚合物固体、有机物、胶粘剂、水等，表面张力较小，一半小于0.1N·m-1.20112011-3-29 5§2.2 润湿和粘接理论二、粘接力粘接力：指粘接剂与被粘物表面之间的连接力。

包括机械嵌合力、分子间力、和化学键力。

嵌合力：粘接剂润湿、渗透在材料的空隙中固化后因镶嵌形成的力。

分子间力：粘接剂与被粘物表面之间的吸引力。

化学键力：粘接剂与被粘物表面之间形成化学键。

20112011-3-296§2.2 润湿和粘接理论三、粘接力的种类及粘接理论1．化学键键合力（共价键、配位键、离子键、金属键等）●如：O R OH+NCOR'ROCNHR'化学键基于化学键理论，通过化学键结合。

胶接技术

胶接技术

老化:在不同的环境作用下或在材料的自身因素下，材料表面状况或物理化学性能等发生改变，最终丧失工作能力，这种变化通常称为材料的失效或称为老化。

胶接强度：在外力的作用下，胶接头上的胶粘剂与被粘物界面或其邻近处发生破坏所需的应力定义为胶接强度。

持久强度：指在一定条件下，规定时间内，单位胶接面积所能承受的最大负荷，单位Mpa。

疲劳强度：在规定的载荷、频率等条件下，胶接接头破坏时的交变应力或应变循环次数称为疲劳强度。

吸附理论:认为粘附是由两材料间分子接触，产生了界面力所引起的。

问答题胶接理论的分类1机械嵌合理论。

机械嵌合理论认为胶粘剂必须渗入被粘物表面的孔隙内，并排除其吸附的空气，才能产生良好的吸附作用。

2吸附理论。

吸附理论认为粘附是由两材料间分子接触，产生了界面力所引起的。

3化学键理论。

化学键理论认为胶接主要是由化学键力的作用而形成。

4扩散理论。

扩散理论认为胶接是通过胶粘剂与被粘物界面上分子的扩散而形成的。

5静电理论。

静电理论认为由于在胶粘剂与被粘物界面上形成双电层而产生了静电引力，即相互分离的阻力，因而形成了胶接。

表面处理的作用及分类作用：1净化被粘物表面，清除其上的锈蚀、油污，使其能被胶粘剂充分润湿，增强粘附作用；2粗化被粘物表面，增加胶接面积，增强机械嵌合作用；3活化被粘物表面，通过化学或物理的方法，在表面层引入一些极性基团，使低能表面变为高能表面，惰性表面变为活性表面，难粘附表面变为易粘附表面；4钝化被粘物表面，形成所期望的氧化膜层来保护表面或改变构件表面的化学结构，增强胶粘剂与被粘物的吸附和连接，提高胶接强度。

分类：1脱脂和除锈粗化处理；2化学处理；3电化学处理；4涂底胶处理；5偶联剂处理；6等离子处理；7电晕放电处理；8照射处理。

剪切应力的形成机理胶接接头上的界面在涂敷胶粘剂后便形成了，被粘物（尤其是弹性模量非常高的金属被粘物）对叠合后胶层的收缩有强烈的制约作用界面层不能随胶层一起同步收缩它将维持胶接面积趋于不变。

胶接原理及常用胶接剂简介

样承受规定的高、低温周期交变后，检测其性能变化的实验。
Topic1
• 胶接定义及发展史 • 胶粘原理及影响因素
Topic2
Topic3
• 胶粘剂一般术语 • 胶粘剂分类
• 合成胶粘剂特性、固化机理及应用 • 胶带力学性能测试方法
Topic4
Topic5
参考资料一
胶粘剂分类 按化学类型分类 •无机胶粘剂（如高温水泥）
按工艺分类 •粘合剂（Adhesive）：特殊有导电胶、导热胶、芯片的粘结。 •密封剂（sealant）
•灌封胶（potting & Encapselation）
•敷型涂敷（Conformal Coating）
•底部填充胶（Underfill）
•顶部包封（Glob top）
按受力情况（受拉力、剥离力、剪切力等） •结构胶 •非结构胶
介电强度 是一种材料作为绝缘体时的电强度的量度。它定义为试样被击
穿时，单位厚度承受的最大电压，表示为伏特每单位厚度。 测定方法：通常采用短时间法，加在两电极间的电压从零开始以相同的速率上 升，直至介质被击穿。 单位：kV/mm、V/mil 1kV/mm=25.374V/mil
体积电阻率 指某材料单位厚度上的直流压降与单位面积上通过电流之比。
粘接薄型材料
降低成本 维持材料的整体性 无孔、洞等 既粘接又密封 工效提高
粘接不同材料
避免材料间的电化学反应
吸收热胀冷缩产生的应力
施工方便 外观漂亮
无焊接变形 无突出物
无疤痕
胶粘剂定义
定义：
胶粘剂又称粘合剂，简称胶（bonding agent，ashesive），是使物 体与另一物体紧密连接为一体的非金属媒介材料。在两个被粘物面之 间胶粘剂只占很薄一层体积，但使用胶粘剂完成胶接施工之后，所得 胶接件在机械性能和物理化学性能方面，能满足实际需要的各项要求。 粘接技术：是借助胶粘剂在固体表面上所产生的粘合力，将同 种或不同种材料牢固地连接在一起的方法。

胶 接 理 论

– 缺点：
无法解释导电黏合剂为什么具有较高的黏接强度，
不能解释采用非极性黏合剂黏接非极性高分子材料，
不能解释有些高分子材料进行黏接时，并无放电现象， 但其强度却很高。
胶接理论
二、胶接理论——4、润湿理论
黏合剂只有在与被黏物体具有良好润湿的情 况下，才能真正接触，并为它们产生物理化 学结合创造条件。
精细化工生产技术
胶接理论
一、实现胶接的条件
良好的粘附 较高的内聚力
一、实现胶接胶的接条理件论
胶接强度：黏合剂的重要指标。常用胶接强度有抗 剪强度、抗拉强度、不均匀扯离强度（单位： kg／cm2）、抗剥强度(单位：kg/cm)。
胶接强度的大小取决于： 1. 黏合剂的组成和性质 2. 被胶接件的性质和表面状态 3. 胶接工艺条件（固化温度、压力、胶层厚度）的
胶接理论
二、胶接理论
1、吸附理论 2、扩散理论 3、静电理论 4、润湿理论
胶接理论
二、胶接理论——1、吸附理论
胶接作用是胶粘剂分子与被胶接物分子界面发生 吸附作用。（物理吸附和化学吸附）
– 黏合剂大分子通过微布朗运动迁移至被胶接物表面，黏 合剂中分子的极性基团向被胶接物中的极性基团靠近。
–当黏合剂与黏合物之间的距离很小时(小于0.5nm)，分 子间范德华力发生作用而吸附。
粘接表面的处理
1. 脱脂处理 2. 机械处理 3. 化学处理 4. 漂洗和干燥
脱脂后通过钢丝刷、 砂纸或喷砂机等手工 或机械方法对粘结表 面进行“刷光”
粘接表面的处理
1. 脱脂处理 2. 机械处理 3. 化学处理 4. 漂洗和干燥
用铬酸盐和硫 酸及其他酸液、碱 液或某些无机盐溶 液处理被黏物表面 的方法。
– 可以在胶黏剂中加入适量的表面活性剂以降低 其表面张力，提高黏合剂对被黏材料的润湿能 力，这样可使黏合剂和被黏材料结合更好。

胶粘剂粘接理论

粘接理论1、机械理论机械理论认为，胶粘剂必须渗入被粘物表面的空隙内，并排除其界面上吸附的空气，才能产生粘接作用。

在粘接如泡沫塑料的多孔被粘物时，机械嵌定是重要因素。

胶粘剂粘接经表面打磨的致密材料效果要比表面光滑的致密材料好，这是因为（1）机械镶嵌；（2）形成清洁表面；（3）生成反应性表面；（4）表面积增加。

由于打磨确使表面变得比较粗糙，可以认为表面层物理和化学性质发生了改变，从而提高了粘接强度。

2、吸附理论吸附理论认为，粘接是由两材料间分子接触和界面力产生所引起的。

粘接力的主要来源是分子间作用力包括氢键力和范德华力。

胶粘剂与被粘物连续接触的过程叫润湿，要使胶粘剂润湿固体表面，胶粘剂的表面张力应小于固体的临界表面张力，胶粘剂浸入固体表面的凹陷与空隙就形成良好润湿。

如果胶粘剂在表面的凹处被架空，便减少了胶粘剂与被粘物的实际接触面积，从而降低了接头的粘接强度。

许多合成胶粘剂都容易润湿金属被粘物，而多数固体被粘物的表面张力都小于胶粘剂的表面张力。

实际上获得良好润湿的条件是胶粘剂比被粘物的表面张力低，这就是环氧树脂胶粘剂对金属粘接极好的原因，而对于未经处理的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯和氟塑料很难粘接。

通过润湿使胶粘剂与被粘物紧密接触，主要是靠分子间作用力产生永久的粘接。

在粘附力和内聚力中所包含的化学键有四种类型（1）离子键（2）共价键（3）金属键（4）范德华力3、扩散理论扩散理论认为，粘接是通过胶粘剂与被粘物界面上分子扩散产生的。

当胶粘剂和被粘物都是具有能够运动的长链大分子聚合物时，扩散理论基本是适用的。

热塑性塑料的溶剂粘接和热焊接可以认为是分子扩散的结果。

4、静电理论由于在胶粘剂与被粘物界面上形成双电层而产生了静电引力，即相互分离的阻力。

当胶粘剂从被粘物上剥离时有明显的电荷存在，则是对该理论有力的证实。

5、弱边界层理论弱边界层理论认为，当粘接破坏被认为是界面破坏时，实际上往往是内聚破坏或弱边界层破坏。

弱边界层来自胶粘剂、被粘物、环境，或三者之间任意组合。

粘接剂中常用的理论

聚合物之间，聚合物与非金属或金属之间，金属与金属和金属与非金属之间的胶接等都存在聚合物基料与不同材料之间界面胶接问题。

粘接是不同材料界面间接触后相互作用的结果。

因此，界面层的作用是胶粘科学中研究的基本问题。

诸如被粘物与粘料的界面张力、表面自由能、官能基团性质、界面间反应等都影响胶接。

胶接是综合性强，影响因素复杂的一类技术，现有的胶接理论都是从某一方面出发来阐述其原理，至今全面唯一的理论是没有的。

吸附理论人们把固体对胶黏剂的吸附看成是胶接主要原因的理论，称为胶接的吸附理论。

理论认为：粘接力的主要来源是粘接体系的分子作用力，即范德化引力和氢键力。

胶粘与被粘物表面的粘接力与吸附力具有某种相同的性质。

胶黏剂分子与被粘物表面分子的作用过程有两个过程：第一阶段是液体胶黏剂分子借助于布朗运动向被粘物表面扩散，使两界面的极性基团或链节相互靠近，在此过程中，升温、施加接触压力和降低胶黏剂粘度等都有利于布朗运动的加强。

第二阶段是吸附力的产生。

当胶黏剂与被粘物分子间的距离达到10-5&Aring;时，界面分子之间便产生相互吸引力，使分子间的距离进一步缩短到处于最大稳定状态。

根据计算，由于范德华力的作用，当两个理想的平面相距为10&Aring;时，它们之间的引力强度可达10-1000MPa；当距离为3-4&Aring;时，可达100-1000MPa。

这个数值远远超过现代最好的结构胶黏剂所能达到的强度。

因此，有人认为只要当两个物体接触很好时，即胶黏剂对粘接界面充分润湿，达到理想状态的情况下，仅色散力的作用，就足以产生很高的胶接强度。

可是实际胶接强度与理论计算相差很大，这是因为固体的力学强度是一种力学性质，而不是分子性质，其大小取决于材料的每一个局部性质，而不等于分子作用力的总和。

计算值是假定两个理想平面紧密接触，并保证界面层上各对分子间的作用同时遭到破坏时，也就不可能有保证各对分子之间的作用力同时发生。

胶黏剂化学 胶接基础 西南林业大学

西南林业大学 Southwest Forestry University
第二章 胶接基础
第二章 胶接基础
西南林业大学 Southwest Forestry University
本章主要内容
❖ 胶接的各种理论（机械、物理、化学、扩散、静电） ❖ 胶接界面化学 ❖ 影响胶接强度的因素 ❖ 胶接流变学与胶接破坏 ❖ 胶黏剂的基本条件 ❖ 木材胶黏剂的选择
R-C-NH-R'
O
R-H + R'-COOH
R-C-R' O
R-H + R'-COCl
R-C-R'
第二章 胶接基础
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❖ 羟基与-NCO，R CH CH2 ，R-CH2-OH反应
O
O
R-OH + R'-NCO
R-O-C-NH-R'
Young公式
式中：SV ── 固/气界面张力；
LV ── 液/气界面张力；
SL ── 固/液界面张力；
S ── 在真空状态下固体的表
面张力；
SV
LV 液滴
SL
π——吸附于固体表面的气体膜
压力，也称吸附自由能。对于有机 图1-1 液体在固体表面上的浸润状态
高分子等低表面能固体，可以忽略
不计。
第二章 胶接基础
第二章 胶接基础
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总结
❖ 胶接过程是一个复杂的过程，以上几种胶接理论既有实验 事实作依据，又都存在有局限性。
❖ 胶接效果是主价力、次价力、静电引力和机械作用力等综 合作用的结果。

粘接理论之机械理论(与“理论”有关文档共2张)

机械结合理论不能解释非多孔性材料，如表面光滑的玻璃等物体的胶接现象，也无法解释由于材料表面化学性能的变化对胶接作用的影响。
• 度机璃的等变有械物化关结体对。合的胶理胶接论接作不现 用能象 的解， 影也 响释。无非法多解孔释性由材于料材，料如表表面面化光学滑性的能玻 机该机由机该机机机该机该该该 他机机由机他该该机 该该他该械理械M械理械械械理械理理理认械械M械认理理械理理认理cc结 论 结 结 论 结 结 结 论 结 论 论 论为 结 结 结 为 论 论 结论 论 为 论bbaa合将合合将合合合将合将将将 液合合合液将将合 将将液将iinn力胶力力胶理力力胶理胶胶胶 态力理力态胶胶力 胶胶态胶∙∙HH与接与与接论与与接论接接接 胶与论与胶接接与 接接胶接oopp摩作摩摩作不摩摩作不作作作 粘摩不摩粘作作摩 作作粘作kkii擦用擦擦用能擦擦用能用用用 剂擦能擦剂用用擦 用用剂用ss提提力归力力归解力力归解归归归 充力解力充归归力 归归充归出出有因有有因释有有因释因因因 满有释有满因因有 因因满因的的关于关关于非关关于非于于于被关非关被于于关于于被于机机，机，，机多，，机多机机机 胶，多，胶机机， 机机胶机械械必械必必械孔必必械孔械械械 接必孔必接械械必 械械接械结结然粘然然粘性然然粘性粘粘粘 物然性然物粘粘然 粘粘物粘合合与附与与附材与与附材附附附 表与材与表附附与 附附表附理理压作压压作料压压作料作作作 面压料压面作作压 作作面作论论力用力力用，力力用，用用用 的力，力的用用力 用用的用是是、。、、。如、、。如。。。 缝、如、缝。。、 。。缝。胶胶表表表表表表表隙表表表隙表 隙接接面面面面面面面或面面面或面 或领领不不不光不不光凹不光不凹不 凹域域平平平滑平平滑陷平滑平陷平 陷中中度度度的度度的处度的度处度 处最最有有有玻有有玻，有玻有，有 ，早早关关关璃关关璃固关璃关固关 固提提。。。等。。等化。等。化。 化出出物物后物后后的的体体在体在在胶胶的的界的界界接接胶胶面胶面面理理接接区接区区论论现现产现产产。。象象生象生生，，啮，啮啮也也合也合合无无连无连连法法接法接接解解解(((或或或释释释投投投由由由锚锚锚于于于效效效材材材果 果 果料 料 料)))。。。表表表面面面化化化学学学性性性能能能的的的变变变化化化对对对胶胶胶接接接作作作用用用的的的影影影响响响。。。
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• Zisman将固体表面分为高能表面和 低能表面，凡表面能>200mN／m2 为高能表面，金属、金属氧化物和 无机化合物的表面，都是高能表面， 表面能<100mN／m2为低能表面， 有机化合物、聚合物和水都属低能 表面。
（2）润湿
• 高能表面的临界表面张力γc >胶粘剂 的γLV ，容易铺展润湿；低能表面的 γc < 一般胶粘剂的γLV ，所以不易铺
（2）润湿
➢ 要想粘接PTFE，只有利用钠-萘溶 液进行化学处理，或利用低温等离子 体技术对被黏物进行表面改性，才能 进行粘接。
（3）界面扩散
• 胶粘剂分子或分子链段与处于熔融或 表面溶胀状态的被粘聚合物表面接触 时，分子之间会产生相互跨越界面的 扩散，界面会变成模糊的弥散状，两 种分子也可能产生互穿的缠绕。
2. 胶接接头
（1）定义
➢胶接接头：被胶接材料通过胶粘剂 进行连接的部位。
2. 胶接接头
（1）定义
➢胶接接头的结构形式很多，从接头的 使用功能、受力情况出发，有以下几 种基本形式：
2. 胶接接头
（2）基本形式
① 搭接接头（lap joint）： 由两个被胶接部分的叠合，胶接在一起 所形成的接头。
2. 形成胶接的条件
（4）形成胶接键
➢ 当胶粘剂固化或硬化后，生成的胶 接键即被固定下来而保有强度。
（4）形成胶接键
➢要获得高强度的胶接接头，首先必要 的条件是在界面处要能建立分子级的 紧密接触，分子的距离一般应小于0. 5nm，否则界面作用力太小，不能 承受稍大的应力。
（4）形成胶接键
➢其次，胶粘剂与被粘物界面上，最好 能通过分子的扩散作用，形成分子间 的缠结，这有利于提高强度，为提高 胶接强度，还必须掌握影响强度的一 系列因素，并加以控制。
σ a ≈ 1500 MPa
➢ 如果分子相互作用力不仅是色散力， 还有氢键力，诱导力甚至化学键力
的话，则Z0和Wa值更要大得多，即
使如此， 计算出来的理想胶接强度
σ a，也要比实际胶接强度大两个数
量级以上。
2. 形成胶接的条件
（1）胶接的基本过程 B. 实际的胶接
➢实际的胶接，大多数都要使用胶粘 剂，才能使两个固体通过表面结合 起来。
3. 影响胶接作用的因素
（1）胶黏剂的作用
• 绝大多数固体表面，从微观的尺度来 看，是凹凸不平的，将这样的表面迭 合起来，只有很小的点面能相互接触， 大部分的表面都不能接触，因此分子 的总吸引力很小，很容易被分开。
（3）界面扩散
利用胶粘剂粘接金属，由于金属分子 是以金属键紧密结合起来的，分子的 位置固定不变，而且金属分子排列规 整，有序性高，大多数能生成晶体构 造，密度大而结构致密。
（3）界面扩散
不但金属分子不能发生扩散作用，就 是胶粘剂的分子也不可能扩散到金属 相里面去，所以，胶粘剂粘接金属形 成的界面是很清晰的。
2. 形成胶接的条件
（1）胶接的基本过程
A. 理想的胶接
两个表面产生的相互作用，达到一定程 度而形成胶接键，胶接键可能是次价键 或主价键，最后达到热力学平衡的状态。
A. 理想的胶接
• 理想的胶接，因为是从理想状态出发 的，没有考虑一系列可能影响胶接强 度的实际因素，所以实际是不存在的， 但可以在一些假定的前提下将理想胶 接的强度计算出来。
不润湿 部分润湿（临界） 完全润湿
（2）润湿
判断润湿性可用接触角来衡量，这可用 Young方程来表示：
SV = LV cos + SL （1）
SV = LV cos + SL （1）
θ：接触角，也称为润湿角； γSV：固气界面张力； γLV：液气界面张力；γSL：固液界面张力。
此式应处于热力学平衡状态才有意义。
（3）受力分析
➢接头胶层在外力作用时，有四种受力 情况：
（a）正拉
拉应力：外力与胶接面垂直，且均匀 分布于整个胶接面。
（3）受力分析
（b）剪切
剪切力：外力与胶接面平行，且均匀 分布于胶接面上。
（3）受力分析
（c）剥离
剥离力：外力与胶接面成一定角度， 并集中分布在胶接面的某一线上。
（3）受力分析
（1）胶接的基本过程 B. 实际的胶接
➢当界面与胶黏剂分子紧密接触后， 胶粘剂分子通过自身的运动，建立 起最合适的构型，胶黏剂分子与界 面达到吸附平衡。
B. 实际的胶接
➢随后，胶粘剂分子对被粘物表面进行 跨越界面的扩散作用，形成扩散界面 区。
➢对高分子被粘物而言，这种扩散是相 互进行的。
B. 实际的胶接
（3）界面扩散
若对金属表面进行改性，除去松散的氧 化层、污染层，并使之生成疏松多孔状 表面，或增加表面的粗糙度，会有利于 胶粘剂分子的扩散、渗透或相互咬合， 有可能提高胶接强度。
（3）界面扩散
另外，选择强极性的或能与金属表面产 生化学键的胶粘剂，也能提高胶接强度， 借助偶联剂的作用，也是提高胶接强度 的有效方法。
B. 实际的胶接
➢当聚合物处于橡胶态温度以上时(未 达熔融态)，利用加压使两块处于橡 胶态的聚合物紧密接触；
B. 实际的胶接
➢两块紧密接触的聚合物，通过界面 上分子间的扩散，生成物理结点或 分子相互作用引力，这时不需要胶 粘剂也可能使聚合物胶接起来。
B. 实际的胶接
不过，由于所需要的压力大，时间 长，又要消耗热能，而且有许多降 低胶接力的影响因素并未排除，使 分子间不易达到紧密接触，得到的 胶接强度并不理想。
可从以下几种方式来判断润湿：
（1）从接触角(润湿角)来判断 习惯上将液体在固体表面的接触角
θ = 90º时定为润湿与否的分界点。 θ ＞90º 为不润湿，θ ＜90º为润湿，
接触角θ 越小，润湿性能越好。
(2) 由Dupre'胶接功的方程式判断润湿
Wa =γSV + γLV - γSL （2）
Wa：胶接功，表征胶接性能的热力学
参数。一般Wa值越大，胶接力也越 大，润湿性越好。
γSV 、γLV 两种表面张力测试麻烦，将
式( 1 )代入式( 2 )中得：
Wa = γLV (1 + cosθ )
此式称为Young-Dupre’方程，θ 越小，Wa 越大，润湿性越好。
(3)用铺展系数来判断润湿
铺展系数：
S =γSV - γSL -γLV
A. 理想的胶接
• 一般，理想的胶接强度比实际的胶接 强度要大几个数量级，理想的胶接有 理论意义，有利于分析理解胶接的机 理，对实际的胶接过程有重要的指导 意义。
A. 理想的胶接
在温度和压力不发生变化的前提下， 把两个已经胶接起来的相，从平衡状态 可逆地分开到无穷远，彼此的分子不再 存在任何相互作用时，所消耗的能量即 为粘合能，也就是胶接力。
（3）界面扩散
• 这时，虽然分子间只有色散力的相互 作用，也有可能达到相当高的胶接强 度。
（3）界面扩散
• 若胶粘剂与高分子材料被粘物的相 容性不好，或润湿性不良，则胶粘 剂分子因受到斥力作用，链段不可 能发生深度扩散，只在浅层有少许 扩散，这时界面的轮廓显得分明。
（3）界面扩散
• 只靠分子色散力的吸引作用结合的 界面，在外力作用下，容易发生滑 动，所以胶接强度不会很高。
（d）劈开
劈裂力（不均匀扯离力）：外力垂直于 胶接面，但不均匀分布在整个胶接面上。
（3）受力分析
➢为了分析方便，上述四种应力尚可 简化为拉应力和剪切力两类。
➢拉应力包括均匀扯离（正拉）力， 不均匀扯离（劈裂）力和剥离力。
2. 形成胶接的条件
（1）胶接的基本过程
A. 理想的胶接
理想的胶接是当两个表面彼此紧密接 触之后，分子间产生相互作用；
2. 形成胶接的条件
（2）润湿
➢为形成良好的胶接，首先要求胶粘 剂分子和被胶接材分子充分接触。
（2）润湿
➢为此，一般要将被胶接体表面的空 气、水蒸气等气体排除，使胶粘剂 液体和被胶接材接触：即将气—固 界面转换成液—固界面，这种现象 叫做润湿，其润湿能力叫做润湿性。
（2）润湿
➢胶粘剂在涂胶阶段应当具有较好的 流动性，而且其表面张力应小于被 粘物的表面张力，这意味着，胶粘 剂应当在被粘物表面产生润湿，能 自动铺展到被粘物）润湿
如果被粘物表面出现润湿不良的界面 缺陷，则在缺陷的周围就会发生应力 集中的局部受力状态。
（2）润湿
此外，表面未润湿的微细孔穴，粘接时 未排尽空气或胶粘剂带入的空气泡，以 及材料局部的不均匀性，都可能引起润 湿不良的界面缺陷，这些都应尽量排除。
（2）润湿
➢气液接触时的三种状态
展润湿。
（2）润湿
• 临界表面张力γc较大的被粘物，选择
比被粘物γc小的胶粘剂比较容易，有 较多的胶粘剂品种可供选择；γc 越小，
则越不容易选择能有效润湿的胶粘剂。
➢例如，聚四氟乙烯(PTFE)的γc只有19
mN／m，很不容易找到表面张力比 这还小的胶粘剂，所以PTFE具有难 粘的特性，利用这一特性，将PTFE 热喷涂于锅面，就可以制成不粘锅。
2. 胶接接头
（2）基本形式
②面接接头（surface joint） 两个被胶接物主表面胶接在一起所形 成的接头。
2. 胶接接头
（2）基本形式
③对接接头（butt joint） 被胶接物的两个端面与被胶接物主表面 垂直。
2. 胶接接头
（2）基本形式
④角接接头（angle joint） 两被胶接物的主表面端部形成一定角 度的胶接接头。
单位面积上所需的胶接力，称为理想
胶接强度，以σ a表示：
a 16 Wa
9(3)1/ 2 Z 0
➢ Z0：两相达到平衡时的距离； ➢ Wa：胶接功。
大多数聚合物的分子相互作用，只存
在色散力，一般Z0 = 0.2 nm， Wa =