贴合原理及粘接技术(精)

聚氨酯的粘接机理、粘接工艺及配方设计聚氨酯的粘接机理、粘接工艺及配方设计概述：A、金属、玻璃、陶瓷等的粘接金属、玻璃等物质表面张力很高,属于高能表面,在PU胶粘剂固化物中含有内聚能较高的氨酯键和脲键,在一定条件下能在粘接面上聚集,形成高表面张力胶粘层。

一般来说,胶粘剂中异氰酸酯或其衍生物百分含量越高,胶粘层的表面张力越大,胶越坚韧,能与金属等基材很好地匹配,粘接强度一般较高。

含一NCO基团的胶粘剂对金属的粘接机理如下:金属表面一般存在着吸附水(即使经过打磨处理的金属表面也存在微量的吸附水或金属氧化物水合物),一NCO与水反应生成的脲键与金属氧化物之间由于氢键而螯合形成酰脲—金属氧化物络合物,一NCO 基团还能与金属水合物形成共价键等。

在无一NCO场合,金属表面水合物及金属原子与氨酯键及脲键之间产生范德华力和氢键,并且以TDI、MDI为基础的聚氨酯胶粘剂含苯环,具有冗电子体系,能与金属形成配价键。

金属表面成分较为复杂,与PU胶之间形成的各种化学键或次价键(如氢键)的类型也很复杂。

玻璃、石板、陶瓷等无机材料一般由Ah09、S02、CaO和Na20等成分构成,表面也含吸附水、羟基,粘接机理大致与金属相同oB、塑料、橡胶的粘接橡胶的粘接一般选用多异氰酸酯胶粘剂或橡胶类胶粘剂改性的多异氰酸酯胶粘剂,胶粘剂中所含的有机溶剂能使橡胶表面溶胀,多异氰酸酯胶粘剂分子量较小,可渗入橡胶表层内部,与橡胶中存在的活性氢反应,形成共价键。

多异氰酸酯还会与潮气反应生成脲基或缩二脲,并且在加热固化时异氰酸酯会发生自聚,形成交联结构,与橡胶分子交联网络形成聚合物交联互穿网络(IPI),因而胶粘层具有良好的物理性能。

用普通的聚氨酯胶粘剂粘接橡胶时,由于各材料基团之间的化学及物理作用,也能产生良好的粘接。

PVC、PET、FRP等塑料表面的极性基团能与胶粘剂中的氨酯键、酯键、醚键等基团形成氢键,形成有一定粘接强度的接头。

有人认为玻纤增强塑料(FRP)中含一OH基团,其中表面的一OH与PU胶粘剂中的一NCO 反应形成化学粘接力。

粘接原理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。

粘接技术简介1、粘接机理用胶粘剂将物体连接起来的方法称为粘接。

显而易见，要达到良好的粘接，必须具备两个条件：胶粘剂要能很好地润湿被粘物表面；胶粘剂与被粘物之间要有较强的相互结合力，这种结合力的来源和本质就是粘接机理。

粘接的过程可分为两个阶段。

第一阶段，液态胶粘剂向被粘物表面扩散，逐渐润湿被粘物表面并渗入表面微孔中，取代并解吸被粘物表面吸附的气体，使被粘物表面间的点接触变为与胶粘剂之间的面接触。

施加压力和提高温度，有利于此过程的进行。

第二阶段，产生吸附作用形成次价键或主价键，胶粘剂本身经物理或化学的变化由液体变为固体，使粘接作用固定下来。

当然，这两个阶段是不能截然分开的。

至于胶粘剂与被粘物之间的结合力，大致有以下几种可能：（1）由于吸附以及相互扩散而形成的次价结合。

（2）由于化学吸附或表面化学反应而形成的化学键。

（3）配价键，例如金属原子与胶粘剂分子中的N、O等原子所生成的配价键。

（4）被粘物表面与胶粘剂由于带有异种电荷而产生的静电吸引力。

（5）由于胶粘剂分子渗进被粘物表面微孔中以及凸凹不平处而形成的机械啮合力。

不同情况下，这些力所占的相对比重不同，因而就产生了不同的粘接理论，如吸附理论、扩散理论、化学键理论及静电吸引理论等。

2、粘接工艺过程粘接工艺过程一般可分为初清洗、粘接接头机械加工、表面处理、上胶、固化及修整等步骤。

初清洗是将被粘物件表面的油污、锈迹、附着物等清洗掉，然后根据粘接接头的形式和形状对接头处进行机械加工，如表面机械处理，以形成适当的表面粗糙度等。

粘接的表面处理是粘接好坏的关键。

常用的表面处理方法有溶剂清洗、表面喷砂和打毛、化学处理等。

化学处理一般是用铬酸盐和硫酸溶液、碱溶液等，除去表面松疏的氧化物和其他污物，或使某些较活泼的金属“钝化”，以获得牢固的粘接层。

上胶厚度一般以0.05～0.15mm为宜。

固化时，应掌握适当的温度。

固化时施加压力，有利于粘接强度的提高。

3、粘接强度根据接头受力情况的不同（见下图），粘接强度可分为抗拉强度、抗剪强度、劈裂（扯裂）强度及剥离强度等。

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，而现有的胶接理论都是从某一方面出发来阐述其原理，所以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10-5Å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10Å时，它们之间的引力强度可达10-1000MPa;当距离为3-4Å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。

胶黏剂的极性太高，有时候会严重妨碍湿润过程的进行而降低粘接力。