第二章_粘接原理与粘接技术

nullnull 粘 接 剂选修课主讲：赵 鑫 苏州科技学院多媒体第二章 粘接原理与粘接技术第二章 粘接原理与粘接技术 本章主要 §2.1 被粘物面特征及表面要求 §2.2 润湿和粘接理论 §2.3 被粘物表面处理 §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§2.1 被粘物表面特征及表面处理要求§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 §2.1 被粘物表面特征及表面处理要求§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 1、净化被粘物表面——物理机械法 机械处理： 洗涤： 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： §2.2 润湿和粘接理论§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. §2.2 润湿和粘接理论§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。§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：● 基于化学键理论，通过化学键结合。键合力是粘接力中最强也最理想的一种力，但化学键力存在并不非常普遍。 §2.2 润湿和粘接理论§2.2 润湿和粘接理论§2.2 润湿和粘接理论2．分子间作用力（又称次价力） ● 基于吸附理论和扩散理论： ①界面上发生吸附作用而产生分子间力。 ②分子或分子链的扩散而形成粘接力（自粘接作用）。 ● 分子间作用力包括取向力，诱导力，色散力和氢键。 ● 胶粘剂固化后这种次价力作用很大，而且普遍存在，是粘接力的重要组成部分 。 §2.2 润湿和粘接理论 §2.2 润湿和粘接理论3．机械作用力 ●基于摩擦理论：对表面粗糙，多孔性材料的粘接，常可产生较大的机械作用力（摩擦力）而形成粘接。 ●机械力对非极性多孔材料的粘接起决定性作用。 4．界面静电吸引力 ●基于静电理论：具有供电子体与受电子体性质的两种物质相接触，可形成双电层而产生界面静电吸引力（较弱）。 §2.2 润湿和粘接理论 §2.2 润湿和粘接理论● 注意：以上几种力的产生是具有条件的，即力场的范围不超过1nm，作用力最强范围为0.3~ 0.5nm。故要求粘接点密度高，润湿好。 四、粘接过程的界面化学 1.形成良好粘接的先决条件： ①胶液与被粘材料表面可形成良好的润湿。 ②粘合剂必须具有流动性以便充分接触和渗透； ③胶层有一定内聚强度，液态胶内聚强度接近0，必须固化形成粘接； 故良好粘接作用的形成：润湿是前提，流变、扩 散是重要过程，渗透是有益作用，成键是关键。 §2.2 润湿和粘接理论 §2.2 润湿和粘接理论2.表面现象基本原理： ● 液体在固体表面湿润达到热力学平衡时，存在下列关系： 显然： 越大， 越小，则θ角越小，越易湿润，既张力小的液体物质可很好的湿润表面张力大的物质，反之不行。如油水的铺展。 §2.2 润湿和粘接理论 §2.2 润湿和粘接理论 通常金属、玻璃、陶瓷、（木材）等无机物表面张力很大，容易被胶粘剂湿润，粘接容易。但当其表面被油污染后，表面张力变小，湿润变差，常使粘接失败，这就是涂胶前进行脱脂处理的原因。 §2.3 被粘物表面处理方法§2.3 被粘物表面处理方法一、表面清理 除杂、除污、脱漆等。 二、脱除油脂 1、溶剂除油： 常用溶剂： 丙酮、甲乙酮、汽油、无水乙醇； 四氯化碳、三氯乙烯、过氯乙烯等 2、碱液除油： 特点：主要用于动植物油的去除，但除矿物油效果差，常需配制碱液清洗剂。§2.3 被粘物表面处理方法§2.3 被粘物表面处理方法碱液除油清洗剂配方： 配方 钢铁 铜及其合金 铝及其合金 氢氧化钠：50-60g/L — — 碳酸钠： 50-60g/L 10-20g/L — 磷酸钠： 86-100g/L 10-20g/L 10-30g/L 硅酸钠： 10-15 g/L 25g/L 3-5g/L OP乳化剂： — 2-3g/L 2-3g/L 处理条件：80℃/30min 70℃/30min 50℃/10min §2.3 被粘物表面处理方法§2.3 被粘物表面处理方法3、超声波除油 适合结构复杂的构件。 三、除锈 1、机械法： 2、化学法： 硫酸+缓蚀剂（硫脲、联苯胺、食盐等） 盐酸+缓蚀剂（六次甲基次胺、甲醛等） §2.3 被粘物表面处理方法§2.3 被粘物表面处理方法四、表面化学处理 1、金属的表面活化或钝化 2、难粘材料的表面活化 PE/PP: 配方：重铬酸钾（5份）+ 浓硫酸（60份）+水（3份） 处理条件：60-70℃/10-20min PTFE: 配方： 金属钠 （23g） + 精萘 （128g） + 四氢呋喃（1000ml） 处理条件：室温 ，1-5min。 §2.4 胶粘剂的固化 §2.4 胶粘剂的固化1.热熔胶的固化 ● 冷却→固化→形成粘结 ● 注意：（1）使用温度要低于热熔胶的Tg. （2）要严格控制熔融温度（确保充分润湿）和凉置时间（速度：不能冷却太快而影响结晶，使F下降） 2.溶液型胶粘剂的固化 ● 利用溶液的挥发固化. ● 注意： 1）挥发速度的控制 2）施工安全：防火灾，防中毒。 §2.4 胶粘剂的固化 §2.4 胶粘剂的固化3.乳液型胶粘剂的固化 ● 利用水的吸除与挥发固化，类似于溶液型胶粘剂的固化。 ● 注意：施胶时环境温度要高于其最低成膜温度。 4.反应型胶粘剂的固化 ●利用加入固化剂、引发剂、催化剂或利用物理方法（如：光敏化、光热辐射）而使胶基料中的活性基团发生化学交链而固化。 §2.4 胶粘剂的固化 §2.4 胶粘剂的固化● 注意： 1）固化中防止出现凝胶化现象，凝胶化急剧放热，破坏胶层形成，使粘接失败。 出现凝胶化现象的原因： a.固化剂过量，b.局部固化剂不均匀。 2）固化温度的控制：严格按设定固化温度进行，高温固化的胶种最好采用程序升温固化，防止溢流、分层（高温条件下固化，有挥发性小分子生成的胶种，要施压粘接固化；不产生小分子的胶种，仅施接触压力粘接固化）。 §2.4 胶粘剂的固化 §2.4 胶粘剂的固化3）固化剂用量要严格控制：一般按化学计量略过量（5%）。 4）固化速度的控制： ●使用混合固化剂， ●催化固化； ●使用氧化还原引发体系，降低固化温度，提 高固化速度。 §2.5 粘接强度及其影响因素§2.5 粘接强度及其影响因素● 粘接强度：单位粘接面承受的粘接力。 ●粘接强度包括胶层的内聚强度和粘接强度及材料自身强度。 ●粘接强度的大小与胶粘剂的组成、基料的结构与性质、被粘物的性质及粘接工艺有关。最终强度取决于三者中最弱者。 一．基料的物理力学性能 以非晶态线型高聚物为例讨论。 §2.5 粘接强度及其影响因素 §2.5 粘接强度及其影响因素1. 线型非晶态高聚物的物理状态图. 线型非晶态高聚物的形变温度曲线Tg—玻动化温度 Tf—粘流化温度 §2.5 粘接强度及其影响因素 §2.5 粘接强度及其影响因素● 上图直观地反映了基料在一定温度下所处的物理状态及其力学性能。 故选用胶粘剂基料时，要注意基料的物理状态应与胶粘剂的使用条件一致。 ●例：通常胶粘剂基料在室温下或在使用温度范围应处于玻璃态：即Tg应高于室温或使用温度。 但对热熔胶，其Tg不能太高，否则施胶不方便。Tg太高的热熔胶可以加入增塑剂或调节分子量进行调整 §2.5 粘接强度及其影响因素 §2.5 粘接强度及其影响因素2.高分子材料的蠕变和应力松弛 1）蠕变：在外力作用下，高分子材料产生变形时，形变的建立需要一定的时间，而且在外力保持恒定时，形变会随时间的延长而增大。这种现象称为蠕变。 蠕变在Tg （玻璃转化区）附近最明显。在高弹态或T<