胶接基础.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,胶接基础(jch),2026/1/28 周三,1,第一页，共87页。,胶接理论(lln)发展简史：,大约3 个世纪前，牛顿对胶接现象(xinxing)作了科学的论述。,大约100 年前，Young 通过表面张力的研究，提出了著名的Young 方程。,稍后，Dupre 研究了表面张力与粘附功的关系，奠定了古典热力学胶接理论的基础。,Cooper 首先提出了湿润的概念。,20 世纪40 年代以来，胶接理论的研究出现了高潮：40 年代，A.D.Mclaren等人提出的吸附理论；Deryaguin 等人得出的静电理论；Voyutskii 等人提出的扩散理论，等等。,60 年代以来，胶接界面化学、胶接破坏机理等方面的研究也取得很大进展：建立并逐步完善了化学键理论、弱界面层理论、机械结合理论和胶粘剂流变学理论等。,2026/1/28 周三,2,第二页，共87页。,胶接接头：被胶接材料通过胶粘剂进行连接的,部位。,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(j zhn)基本形式。,2026/1/28 周三,3,第三页，共87页。,胶接接头的基本形式,（1）搭接接头（lap joint）：,由两个被胶接部分(b fen)的叠合，,胶接在一起所形成的接头,2026/1/28 周三,4,第四页，共87页。,(2)面接接头(ji tu)（surface joint）,两个被胶接物主表面胶接,在一起所形成的接头(ji tu),2026/1/28 周三,5,第五页，共87页。,(3)对接接头（butt joint）,被胶接物的两个端面与,被胶接物主表面(biomin)垂直,2026/1/28 周三,6,第六页，共87页。,(4)角接接头（angle joint）,两被胶接物(ji w)的主表面端部,形成一定角度的胶接接头,2026/1/28 周三,7,第七页，共87页。,接头(ji tu)胶层在外力作用时，有四种受力情况。,（,a）,正拉,（,b）,剪切,（c）剥离(bl),（,d）,劈开,2026/1/28 周三,8,第八页，共87页。,拉应力：外力与胶接面垂直，且均匀分布于整个胶接面。,剪切力：外力与胶接面平行，且均匀分布于胶接面上。,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(yxin)上。,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。,2026/1/28 周三,9,第九页，共87页。,为了(wi le)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。,2026/1/28 周三,10,第十页，共87页。,第一节 形成(xngchng)胶接的条件,1.胶接的基本过程,1.1 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，达到(d do)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(d do)热力学平衡的状态。,2026/1/28 周三,11,第十一页，共87页。,理想的胶接强度，可以在一些假定的前提(qint)下计算出来。因为这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，所以理想的胶接强度比实际测得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。,2026/1/28 周三,12,第十二页，共87页。,式中Z0是两相达到(d do)平衡时的距离；Wa为胶接功。,在温度和压力不发生变化的前提下，把两个已经胶接,起来(q li)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的影响时，所消耗的能即为粘,合能，也就是胶接力。单位面积上所需的胶接力，称为,理想胶接强度，以a表示：,2026/1/28 周三,13,第十三页，共87页。,在大多数聚合物的分子(fnz)相互作用，只存在色散力的情,况下，一般Z0=0.2 nm，Wa=10-5Jcm2，于是,a 1500 MPa,如果分子(fnz)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，则值更要大得多。即使如此，,这一计算出来的理想胶接胶接强度，也要比实际胶接强,度大两个数量级以上。,2026/1/28 周三,14,第十四页，共87页。,1.2 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。聚合物处于橡胶态温度以上时(未达熔,融态)，通过加压紧密接触，使两块处于橡胶态的聚合物，,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(xyo)胶粘剂也可能使聚合物胶接起来。,2026/1/28 周三,15,第十五页，共87页。,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。,金属、无机材料不存在橡胶(xingjio)态，在固态的情况下，即,使加压、加热，也不可能达到分子接触，这就更需要依,靠胶粘剂来实现胶接。,2026/1/28 周三,16,第十六页，共87页。,在胶接过程中，由于胶粘剂的流动性和较小的表面,张力，对被粘物表面产生润湿作用，使界面分子紧密接,触，胶粘剂分子通过自身的运动，建立起最合适的构型，,达到(d do)吸附平衡。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。,2026/1/28 周三,17,第十七页，共87页。,对高分子被粘物而言，这种扩散是相互进行的；金,属或无机物由于受结晶结构的约束，分子较难运动，但,胶粘剂在硬化(ynghu)前，分子可以扩散到表面氧化层的微孔中,去，达到分子的紧密接触，最后仍能形成以次价力为主,的或化学键的胶接键。这就是胶接的基本过程。全过程,的关键作用是润湿、扩散和形成胶接键。,2026/1/28 周三,18,第十八页，共87页。,2 润湿(rn sh),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(jich)。为此，一般要将被胶接体表面的空气、,或者水蒸气等气体排除，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。,2026/1/28 周三,19,第十九页，共87页。,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。,当被粘物表面存在(cnzi)凹凸不平和峰谷的粗糙表面形貌时，,能因胶粘剂的润湿和铺展，起填平峰谷的作用，使两个被,粘物表面通过胶粘剂而大面积接触，并达到产生分子作用,力的0.5 nm以下的近程距离。,2026/1/28 周三,20,第二十页，共87页。,这就要求要选择能起良好润湿效果的胶粘剂。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,宜润湿与胶接的表面状态。要尽量避免润湿不良(bling)的情况。,如果被粘物表面出现润湿不良(bling)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(bling)的界面缺陷，这些都,应尽量排除。,2026/1/28 周三,21,第二十一页，共87页。,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）,式中，为接触角，也称为润湿角；SV为固气界面张力；LV为液气界面张力；SL为固液界面张力。,此式应处于热力学平衡(pnghng)状态才有意义。,2026/1/28 周三,22,第二十二页，共87页。,可从以下几种方式(fngsh)来判断润湿：,（1）从接触角(润湿角)来判断,习惯上将(shngjing)液体在固体表面的接触角=90时定为润湿,与否的分界点。,90 为不润湿，90为润湿，接触角越小，,润湿性能越好。,2026/1/28 周三,23,第二十三页，共87页。,(2)由Dupre胶接功的方程式来判断润湿,Wa=SV+LV-SL （2）,式中Wa为胶接功，是表征胶接性能的热力学参数(cnsh)。,一般Wa值越大，胶接力也越大，润湿性越好。因为,SV、LV 两种表面张力测试麻烦，将式(1)代入式(2),中得：,Wa=LV(1+cos),此式称为Young-Dupre方程，越小，Wa越大。,2026/1/28 周三,24,第二十四页，共87页。,(3)用铺展系数来判断润湿,铺展系数为,S=SV-SL-LV,当S=0，表示可能发生液体(yt)在固体表面上自动铺,展，即能润湿；,S 0，必然发生铺展，即润湿性好；,S 200mNm2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，表面能胶粘剂的LV，容易铺展润湿；,低能(dnng)表面的c 一般胶粘剂的LV，所以不易铺展润,湿。,2026/1/28 周三,26,第二十六页，共87页。,临界表面张力(biominzhngl)c较大的被粘物，选择比被粘物c小的,胶粘剂比较容易，有较多的胶粘剂品种可供选择。但c,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c只有19mNm，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。,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进行处理使表面改性，才能进行粘接。,2026/1/28 周三,27,第二十七页，共87页。,3 界面(jimin)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。这时，虽然分子间只有色散(ssn)力的相互作用，也,有可能达到相当高的胶接强度。,2026/1/28 周三,28,第二十八页，共87页。,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(shnd)扩散，只在浅层有少许扩散，这时界面的轮廓显,得分明。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。,2026/1/28 周三,29,第二十九页，共87页。,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(q li)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，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。,2026/1/28 周三,30,第三十页，共87页。,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。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(yuxio)方法。,2026/1/28 周三,31,第三十一页，共87页。,4 形成(xngchng)胶接键,利用胶粘剂粘接被粘物，最终的目的是形成具有一定强度能满足使用要求的胶接接头。润湿和扩散是胶接过程中出现的现象(xinxing)，其质量直接影响胶接键的强度。,胶粘剂润湿被粘物并发生扩散，在界面上两种分子间产生相互作用，当分子间的距离达到分子作用半径的以下时，会生成物理吸附键，即次价键。如表面发生化学吸咐，则生成化学键。,2026/1/28 周三,32,第三十二页，共87页。,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。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,。否则界面作用力太小，不能承受稍大的应力。,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(xngchng)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。,2026/1/28 周三,33,第三十三页，共87页。,第二节 影 响 胶 接 作 用 的 因 素,1 胶粘剂的作用,绝大多数固体表面，从微观(wigun)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。胶粘剂作用的目的之一，就在于可将,不规则的粗糙表面填补起来，使两个接触不良的表面，通,过胶粘剂产生高度的分子接触，提高胶接强度。,2026/1/28 周三,34,第三十四页，共87页。,在开始施加胶粘剂的时候，胶粘剂应当具有较好的流,动性和润湿性，这样才能对固体(gt)表面产生良好的润湿,铺展，起到填充凹凸不平表面的作用。然后，胶粘剂,又应当能够向界面扩散，并在恰当的时间发生固化或,硬化，具有较高的内聚强度，能经受较大的外力作用。,2026/1/28 周三,35,第三十五页，共87页。,不同的胶粘剂品种，有各种不同的固化或硬化(ynghu)方式。,溶剂型胶粘剂是通过溶剂的蒸发或扩散、渗透而固化；,热熔型胶粘剂是通过降低温度而固化；,化学反应型胶粘剂则是在一定的温度(通常是升温)下，通过内部产生聚合或缩聚反应而固化。,2026/1/28 周三,36,第三十六页，共87页。,2 粘度(zhn d),无论哪一种类型的胶粘剂，在使用的时候，均要保持,较小的粘度，以利于润湿、铺展和均匀地分布到被粘物,表面；同时还要求胶粘剂有较小的表面张力，才可能有,较好的润湿效果，自发地铺展于凹凸不平(o t b pn)的基体表面,上，形成良好的分子接触。,2026/1/28 周三,37,第三十七页，共87页。,（1）分子量,液体的粘度是由于液体的分子之间受到运动的影响而产生内摩擦阻力的表现。它除了受溶液浓度的影响以外，主要受分子量的影响：,式中，为高分子溶液的特性粘度；M为平均分子量；K、a为两个与体系(tx)有关的常数。,2026/1/28 周三,38,第三十八页，共87页。,（2）溶剂,一般来说，同一高分子在良溶剂中的粘度，要比在不良溶剂中的高一些。,（3）温度(wnd),随着温度(wnd)的升高粘度下降。热熔胶的熔融粘度受温度(wnd)的影响更为明显。,2026/1/28 周三,39,第三十九页，共87页。,粘度影响高分子和被粘物表面接触的紧密程度。,粘度低，胶粘剂较易润湿铺展，分子接触紧密，可得,到较高的胶接强度(qingd)。但是，粘度过低，虽然利于润湿铺,展，但也易于流淌，且内聚强度(qingd)不会太高。,2026/1/28 周三,40,第四十页，共87页。,溶剂型胶粘剂的粘度如果太低，当溶剂蒸发时，收,缩大，应力集中较严重，胶接强度反而降低(jingd)。,热熔型胶粘剂会因为和被粘物之间热膨胀系数的差,别，冷却时引起应力集中。所以，在调制或选择胶粘剂,时，需要综合考虑各种影响，设计最佳的粘度。,2026/1/28 周三,41,第四十一页，共87页。,胶粘剂的粘度(zhn d)应当是随着胶接过程的推进而逐步升,高，最终硬化或固化。胶粘剂在低粘度(zhn d)状态时的时间久一,点，可以增加接触的程度和胶接强度。从实用观点出发，,绝大多数胶粘剂至少应在几分钟之内保持相当的流动性。,对大面积一次粘接时，则希望保持流动性的时间略长,一点，以便顺利完成大面积的均匀涂胶。,2026/1/28 周三,42,第四十二页，共87页。,一次粘接面较小的，则保持低粘度时间可短一点，如,氰基丙烯酸酯类胶粘剂，多用于小面积快速胶接，,保持低粘度时间只需几秒或几十秒。,胶粘剂处于流动状态的时间，是胶接过程的重要参数,之一，也是胶粘剂控制适用期的重要因素。根据所要求(yoqi),的胶接水平，综合考虑胶粘剂的粘度及保持流动性的时,间是很重要的。,2026/1/28 周三,43,第四十三页，共87页。,3 表面(biomin)能,胶粘剂与基体之间的接触程度也受到表面能的影响。,Zisman曾经指出(zh ch)，接触角对衡量接触程度是有用的量度。,液体胶粘剂和高表面能固体之间的分子相互作用能，般都超过液体分子本身的内聚能。,2026/1/28 周三,44,第四十四页，共87页。,金属、金属氧化物和各种无机物都是高能表面，如,与其接触的液体或胶粘剂的粘度很低，表面张力也低,则,其接触角很小，可以自动润湿铺展，分子相互接触紧,密，胶接强度(qingd)可能高。,反之，许多极性的液体胶粘剂和非极性的聚乙烯或,其他聚合物，由于低能表面以及和液体胶粘剂的极性不,相匹配，形成的接触角大，胶接效果不好，胶接强度(qingd)也,不会高。,2026/1/28 周三,45,第四十五页，共87页。,实践证明，凡是液体或胶粘剂表面张力低于基体表面,张力，就会表现出良好的润湿铺展(pzhn)效果，并且分子接触比,较紧密，意味着会出现较高的胶接强度。,非极性聚合物如聚乙烯和聚四氟乙烯的表面能和临界,表面张力分别为s、23.9 mNm，c=31.19 mN,m，低于一般胶粘剂的表面张力值(7833 mNm)，所,以润湿与胶接的效果均不好。只有进行表面改性，提高表,面能，才能满足胶接要求。,2026/1/28 周三,46,第四十六页，共87页。,4,弱边界层,胶粘剂与被粘物之间，应当有良好的分子接触，才能达到较高的胶接强度。如在胶接接头内，存在相当(xingdng)低的强度区域，那末，即使胶粘剂与被粘物之间有良好的接触，接头强度也并不会很高。,2026/1/28 周三,47,第四十七页，共87页。,边界层主要是指固体、液体、气体紧密接触的边缘部分，从物理角度看，通常是指流经固体表面最接近的流体层，对传热、传质和动量均有特殊影响，但没有独立的相，这一点和界面(jimin)是有一定区别的。如边界层内存在低强度区域，则称为弱边界层。,2026/1/28 周三,48,第四十八页，共87页。,聚合(jh)物基体内，形成弱边界层的原因，可能有以下几种：,聚合(jh)过程所带入的杂质影响，如从聚合(jh)反应釜中掉进去的润滑油，这是低分子量的有机杂质；,聚合(jh)过程未全部转化的残余低分子量尾料；,2026/1/28 周三,49,第四十九页，共87页。,加入的抗氧剂、增塑剂、紫外光吸收剂、润滑剂等低分子量助剂的影响；,成型(chngxng)加工过程中带入的杂质，如脱模剂的影响；,商品在贮存运输过程中，不慎带入的杂质。,2026/1/28 周三,50,第五十页，共87页。,第三节 胶 接 理 论,了解胶接理论，不但可以从理论上指导胶粘剂选择，,胶接接头的设计，制定最佳的胶接工艺(gngy)，控制影响胶接强,度的各种因素，达到形成强力胶接接头的目的。,更重要的是了解胶接的内在机理，包括胶接与被粘对立,统一的关系，胶接过程中的物理、化学变化，从而对胶接,现象，从感性认识深化到本质与规律性的理性认识。,2026/1/28 周三,51,第五十一页，共87页。,经过几十年的研究和发展，许多学者从不同的角度，提出(t ch)了许多有价值的理论。虽然这些理论尚有争论，还没有公认的统一理论，但在解释胶接现象方面，均各有可取的观点，目前仍在不断地发展与完善中。,2026/1/28 周三,52,第五十二页，共87页。,1 机械结合理论,这是一种较早的最直观的宏观理论。认为被粘物表,面的不规则性，如高低不平的峰谷或疏松孔隙结构，有,利于胶粘剂的填入，固化后胶粘剂和被粘物表面(biomin)发生咬,合而固定。这就是机械结合理论最简单的解释。,2026/1/28 周三,53,第五十三页，共87页。,McBain在30年代首先提出这一理论。机械嵌定的固定,方法应用很普遍，表面处理过的金属粘接，多孔物质如,纸、木材、皮革、纺织品等的胶接就是实际的例子。,机械结合的关键是被粘物表面必须有大量的凹穴、槽,沟、多孔穴等，当胶粘剂涂布上去时，经过润湿、流动、,挤压、铺展而填入这些孔穴内，固化后，就嵌定在孔隙中,而紧密地结合起来(q li)，表现出较高的胶接强度。,2026/1/28 周三,54,第五十四页，共87页。,机械结合理论曾经起过积极(jj)作用，但是随着其他胶接,理论的建立和发展，几乎一度被冷落。近20年来，用现,代微观研究仪器的观测结果，证明微机械嵌定作用是确,实存在的。,如在ABS塑料上镀金属，镀前先用溶剂处理，使塑料,表面产生大量微穴，然后沉积导电物质到微孔中，再进,行电镀。,2026/1/28 周三,55,第五十五页，共87页。,金属铝的胶接强度一般不太高，经HCl液或化学氧化液处理后，生成大量立体结晶构造(guzo)，带有大量槽沟和微穴，胶接强度有显著提高。钢带表面轧制的光滑面，直接的胶接强度并不高，经磷酸盐处理后，产生大量磷酸铁微孔，胶接强度明显提高。,2026/1/28 周三,56,第五十六页，共87页。,2 吸附(xf)理论,吸附理论的基本观点是：胶接是一种吸附作用，这是,最早提出并被大多数科学家接受的。,吸附理论认为，胶接产生的粘附力主要来源于胶粘剂,与被粘物之间界面上两种分子之间相互作用的结果，所,有的液体固体分子之间都存在这种作用力，这些(zhxi)作,用力包括化学键力、范德华力和氢键力。,2026/1/28 周三,57,第五十七页，共87页。,这个过程是，首先胶粘剂分子由布朗运动向被粘物表,面移动，胶粘剂分子的极性基团向被粘物的极性部分靠,近，当胶粘剂分子与被粘物分子间的距离小于时，,分子间就产生了范德华力或氢键力的结合。吸附(xf)理论把,胶接主要归结于胶粘剂与被粘物分子间力的作用。,2026/1/28 周三,58,第五十八页，共87页。,根据吸附理论，如果胶粘剂分子中极性基团的极性越,大，数量越多，则对极性被粘物的胶接强度就越高；极,性胶粘剂与非极性被粘物或非极性胶粘剂与极性被粘物,胶接，由于分子间排斥，不利于分子的接近，不能产生,足够的分子间力，所以胶接力(jil)很差；而非极性胶粘剂与,非极性被粘物结合，由色散力产生的胶接强度较小。,2026/1/28 周三,59,第五十九页，共87页。,3 扩散理论,扩散理论认为，高分子材料之间的胶接是由于胶粘剂,与被粘物表面分子或链段彼此之间处于不停的热运动引,起的相互扩散作用，使胶粘剂与被粘物之间的界面逐步,消失，形成相互交织的牢固结合，胶接接头的强度(qingd)随时,间的延长而增至最大值。,2026/1/28 周三,60,第六十页，共87页。,如果胶粘剂是以溶剂的形式涂敷到被粘物表面，而被,粘物表面又能在此溶剂中溶胀或溶解，则彼此间的扩散(kusn),作用更为显著，其胶接强度就越高。因为胶粘剂和被粘,物间的相互扩散(kusn)是产生胶接力的主要因素，胶接强度与,它们的相容性有关。,2026/1/28 周三,61,第六十一页，共87页。,高分子材料之间的胶接可以分为同种高分子材料的自,粘和不同种高分子材料的互粘。前者是同种分子间的扩,散，后者是不同类分子的扩散(kusn)。两种扩散(kusn)的结果都会使,胶粘剂与被粘物分子交织在一起，从而形成牢固的结合。,2026/1/28 周三,62,第六十二页，共87页。,4 化学键理论,该理论认为，胶接作用是由于胶粘剂与被粘物之间的,化学结合力而产生的，有些胶粘剂能与被粘物表面的某,些分子(fnz)或基团形成化学键。化学键是分子(fnz)中相邻两原子,之间的强烈吸引力，一般化学键要比分子(fnz)间的范德华力,大一两个数量级，这种化学键的结合十分牢固。,2026/1/28 周三,63,第六十三页，共87页。,2026/1/28 周三,64,第六十四页，共87页。,5 静电(jngdin)理论（双电层理论）,双电层理论是将胶粘剂与被粘物视作一个电容器。电,容器的两块夹板就是双电层。即当两种不同的材料接触,时，胶粘剂分子中官能团的电子通过分界线或一相极性,基向另一相表面定向吸附，形成了双电层。,2026/1/28 周三,65,第六十五页，共87页。,由于双电层的存在，欲分离双电层的两个极板，就必,须克服静电力。当被粘物与胶粘剂剥离时，可以视为两,块极板的分离，此时两极之间便产生了电位差，并随着,极板间的距离增大(zn d)而增大(zn d)，到一定极限值时，便产生了,放电现象。,由于双电层的形成，胶粘剂与被粘物之间就有静电,力产生，从而产生了胶接力。,2026/1/28 周三,66,第六十六页，共87页。,双电层理论只存在(cnzi)于能形成双电层的胶接体系，不,具有普遍性，并且双电层所产生的静电力即使存在(cnzi)于某,些胶接体系中，但是，它在这个胶接中绝不是起主导作,用的，它只占整个胶接力的一部分。,2026/1/28 周三,67,第六十七页，共87页。,6 配位键理论(lln),配位键理论认为，强的粘附作用来源于胶粘剂分子与,被粘物在界面上生成的配位键(氢键就是一种特殊的配位,键)。胶接时，胶粘剂涂覆在被粘物表面后，受被粘物表,面的吸引，胶粘剂开始润湿被粘物材料表面，同时胶粘,剂分子向被粘物材料移动。在移动过程(guchng)中，胶粘剂分子,中带电荷部分逐渐向被粘物材料带相反电荷部分靠近，,当这两部分距离小于时，就结合形成配位键。,2026/1/28 周三,68,第六十八页，共87页。,生成配位键既需要有提供未共享电子(dinz)对的一方，又需,要有接受电子(dinz)对的一方。就是说比较理想的胶接应当是，,当被胶接材料是电子(dinz)供给体则应采用电子(dinz)接受体材料的胶,粘剂进行胶接；当被胶接材料是电子(dinz)接受体，则应采用电,子供给体的胶粘剂进行胶接。如果在胶接中，胶粘剂与被,胶接材料均能提供电子(dinz)对或均为接受电子(dinz)对的一方，则胶,接就很难成功。,2026/1/28 周三,69,第六十九页，共87页。,聚四氟乙烯材料之所以难以胶接就是典型的例子，因,为聚四氟乙烯可以(ky)提供电子对，而一般的胶粘剂大多可提,供电子对，这样两者都能提供电子对，胶接时不能产生配,位键，这就是聚四氟乙烯难粘的原因之一。,2026/1/28 周三,70,第七十页，共87页。,环氧树脂之所以具有很好的胶接性，从最简单的分子,结构看，它有4个氧原子2个苯环(bn hun)，从配位键机理分析，,因为4个氧原子有8个配位能力很强的未共享电子对，还,有2个具有共轭丌键体系的苯环(bn hun)。另外分子中没有大的烷,基链构成位阻，这就使它成为胶接金属材料的佼佼者。,2026/1/28 周三,71,第七十一页，共87页。,总结性评价(pngji),自1920年以来，人们已经提出了多种胶接理论(lln)。每种理论(lln)都有大量实验为依据，只是研究的角度、实验方法、实验条件各有不同，但目标都是为追求形成胶接现象的本质。另外，还有弱边界层理论(lln)、流变理论(lln)也在研究中，各种理论(lln)研究继续向纵深发展。,2026/1/28 周三,72,第七十二页，共87页。,研究手段的发展，提高了人们认识事物(shw)深度与广度的能力。胶接科学技术已广泛应用于工农业生产、国防高新科技和日常生活中，这也促进了研究胶接机理的迫切性。各派理论已开始逐步靠近，由独立分散而逐步结合。,2026/1/28 周三,73,第七十三页，共87页。,吸附理论采纳了扩散理论，更加合理地解释了润湿、扩散、胶接键成键过程；,酸碱相互作用理论，本身就是吸附理论深化的发展，是胶接功的主要贡献部分；,化学键理论是从吸附理论衍生出来的，除了成键机理有其独特(dt)之处以外，其余都离不开吸附理论的基本内容；,静电理论吸取了酸碱相互作用给体与受体的观念，从而有了更进一步的发展。,2026/1/28 周三,74,第七十四页，共87页。,胶接理论至今还未发展成统一的理论，对各派理论可,采取综合理解，兼收并蓄，灵活运用的原则，充分调动,提高胶接强度的一切有利因素，避免降低分子作用力的,不利因素。,由于(yuy)每一种理论都有一定的依据，可以认为胶接是多,种因素构成的，并具有协同关系。,2026/1/28 周三,75,第七十五页，共87页。,不妨设想总胶接功是各理论胶接功的总合，列出如,下的表达式,式中，W总为总胶接功；Wad为物理吸附(xf)功；Wab为酸碱,相互作用功；Wc为化学键功；Wd为扩散功；We为静电,作用功；Wm为机械功。,2026/1/28 周三,76,第七十六页，共87页。,纳米胶粘剂,纳米材料是一种新材料，是由纳米量级的晶态或非晶,态超细材料构成(guchng)的固态物质。由于其尺寸小、比表面积,大以及独特的固体结构，使其具有高强度、高韧性、高,比热、高导电、高导磁性等。,2026/1/28 周三,77,第七十七页，共87页。,第五十六页，共87页。,S 0，不能铺展，即不润湿。,或者水蒸气等气体排除，使胶粘剂液体和被胶接材接,当这两部分距离小于时，就结合形成配位键。,由于双电层的存在，欲分离双电层的两个极板，就必,近，当胶粘剂分子与被粘物分子间的距离小于时，,用力包括化学键力、范德华力和氢键力。,更重要的是了解胶接的内在机理，包括胶接与被粘对立,又应当能够向界面扩散，并在恰当的时间发生固化或,生成配位键既需要有提供未共享电子(dinz)对的一方，又需,一般Wa值越大，胶接力也越大，润湿性越好。,Voyutskii 等人提出的扩散理论，等等。,局部的不均匀性，都可能引起润湿不良(bling)的界面缺陷，这些都,要有接受电子(dinz)对的一方。,第五十三页，共87页。,在胶粘剂领域，用溶胶、凝胶技术制备具有纳米尺度,的SiO2充填环氧树脂(hun yn sh zh)。,在环氧树脂(hun yn sh zh)胶粘剂中加入8%的纳米金刚石粉，胶层,的耐磨性提高了倍，拉伸强度提高了27.5%。,纳米胶粘剂的研究刚刚起步，,有更多工作要进一步研究,2026/1/28 周三,78,第七十八页，共87页。,21世纪胶接领域关注的重点研究课题,1.环保压力日益加重，研究能取代一切污染环境的胶,粘剂；,2.因为可以生物降解(shn w jin ji)，不污染环境，天然胶粘剂的改,性研究将会加强；,3.胶接理论的深入研究，将目前的多种理论统一，形,成胶接科学学说；,2026/1/28 周三,79,第七十九页，共87页。,4.找出胶接强度的普适表达方式，实现胶接强度的无,损检测；,5.开发可以直接胶接低能表面的胶粘剂；,6.开发固化更快、效率更高、成本(chngbn)更低、更节省材料、能源的胶粘剂；,7.开发各种功能胶粘剂，如:智能型胶粘剂，耐高温有机胶粘剂，微电子、IT产业用胶粘剂等；,8.涂胶机器人的普及以及胶接自动化技术。,2026/1/28 周三,80,第八十页，共87页。,国内外胶接技术专业期刊(qkn),1 粘接,2 中国胶粘剂,3 化学与粘合,4 Adhesives age,5 The Journal of adhesion,6 Adhsion,2026/1/28 周三,81,第八十一页，共87页。,7 Journal of the adhesive&sealant council,8 European adhesives&sealants,9 Adhesives&sealants newsletter,10 接着(ji zhe)协会志,11 接着(ji zhe),12 接着(ji zhe)技术,2026/1/28 周三,82,第八十二页，共87页。,部分塑料(slio)的对应溶剂,聚氯乙烯（PVC)：环己酮、四氢呋喃、过氯乙烯、,硝基乙烷、甲乙酮、氯苯、吡啶、丙酮和苯的混合物,聚苯乙烯（PS)：乙酸甲酯、乙酸乙酯、三氯乙烯、,四氯乙烯、甲乙酮、二氯甲烷、二氯乙烷、二硫化碳、,苯、甲苯、二甲苯,聚甲基丙烯酸甲酯：甲酸、二氯乙烷、丙酮、二氯甲,烷、三氯甲烷、四氯乙烷,2026/1/28 周三,83,第八十三页，共87页。,聚酰胺类（PA)：间甲苯酚、苯酚、甲酸(ji sun),聚对苯二甲酸(ji sun)乙二醇酯(PET)：邻-氯代苯酚、苯酚-四,氯乙烷、间苯二酚、硝基苯,聚碳酸酯(PC)：二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、三,氯乙烷、三氯乙烯、甲酚,聚苯醚(PPO)：甲苯、二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲,烷、三氯乙烷,2026/1/28 周三,84,第八十四页，共87页。,溶剂粘接实例,1 有机玻璃件溶接,飞机上有较多的有机玻璃零件，其中有些小型复杂(fz),零件的局部采用溶接连成一体。二氯乙烷是有机玻璃,的良溶剂，在100份二氯乙烷中加入35份有机玻璃屑,配制成有机玻璃稀溶液，涂于有机玻璃的连接面上，,晾置12min，对合溶接，粘接后静置1824h。环境温,度1525，相对湿度小于70%。,2026/1/28 周三,85,第八十五页，共87页。,2注塑飞机模型溶接,注塑飞机模型工艺品的造型为中空机身，注塑后的,模型工艺品需要(xyo)进行溶接对合。模型材料为聚苯乙烯,塑料。聚苯乙烯塑料溶于二氯甲烷或甲苯溶剂。只要,将二氯甲烷或甲苯溶剂直接涂于模型分型面胶合处，,晾置23min溶接对合后，静置12 h以上。,2026/1/28 周三,86,第八十六页，共87页。,思考题,1.胶粘剂的固化或硬化(ynghu)方式。,2.形成胶接的条件。,3.如何判断润湿性。,4.几种胶接理论的主要观点。,5.几个概念,（1）固化 （2）硬化(ynghu),（3）贮存期 （4）适用期,（5）内聚破坏 （6）粘附破坏,2026/1/28 周三,87,第八十七页，共87页。,