《胶接基础知识》PPT课件.ppt

第二章 胶接基础知识,西南林学院郑志锋2005年10月,包装工程本科专业方向课胶合材料学,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结构的耐久性胶粘剂的基本条件胶粘剂的选择,2-1 胶接理论,2.1.1 机械胶接理论,结论,通过机械方式（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,对多孔性材料的胶接贡献显著，但对非孔性材料的胶接贡献不显著形成胶钉的关键：液体（流动性）；足够的固体含量局限性：不能解释许多胶接现象，如孔隙多（表面粗糙）的木材的 胶接 强度比孔隙少（表面致密）的木材的胶接强度低,2.1.2 吸附胶接理论,固体表面由于范德华力的作用能吸附液体和气体，这种作用即为物理吸附。而它是胶粘剂与被胶接材料间牢固结合的普遍性原因,分散：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。吸附力的产生：当分子间距 510-10m时，两种分子便产生吸附 作用，并使分子间距进一步缩短，达到能处于最大稳定状态的距 离，从而完成胶接作用。,结论,范德华力,偶极力：极性分子间的引力，即偶极距间的相互作用力。式中：偶极矩R距离；T绝对温度K波尔兹曼常数,诱导偶极力：由于受到极性分子电场的作用而产生的。式中：分子极化率；偶极矩（永久，诱导）,色散力：非极性分子间的作用力。式中：分子电离能,互相抵消,在范氏力中起主要作用,结论,胶粘剂与被胶接材料表面间的距离是产生胶接力的必要条件,胶接体系内分子接触区（界面）的稠密程度是决定胶接强度的主要因素,物质的极性有利于获得高胶接强度，但过高会妨碍湿润过程的进行,胶粘剂湿润被胶接材料的表面,产生物理吸附,必要非充分条件,高的胶接强度,H2O,2.1.3 扩散理论,链状分子所组成的胶粘剂，涂刷到被胶接材料的表面，在胶液的作用下表面溶胀或溶解。由于胶粘剂的分子链或链段的布朗运动，使分子链或链段从一个相进到另一个相中，二者互相交织在一起，使它们之间的界面消失，变成一个过渡区（层），最后在过渡区形成相互穿透的高分子网络结构，从而得到很高的胶接强度。,溶解度参数相近 扩散,对某些胶接制品的剪切强度不高，而剥离强度很高的成功解释。,网络结构过渡区的形成,2.1.4 化学键胶接理论,胶接作用主要是化学键力作用的结果；胶粘剂与被粘物分子间产生化学反应而获得高强度的主价键结合，化学键包括离子键、共价键和金属键，在胶接体系中主要是前二者。化学键力比分子间力大得多,化学吸附发生条件,发生化学反应，形成化学键,机械砂磨 电晕 等离子体 化学药剂,RCH2OH+HO木质材料 RCH2O木质材料+H2ORCH2OH+HO纤维素 RCH2O纤维素+H2ORCH2OH+HO木素 RCH2O木素+H2O,化学键,2.1.5 静电胶接理论,将被胶接材料和固化的胶粘剂层理想化为电容器，即在胶接接头中存在双电层，胶接力主要来自双电层的静电引力。静电引力的产生是相1电荷场相2电荷场相互作用的结果。,成功地解释了粘附功与剥离速度有关的实验事实,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,2.1.6 其它胶接理论,从粘接接头被破坏的情况来分析胶粘剂与被粘表面间形成的薄弱表面层对粘接强度影响很大，必须尽可能除去,弱界面层理论,粘接作用与材料、胶粘剂的极性有关极性材料要用极性胶粘剂粘接非极性材料要用非极性胶粘剂粘接,极性理论,由成键的两个原子中的一个原子单独提供一个电子对而形成的共价键，称为配价键广义地讲，凡是电子供给体与电子接受体相互结合形成的化学键，都称配价键。,配位键理论,配位键理论要点 在粘接时，胶粘剂分子、链段以及基团会产生微布朗运动。在运动中，当胶粘剂分子带电荷部分（通常是带孤对电子或电子的基团，如OH、NH2、CN、COOH等）与被粘材料（如金属离子、金属原子、缺电子链节等)带相反电荷部分之间的距离小于510-10时，就会相互作用形成配价键。由氢离子形成的氢键是特殊的配价键。配价健有较大的结合能，很难破坏。,配位键实例金属的粘接 一般金属原子及其阳离子都是电子接受体，而粘接金属的胶粘剂分子中都有-CN、-OH、-NH2、-COOH等含孤对电子的基团，在粘接过程中，胶粘剂分子与金属原子或其阳离子形成配价键。橡胶与金属的粘接 天然橡胶无论在硫化前还是在硫化后，都含有双键（末交联双键）。双键上结合得比较松弛的电子，可以作为电子供给体与金属形成配价键。因此，天然橡胶分子中虽然没有极性基团和孤对电子，但与金属也有一定的粘附力。,极性胶粘剂与非极性材料粘接 以-氰基丙烯酸乙酯胶与聚苯乙烯粘接为例，虽然-氰基丙烯酸乙酯能溶解聚苯乙烯，产生分子间的扩散作用，但是极性分子与非极性分子之间很难互相渗透、互相吸引，因此无法解释它们之间的粘接强度达9.8106Pa以上这个事实。配价键理论认为，在聚苯乙烯分子链节中，由于苯环的存在，可以提供电子，同时由于它的影响，与苯环连接的碳原子的电子云密度就会降低。这样，苯环和-CN分别与对方带电荷的氢原子形成配价键，而且-氰基丙烯酸乙酯能溶解聚苯乙烯也为形成配价键创造了条件。,胶接过程是一个复杂的过程，以上几种胶接理论即有实验事实作依据，又都存在有局限性 对于固体和胶粘剂产生胶接作用的原因，可概括为：（1）相1和相2机械结合作用。包括：胶钉理论（anchoring）；被胶接固体经表面处理后产生触须（whisker）状凸起，相1与相2纠缠咬合（interlocking）。（2）相1和相2的化学吸附结合作用。包括：通过相互扩散，在分子之间产生分子间的拉引作用力（内聚力）；相1相2密切接触，产生分子间的拉引作用力；相1和相2通过化学键结合在一起。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。,2.2.1 胶接的主要过程,2-2 胶接界面化学,胶粘剂的液化：因为胶粘剂要浸润到固本间的空隙中，故它必须是可自由改变形状的液体。因此，可用单体或预聚物、溶液或乳液、熔融聚合物。流动：这是胶粘剂浸透到固体间并嵌入空隙中的过程。在此关系到胶粘剂粘性等流变学的性质。润湿：为了使胶粘剂能够浸润固体空隙，并润湿固体表面，胶粘剂对固体的接触角必须要在90以下。,扩散、粘接、吸附：这个过程是与润湿平行发生的，它按照在多成分系高分子中，链段是通过界面自由能变成最小来吸附和取向的规则形成胶接层结构的。固化：由于聚合、溶剂的挥发、冷却等作用，胶粘剂固化后形成所需强度的过程。粘接体系的变形和破坏：这是在实际使用直至破坏的过程。,2.2.2 固体表面上液体的平衡,图11 液体在固体表面上的浸润状态,SV=LV cos+SL S=SV+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；吸附于固体表面的气体膜压力，也称吸附自由能。对于有机高分子等低表面能固体，可以忽略不计。,Young公式,因此，对于有机高分子等低表面能固体来讲，S=SV，则 S=SL+LV cos（118）当=180，cos=1，表示胶液完全不能浸润被胶接固体的状态，不可能。当=0，cos=1，代表完全浸润状态。当体系接近完全浸润状态时，式（118）可表示为 S（SL+LV）0 设=S（SL+LV），并称为铺展系数。用于描述浸润特性。对于一般有机物的液/固体系，SL可忽略不计，则有 S LV胶接体系只有满足上述条件，才有可能出现cos=1，从而获得形成良好胶接接头的必要条件，即是选择胶粘剂时的必要条件，即被胶接物表面能大于或等于胶粘剂的表面能。实际上LV 和cos 是可以通过实验测定，而S 和SL的测定是非常困难的，可通过临界表面张力来解决。,2-3 被粘物的表面处理,目的：表面处理，有时也称表面预处理，其目的是得到能够产生牢固耐久接头的被粘物表面。弱界面层（概念见2-3影响胶接强度的因素）由于有弱界面层的存在，胶粘剂绝不能/往往不能直接与被粘物表面接触。,影响表面处理方法选择的因素零部件尺寸设备适应性辅助工具浸渍浴中化学药品浓度的迅速降低能形成弱边界层的浴中异物的沉积,接头设计,胶粘剂选择,工艺方法,表面处理,胶接强度,适当的表面处理将使粘接接头的薄弱环节处于胶层内，而不是在被粘物与胶粘剂的界面上。在粘接中这种形式的破坏称为内聚破坏，即胶层残留在两个被粘物的表面上。如果破坏发生在胶粘剂与被粘物界面上，则称为粘附破坏（界面破坏）。许多ASTM试验方法都规定以内聚破坏和粘附破坏的百分数表明破坏的类型。从表面处理观点来看，粘接接头或试验件的理想破坏形式是100%的内聚破坏。,一、清洁概念“清洁”一词是指除去灰尘、污物、油脂，以及为粘接表面进行专门的化学清洗。例子 聚四氟乙烯(PTFE)和其他氟塑料：若只作单纯的清洁处理，粘接强度几乎为零；只有经过严格的表面处理，改变表面的化学和物理性质，才能进行粘接。镁：在清洁处理之后，必须进行化学或阳极化处理，形成与镁紧密结合的一层无机薄膜，同时，又能与有机物如胶粘剂很好粘合。,方法 溶剂清洗 中间清洗 化学处理注：任何表面处理都需要采用上述方法之一种、两种或三种。溶剂清洗：蒸汽脱脂；超声波蒸汽脱脂；超声波液体冲洗；溶剂擦拭、浸洗或喷淋。,中间清洗：以物理、机械或化学方法除去表面污物，但不改变材料的化学结构。如用碱液清洗不锈钢或以洗涤剂清洗环氧层压板。化学处理：以化学方法清洗表面的一种工艺过程。这种处理改变了被粘物表面的化学性质，改善了粘接性能。化学处理之前总要进行溶剂清洗，中间清洗常在两者之间完成。如酸蚀、阳极化等。,二、底涂概念 通常是胶粘剂在某种有机溶剂中的稀溶液，涂布的干膜厚度为的一种表面处理方法作用(1)改善润湿性。(2)防止被粘物表面清洗后的氧化，延长表面处理与涂胶之间的有效时间。(3)有助于防腐蚀。(4)改善胶粘剂的某些性能，如剥离强度。(5)用作阻隔层以防止胶粘剂与被粘物间的不利反应(6)使胶膜或被粘物在装配时定位。,优点(1)制造程序较为灵活；(2)接头可靠性高；(3)固化条件不太严格；(4)胶粘剂选择范围广；(5)接头耐久性较好。底胶很像胶粘剂，一般在性质上有些特殊，但与胶粘剂差别不大。,三、聚合物表面的活性气体处理(等离子处理)概念 把聚合物表面暴露于辉光放电(即无线电频率场)产生的低压等离子惰性气体(O2、He、N2)里，对于聚乙烯只需很短的处理时间(约9s)，而其他聚合物如PTFE则需较长的接触时间。在处理过程中，聚合物表面原子被消除，形成强韧、润湿、交联的表面层优点 等离子处理的聚合物粘接强度通常比传统的化学或机械处理后的粘接强度高2-4倍。,四、表面处理有效性的评价方法 实际粘接之前，要进行“水膜破坏”试验，或接触角定量测定，以评价表面处理的质量。粘接之后，表面处理的效果可由粘接接头的破坏类型判定。水膜破坏实验 观察水在清洁的表面(化学活性或极性表面)上会形成连续的水膜，而不是一系列分离的液滴，这称为水膜不破坏状态。水膜破坏则表明表面有油污或污染。试验中应使用蒸馏水，滞留时间30s。,接触角试验 测量聚合物表面和参考液体(如蒸馏水)之间的接触角也可判定润湿性。接触角小：液体能很好地润湿聚合物表面；接触角大：润湿性很差。每种表面都有临界润湿表面张力。表面自由能低于 的液体，接触角将为零，则完全润湿表面，而表面自由能高于 的液体，则有一定的接触角。,例子：未处理材料的接触角为37-48，非极性很大的材料如尼龙可高达100。非极性的难粘材料硅树脂和聚乙烯可达97。暴露于活性氩等离子体后的PMMA的接触角将降到40，尼龙、聚苯乙烯、聚乙烯和室温硫化硅橡胶(RTV)则降到19以下。,五、表面置放时间(SET)概念SET就是表面处理后至实际粘接时停放的时间。注意事项零件表面处理后，在运输和贮存过程中必须防止污染。清洁的表面决不能用手或带油污手套触摸。如果清洗与底涂间隔超过几小时，零件应该保护。如果间隔时间更长，则需用干净的牛皮纸包覆，直到底涂时为止。底涂之后，干燥的表面若不能马上粘接，应再用干净的牛皮纸包覆，不论是否使用底胶，都应该这样做。,六、塑料的表面处理热塑性塑料 热塑性塑料与热固性塑料不同，要获得良好的粘接，表面往往需要化学或物理改性。对于结晶性热塑性塑料，如聚烯烃(主要是聚乙烯和聚丙烯)、线性聚酯和氟塑料尤其如此。方法：用化学或火焰处理使其氧化(前者是最常用的方法)辉光放电得到比较活性的表面；惰性气体等离子体通过交联强化表面，增加活性；金属离子的处理。,热固性塑料大多数热固性塑料都很容易粘接，粘接常是热固性塑料或与其他材料连接的唯一实用的非机械方法热固性塑料表面处理：脱模剂常用洗涤剂清洗、溶剂清洗或溶剂擦拭。然后轻度打磨会破坏表面的光滑性，最后要用清洁的溶剂和干净不起毛的布或纸擦拭。溶剂：丙酮、丁酮、甲苯、低沸点石油醚、三氯乙烯和异丙醇。粗化：细砂纸(砂、金刚砂、氧化铝、金属砂或氧化物)、金属棉(钢、铝或钢)或钢砂。,2-3 影响胶接强度的因素,被胶接物的表面状态,弱界面层,内应力,交联度,极性,分子量及分子量分布,胶粘剂的固化,胶层厚度,木材比重纤维方向抽提成分,表面粗糙度：是产生机械胶接力的源泉，机械胶接力是通过湿润和吸附作用而得到的。粗糙度系数R，有效胶接面积，胶接强度，但随后R的，胶接强度反而。其它因素：加压、表面润湿难易程度、材料比重,被胶接物的表面状态,木材表面纤维横断面的形状：是产生机械胶接力的源泉，机械胶接力是通过湿润和吸附作用而得到的。,弱界面层,当被胶接的材料、胶粘剂及环境中的低分子物或杂质等，通过渗析、吸附及聚集等过程，在部分或全部界面内产生这些低分子物的富集区，这就是弱界面层。胶接力在外力作用下的破坏，必然发生于弱界面层，这就是胶接破坏中的界面破坏，并使胶接强度严重下降的原因。,胶粘剂与被胶接材料间的胶接力主要来源于物理吸附作用；低分子物在胶粘剂与被胶接材料中有渗析行为，通过渗析作用低分子物迁移界面形成富集区；低分子物对被胶接物的表面有比胶粘剂分子更强的吸附力，使被胶接物的表面产生新的吸附平衡，并形成低分子吸附层，对胶粘剂分子起了解吸作用。,内应力,（1）胶粘剂的固化或硬化过程中体积的收缩；（2）胶粘剂与被胶接材料的热膨胀系数不同，在温度变化时产生内应力；（3）被胶接材料的各向异性，在水分变化时，由于收缩膨胀的不同产生内应力；（4）比重不同的被胶接材料，其体积的收缩膨胀有差异，在大面积胶接中产生较大的内应力。,木材,胶层含水率梯度 邻近木材层含水率梯度 胶层酸或碱浓度梯度,收缩应力,降低官能团浓度 加入高聚物增韧剂 加填充剂（填料）,热应力,较低的固化温度 模量低、延伸率高的胶,交联度,交联度（即交联密度）,胶粘剂的内聚强度,交联点数目的增加，交联间距变短以及交联分子长度变短,胶粘剂硬、脆,内聚强度降低,极 性,一般来说，随着胶粘剂极性的增强（或极性基团的增多），胶接强度在开始时会增加，但到了一定程度后，增加极性基团，胶粘剂的内聚强度增大，胶粘剂不易流动，从而对被胶接材料湿润不良，胶接强度下降。,DeBruyne认为：,胶接,非极性胶粘剂,非极性材料,极性 胶粘剂,极 性 材 料,胶接,分子量及分子量分布,胶粘剂的分子量（聚合度）,胶粘剂性质（如固化速度）胶接强度 向被胶接材料渗透的速度,胶粘剂的固化,硬化：胶粘剂通过干燥、结晶等物理过程而变硬的现象 固化：胶粘剂通过化学反应（聚合、缩聚等）提高强度等性能的过程,溶液胶粘剂：热塑性高聚物，溶剂的挥发，硬化乳液胶粘剂：乳液中的水分渗透或挥发，胶体凝聚、硬化；环境温度成膜温度，形成连续的胶膜热熔胶粘剂：热塑性高聚物，加热熔融、流动，湿润被胶接物表面，冷却硬化热固性胶粘剂：体型结构的高聚物，固化,凝胶化：多官能团的原料或预聚体在进行化学反应的过程中，随着分子量增大的同时还进行着分子链的支化和交联，当反应达到一定程度时，反应体系开始出现不溶、不熔凝胶的现象。,凝胶时间（固化时间）：胶粘剂发生凝胶（固化）所需的时间，是胶粘剂一项重要的工艺性能指标，它取决于胶粘剂中官能团的反应活性、官能团原料的官能度和浓度。,值得注意：在使用热固性胶粘剂时，在一定的时间范围内，延长固化时间和提高固化温度并不等效，即降低固化温度难以用延长固化时间来补偿，降低固化温度往往要以牺牲树脂的理化性能为代价。,胶 层 厚 度,关键：形成连续胶膜一般认为获得最好的胶接强度和刚性，胶层的厚度在胶层不缺胶的情况下，应尽量地薄。因为：薄胶层变形需要的力比厚胶层大；随着胶层厚度的增加，流变或蠕变的几率变大；胶层越厚，由膨胀差引起的界面内应力与热应力大；坚硬的胶粘剂，胶接界面在弯曲应力作用下，薄胶层的断裂强度比厚胶层的高；胶层越厚，气泡及其它缺陷的数量增加，早期破坏的几率增加。,木 材 比 重,UF胶接阔叶材：木材比重0.8时，胶接强度与比重几乎无关。间苯二酚甲醛树脂胶接所有针、阔叶材：胶接强度随木材比重的增加而提高。,木材纤维方向,一般来说，纤维方向的角度越大，胶接强度越低，如用PF胶接时，木材纤维方向互相垂直的胶接强度仅是纤维互相平行的1/4。海田金松实验式：,P-纤维方向互相平行的胶接强度Q-纤维互相垂直的胶接强度N-纤维互成角度的胶接强度,木材抽提成分,木材抽提成分对胶粘剂的湿润、渗透、固化等过程都会产生复杂的影响。一般来说，抽提成分多的木材，难以充分被胶粘剂所湿润，胶接强度就差。措施：可预先对木材进行物理或化学的处理，除去抽提成分，从而改善湿润状况，提高胶接强度。,2-4 胶接结构的耐久性,胶接结构的耐久性：是标志胶接强度在大气环境作用下所能保持其实用强度的一种特性，也是决定胶接结构使用寿命的使用特性。,胶接结构的耐久性,胶接界面粘附作用的耐久性,胶层耐久性,被胶接材料的耐久性,2.4.1 水分的作用,水的作用原理（对胶接界面的作用）体积小、极性强的水分子很容易沿着亲水物质向胶接界面渗透，破坏界面的氢键，从而减弱胶粘剂分子与被胶接材料表面间的作用力，导致胶接强度下降。即界面解吸理论。水对胶层的作用 一是水分子破坏胶粘剂分子间的氢键和其它次价键，对胶粘剂产生增塑作用，从而降低胶粘剂的力学性能和物理性能 二是胶粘剂的化学键被水解，引起胶粘剂的降解 如蛋白胶、UF胶等的水解,2.4.2 热氧化作用,升高温度，胶粘剂的热氧化加速，胶接强度下降的速度随之加快，尤其是在氧气存在条件下，降解与交联反应更快。通常，有机高聚物胶粘剂的热分解温度比热氧化分解温度高50-100度左右。胶粘剂的热稳定性与其所含化学键的键能关系很大，故应尽量在高聚物分子主链中减少或避免易氧化的化学键和基团，如将脂环、芳香环或一些杂环引入到高聚物胶粘剂的分子主链上，是改进胶粘剂热稳定性的主要途径。,2.4.3 应力作用,由于一些材料（如木材）是各向异性的多孔性材料，其胶接结构的吸水或排水都会引起膨胀或收缩，从而产生收缩或膨胀应力；此外，在环境温度变化的情况下，也会产生热应力。所有这些应力的存在都会使胶接结构的耐久性降低。同时，应力的存在也会加速湿热老化和热老化。,热固性酚醛树脂、苯酚-间苯二酚甲醛树脂、胺基酚醛树脂聚醋酸乙烯乳液三聚氰胺甲醛树脂、血粉胶、环氧树脂三聚氰胺尿素甲醛树脂脲醛树脂、大豆蛋、白胶、干酪素胶,2-5 胶接破坏,2.5.1 胶接破坏原理,胶接破坏强度：单位胶接面积或单位长度上所能承受的最大载荷。在脆性固体内存在着固有的缺陷，在外力作用下缺陷周围产生应力集中并造成微小的裂缝，裂缝不断扩展,引起整个胶接结构的破坏。外应力和内应力的共同作用，造成局部应力集中，当局部应力集中超过局部强度时，缺陷将扩展成裂缝，进而导致胶接发生破坏。,2.5.2 胶接破坏类型,（1）被胶接物破坏,（2）内聚破坏,（3）胶接界面破坏,（4）混合破坏,2-6 胶粘剂的基本条件,2.6.1 胶粘剂的湿润性,湿润性：液体对固体的亲和性，一般用液体对固体表面的接触角（）来表示。一般情况下，两者间的接触角越小，固体就容易被液体湿润，其胶接强度就越高。胶粘剂的湿润性是吸附和扩散的前提条件，也是达到良好胶接的必要条件。胶粘剂的湿润性是由热力学条件和动力学条件所决定的。影响因素：胶粘剂的性质、被胶接材料表面的结构与状态及胶接过程中的工作条件等因素。,表2-1：胶粘剂的表面张力值（mN/m）,表2-2：胶粘剂接触角（）,2.6.2 分子量与分子量分布,分子量是很重要的参数，它对胶接结构的一系列性能起着决定性的作用。分子量应在适度范围内为宜，如UF的分子量以400-600为好。分子量分布：即使分子量相同，而分子量的分布不同，其胶粘剂的性能也会有较大的差别。聚合物分子量（聚合度）对内聚力的影响：,聚合度为时，聚合物的抗张强度；聚合度为无限大时的抗张强度；与聚合物特性有关的常数；数均聚合度。,低聚物含量较高时，接头破坏呈内聚破坏高聚物含量较高时，接头破坏呈界面破坏 硝基纤维胶粘剂胶接玻璃时，其剥离强度与聚合度之间存在如下关系：,剥离强度；聚合度；常数。,2.6.3 胶粘剂的PH值,胶粘剂的PH值与胶粘剂的固化时间、适用期以及胶层的PH值等密切相关，其最终也影响到胶接强度和耐久性。如强酸或强碱都会使被胶接材料发生降解。在生产实际中，必须注意胶粘剂的PH值与被胶接材料PH值之间的配合（如桉树与UF胶）。酪蛋白胶、大豆胶引起的是碱性污染，常温固化PF是由于酸性导致对木材的劣化，强碱性的水泥与混凝土会导致酸性固化的脲醛树脂产生胶接不良等。,2.6.4 胶粘剂的极性,胶粘剂的极性在一定程度内可有助于胶接强度的提高，但过多地强调胶粘剂的极性，反而会降低胶接强度，这是因为胶粘剂的极性过强会妨碍湿润过程的进行。,纤维素、木材、酚醛树脂、脲醛树脂、聚酯树脂、甘油、水、玻璃、金属氧化物等,橡胶、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、尼龙、石蜡、金属、醚、苯等,2.6.5 胶粘剂的粘度,一般，热固性树脂胶粘剂的粘度：与固体含量、缩合度成比例关系。粘度对胶性能的影响：无直接关系，但粘度过低，加压时易透胶、缺胶，胶接不良；涂饰性能：喷胶、淋胶等粘度要低，辊涂粘度应高，但不宜过高，否则流动性差，不易形成均匀的胶层。,2-7 胶粘剂的合理选择,2.7.1 按胶接制品的要求选择,胶接强度和耐水性 胶接强度：使胶接件中胶粘剂与被胶接物界面或邻近处发生破坏所需要的应力。胶接制品的使用环境和使用目的不同，对胶粘剂的强度和胶接强度也有不同的要求。一般要求胶接强度稍高于被胶接物的强度和胶粘剂的强度。耐水性：胶接件经水分或湿气作用后能保持其胶接性能的能力。分室内、外、包装等。胶接耐久性：胶粘剂和胶接制品的耐久性决定了制品的使用寿命。胶接制品的毒性：对室内使用的胶粘剂更为重要，应为低毒或无毒。,2.7.2 按胶粘剂使用特性选择,胶粘剂的固体含量和粘度：它们是决定胶接质量的重要因素。决定着施胶量、施胶的均匀性、胶液的流动性和渗透性、施胶方法、施胶设备及胶接的工艺条件等，最终决定胶接的质量。胶粘剂适用期：是指配制后的胶粘剂所能维持其可用性能的时间，与固化时间和PH值相关。在人造板生产中，一般要求胶粘剂的固化时间尽可能短，而适用期尽可能长。与其形态（粉状或液状）有关。固化条件和固化时间：随胶种或配方和制造工艺的不同而不同。固化条件主要有固化温度、压力、材料含水率、材料性质及材料尺寸等。固化温度和时间主要是指胶粘剂通过化学反应或物理变化形成高胶接强度所要求的温度和时间（如UF、PF）。,（1）纸质包装材料及其胶粘剂的选择,2.7.3 包装用材料及其胶粘剂的选择,纸质包装种类,瓦楞纸箱 纸桶和纸盒 纸袋 纸品 硬纸板盒 书籍装订,纸质包装在商品包装中占40%以上，如日本49%，美国42%以上，我国用于包装的纸和纸板约占其总量的40%左右。,纸质包装成型接合方式,钉合：如钉书针，简便，强度较高，但易锈蚀，部分国家已禁用。,胶带纸接合：如胶带封箱，容器两边无需接头，节约部分原料，但影响外观。（打包带）,胶粘剂接合：适应机械化生产，采用最多（如瓦楞纸箱封合）,纸质包装用胶粘剂的选择原则：同种容易吸水的纸，且不需要考虑耐水性时，可用淀粉等天然的水溶性胶粘剂；同种容易吸水的纸，但需要有耐水性时，可用聚乙酸乙烯乳液（PVAc乳液）；同种加工纸等难以吸水的纸，用乙烯-乙酸乙烯共聚乳液（VAE乳液）；一边是容易吸水的纸，另一边是不吸水的纸，则应选择对不吸水面粘合性好的胶粘剂，如乙烯-乙酸乙烯共聚乳液；两边都是不吸水的层压纸，则用热熔胶、热封胶。,纸质包装用胶粘剂选择时的注意事项：纸张的主要成分：纤维素极性胶粘剂；造纸助剂（施胶UF、MUF及填料等）纸表面性状的改变；多孔性。植物纤维素的吸水性：水基胶粘剂（包括水溶液型和水乳液型）导致的起皱问题保水剂（羟乙基纤维素、藻元酸钠等）。纸与纸之间的粘接：容易，价格低廉的水基胶即可。纸与其他材料的粘接：较复杂，应根据各种材料的表面性质选用合适的胶粘剂，如纸-亲水性材料（淀粉、PVA水溶液），纸与-塑料、金属（乙酸乙烯-丙烯酸酯共聚物、VAE共聚物、橡胶型等）。,非天然纤维纸或经表面涂塑的天然纤维纸的粘接：较难，可选用硅烷偶联剂等对纸表面进行预处理。酸碱作用原理的考虑：纸或其他被胶接物为酸性，则选用碱性胶，反之亦然；纸和碱性材料的粘接宜采用酸性胶（如氯乙烯共聚物）；纸和酸性材料的粘接宜采用碱性胶（乙酸乙烯、丙烯酸酯的聚合物或共聚物等）。纸的杨氏模量（10104MPa）的考虑：与大部分高分子材料由玻璃态至高弹态转化温度区域的杨氏模量相当，高弹态（橡胶态）胶涂纸表面凸起，玻璃态胶凹陷。,酸性材料,纤维素（纸）聚氯乙烯 聚丙烯腈 丁腈橡胶 硝化纤维,碱性材料,聚乙酸乙烯 聚丙烯酸酯 醇酸树脂 聚酯,纸质包装用胶粘剂,淀粉 骨胶 干酪素,天然胶粘剂,水基胶粘剂,压敏胶粘剂,热熔胶粘剂,PVAc乳液 VAE乳液 乙酸乙烯-丙烯酸酯共聚乳液 改性橡胶乳液 合成橡胶乳液 PVA 聚丙烯酰胺,橡胶型（天然、再生、氯丁橡胶等）聚乙烯基醚,聚乙烯 EVA树脂 氯乙烯共聚物 聚酰胺 甲基丙烯酸酯 丙烯酸树脂,表 纸用胶粘剂的应用与分类,表 纸用胶粘剂的应用与分类（续表）,（2）塑料包装材料及其胶粘剂的选择,（3）木质包装材料及其胶粘剂的选择,（4）金属包装材料及其胶粘剂的选择,（5）玻璃陶瓷包装材料及其胶粘剂的选择,2.8 胶粘剂组成与分类,2.8.1 胶粘剂的组成,粘料：胶粘剂配方中，使两被胶接物结合在一起时起主要作用的成分。要求粘料具有良好的粘附作用、湿润性和相容性。固化剂和促进剂：使胶粘剂发生固化或促进胶粘剂固化的物质。填充剂（填料）：降低胶粘剂固化过程中的体积收缩率或赋予胶粘剂某些性能的物质。它有增粘、降低收缩应力和热应力、补强及其它作用（如降游甲、延适用期等）。增韧剂：能够增进胶粘剂的抗冲击、伸长率及降低开裂等缺陷的物质。一般可与胶粘剂中的粘料起反应。,增塑剂：能够增进固化体系塑性、提高胶粘剂弹性和耐寒性的物质。一般不能与胶粘剂中的粘料起反应，不同与树脂混溶。偶联剂：使胶粘剂与难胶接材料的表面连接起来或提高两者间作用力的物质。稀释剂：降低胶粘剂的粘度、增加其渗透能力、改进工艺性能的物质。分活性和非活性两种。其它组分：如防老化剂、防腐剂、增粘剂、阻聚剂、阻燃剂等。,2.8.2 胶粘剂的分类,按胶粘剂的固化方式分：,按胶粘剂的物理表观形态分：,水溶液：聚乙烯醇、纤维素、脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、硅酸钠 非水溶液：硝酸纤维素、醋酸纤维素、聚醋酸乙烯、氯丁橡胶、丁腈橡胶 乳液（胶乳）：聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、天然橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶 无溶剂型：环氧树脂、聚酯丙烯酸、-氰基丙烯酸酯,粉状：淀粉、酪素、聚乙烯醇氧化铜、PF、UF 片、块状：鱼胶、松香、虫胶、热熔胶 细绳状：环氧胶棒、热熔胶 胶膜：酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-丁腈、环氧-丁腈、环氧-聚酰、酚醛树脂,粘附型 热封型,液态型,固态型,带 状,膏状与腻子型,胶粘剂,按胶料的主要化学成分分：,硅酸盐类：硅酸盐水泥、硅酸钠（水玻璃）磷酸盐类：磷酸-氧化铜 硫酸盐类：石膏 陶瓷：氧化锆、氧化铝,淀粉类：淀粉、糊精 蛋白类：大豆蛋白、血蛋白、骨胶、鱼胶、酪素、虫胶 天然树脂类：木质素、单宁、松香、树胶 天然橡胶类：胶乳、橡胶溶液 沥青类,热塑性：聚醋酸乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚酰胺、饱和聚酯等 热固性：脲醛树脂、酚醛树脂、间苯二酚树脂、三聚氰按树脂、环氧树脂、不饱和聚酯、聚异氰酸酯、呋喃树脂等,树脂型,橡胶型,复合型,氯丁橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、聚硫橡胶、端羧基橡胶、有机硅橡胶、热塑性橡胶,酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-氯丁橡胶、酚醛-丁腈橡胶、环氧-酚醛、环氧-聚酰胺、环氧-丁腈橡胶、环氧-聚氨酯,合成有机胶粘剂,天然有机胶粘剂,无机,有机,胶粘剂,按胶粘剂的用途分：,结构胶：酚醛树脂、间苯二酚树脂、异氰酸酯树脂、酚醛-丁腈、环氧-酚醛、环氧-尼龙等 非结构胶：聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯、橡胶类、热熔胶等 特种胶：导电胶、导热胶、光敏胶、应变胶、医用胶、耐超低温胶、耐高温胶、水下胶、点焊胶等,胶粘剂,按胶粘剂的耐水性分：,高耐水性胶：酚醛树脂、环氧树脂、间苯二酚树脂、异氰酸酯树脂胶等 中等耐水性胶：脲醛树脂等 低耐水性胶：蛋白类胶等 非耐水性胶：豆胶、淀粉胶、皮骨胶、聚醋酸乙烯乳液等,胶粘剂,