贴合原理及粘接技术(精)
粘接原理与粘接技术
§2.5 粘接强度及其影响因素
2.弱界面层 粘接力来源于分子间力的情况下，胶液和被 粘物中相容性差的杂质，会向界面迁移，当杂质 层与被粘物和胶层的吸附力不同时，便会形成弱 界面层。 通常添加偶联剂等可以消除弱界面层。 3．内应力 1）应力：单位截面上附加的力，称为应力。 2）内应力：胶接部位在未受到外力作用时，内 部所具有的应力，称内应力。
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§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）。
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§2.5 粘接强度及其影响因素
3 ）蠕变、应力松弛与粘接强度：易产生蠕变 和应力松弛的基料，会降低粘接强度，但适当 的蠕变和应力松弛可防止胶层应力开裂，对粘 接有利。
二.影响粘接强度的物理因素
1．粗糙度和表面形态 被粘材料表面洁净，粗糙度大，可增大粘接 面积，提高机械粘接力而增大粘接强度。 但若胶对材料的润湿不好（润湿角≥90。），凹 凸处润湿不均匀，粘接面积变小，故粗糙度大 对粘接不利。
●
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§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
Tg—玻动化温度
Tf—粘流化温度
图. 线型非晶态高聚物的形变温度曲线
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§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
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
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。
粘接原理与粘接技术50页PPT
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36、自己的鞋是软弱。——拉罗什福科
粘接原理与粘接技术
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
粘接技术简介
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。
胶粘剂粘接机理及粘接技术
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。 • 吸附力的产生：当分子间距< 0.5nm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。
了解粘接理论，可以从理论上指导胶黏剂选择，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。
的构型，达到吸附平衡。 随后，胶黏剂分子对被粘物表 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；金 属或无机物由于受结晶结构的约束，分子较难运动，但 胶黏剂在硬化前，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 的或化学键的粘接键。这就是粘接的基本过程。全过程 的关键作用是润湿、扩散和形成粘接键。
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
a1 u1 a2 u2 ED R6 a ,a 式中： u 1, u2 ——分子极 1 2
胶水粘接机理
粘接机理二；吸附理论
吸附理论认为，粘接是由两材料界面间分子接触和界面力产生 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，要 使胶黏剂润湿固体表面，胶黏剂的表面张力应小于固体的临界表面张 力． 大多数有机胶黏剂都容易湿润金属被粘物，获得良好湿润的条件 是胶黏剂的表面张力比被粘物的表面张里低，但实际上许多固体被粘 物的表面张力都小于胶黏剂的表面张力，这就是为什么环氧树脂胶黏 剂对金属粘接性能优良，而对于未经处理的聚合物很难粘接的原因． 湿润使胶黏剂与被粘物紧密接触，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，离子键 共价 键 金属键 范德华力．
粘接机理五；弱边界层理论
弱边界层理论认为，当粘接在界面发生破坏时，实际上是内聚 破坏或弱边界破坏，弱边界层来自胶黏剂，被粘物，环境或三者的任 意结合．如果杂质集中在粘接界面附近，并与被粘物结合不牢，在胶 黏剂与被粘物中都可能出现弱边界层，当发生破坏时，看起来是在胶 黏剂和被粘物界面，但实际上是弱边界层破坏．
胶粘剂粘接机理同各类鞋用胶黏剂
合成组 2008-3-31
粘接机理一；机械理论
机械理论认为，胶粘剂必须滲入被粘物表面空隙内，并排除其 界面上吸附的空气，才能产生粘接作用，在粘接泡沫塑料等多孔性被 粘物时，机械嵌定是重要因素，胶黏剂粘接经表面打磨的材料效果要 比表面光滑的材料好，这是因为机械镶嵌，形成清洁表面，生成反应 表面，表面积增加，由于打磨使表面变得比较粗糙，表面层物理和化 学性质发生了改变，因此粘接强度提高．
ＳＢＳ胶粘剂 ＳＢＳ是苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段热塑性弹性体的简称． 按合成方法分： 线型和星型：含双键，易氧化，不耐紫外线和臭氧，星型分子量 高，内聚强度大，物理交联点多，弹性和耐热优于线型． 饱和型：即氢化ＳＢＳ，耐老化性好，但溶解性变差． 影响其性能的因素： 苯乙烯同丁二烯的相对含量 SBS胶粘剂的改性： 定义：凡主链含有许多重复的氨基甲酸酯基团的高分子化合物通 称聚氨基甲酸酯（简称聚氨酯） RNCO+R’OH→RNHCOOR’(氨基甲酸酯) 影响聚氨酯胶粘剂制备的因素： １．溶剂品种 ２．反应温度 影响聚氨酯结构与性能的主要因素： １．软硬段结构 ２．异氰酸酯结构 ３．聚氨酯分子量同胶联度
胶黏剂和粘接技术原理
1发动机罩，热固化乙烯基塑料溶胶 ②车身外旳贴花加工，采用丙烯酸酯压敏胶； ③挡风玻璃粘接，采有聚硫多组分反应性胶粘剂； ④聚氯乙烯顶篷缝粘接，采用聚酯、聚酰胺热熔胶；
⑤顶篷隔音衬垫粘接，采用氯丁橡胶为基体旳溶剂 型胶粘剂或聚丙烯酸酯乳液胶粘剂；
⑥聚氯乙烯顶篷粘接，采用氯丁橡胶为基体旳溶剂 型胶粘剂或聚丙烯酸酯乳液胶粘剂；
百得胶、FN－303胶、XY－401胶、CH－406胶等。
为何要使用胶黏剂？ 材料加工，主要涉及变形、切分与结合。
组合连接分类一般有三种，机械紧固、焊接与粘接。
胶接优点：
胶接缺陷：
1 不破坏被粘物 2 不造成应力集中 3 改善疲劳性能 4 同步起密封效果 5 连接不同金属不形成电池 6 特殊场合（如粘接炸药） 7 粘接形状复杂旳被粘物 8 设备简朴
路易斯酸碱相互作用，提供接受电子对。 多数一般玻璃是碱性旳，使用酸性胶黏剂。
小结
每种理论都有大量旳试验为根据，只是研究旳角度、措 施、条件不同，共同目旳是最求形成黏结现象旳本质，更 加好旳应用。没有统一旳定论，了解各派理论兼容并包灵 活利用，调动提升粘接强度旳一切原因。
• 相溶旳胶黏剂（扩散性） • 自发浸润旳胶黏剂，填充凸凹不平旳表面（表面张力） • 表面处理粗糙使具有微观构造形态（机械互锁） • 合适旳黏度与固化时间（黏度） • 恶劣环境中旳胶接件尽量产生化学键
又称硬化剂、熟化剂、交联剂、硫化剂 3 、溶剂 4 、增塑剂 降低玻璃化温度和熔融温度,改善胶层脆性,
内增塑、外增塑. 5 、填料 降低成本,改善机械性能,降低膨胀系数 6 、偶联剂 同步与极性和非极性物质产生结合力旳化合物. 7 、交联剂 在线形大分子间形成化学键 8 、引起剂 引起单体分子或预聚物活化而产生自由基. 9 、增进剂 降低引起剂分解温度或加紧固化反应速度。 10、增黏剂 提升初粘力
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表面能的影响
容易润湿的表面 (高表面能)
金属 * 打磨石材 * 纸、硬纸板 *木材 * 丙烯酸涂料 *有机玻璃 * 硬质PVC * ABS * 聚苯乙烯
水滴
金属
难以润湿的表面（低表面能）不建议
* 聚乙烯 * 聚丙烯 * 聚酰胺 （尼龙) * 涂层处理后的纸张
Dangerous!
* 注塑成形的塑料 * 软质 PVC (Vinyl) * 橡胶部件 * 未经处理的EPDM部件
on clean metal surface
Water Drop
Substrate surface on polyethylene
• 表面平整度
粗 糙 的 表 面 Textured Surface
• 表面污染
• 脱模剂
• 尘埃 • 增塑剂迁移
• 软质聚氯乙烯 • 橡胶
• 养护时间 • 施工压力 • 施工环境
单面胶带
双面胶带
胶粘剂
• 工业胶带
• 薄型胶带
• 非结构胶粘剂
– 聚氯乙烯胶带
– 纯胶膜产品
– 水分散型
– 聚乙烯胶带
– 纸基胶带
• 接触胶
– 金属箔胶带
– 塑料基材胶带
– 聚酯胶带
– 两面粘性不同的胶带
– 聚四氟乙烯胶带 • 泡绵胶带
– 超高分子量聚乙
– VHBTM胶带
烯胶带
– 丙烯酸泡绵胶带
– 玻璃布基胶带
胶接与机械固定相比的五大优点
• 接头有韧性
– 吸收能量
• 避免接头处的应力集中
– 分散应力 – 抗冲性能好
• 粘接不同材料
– 避免材料间的电化学反应 – 吸收热胀冷缩的产生应力
• 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 – 施工方便
• 外观漂亮
– 无焊接变形 – 无突出物 – 无疤痕
优异的耐紫外 和化学品 初粘性略低 成本适中 可用于户外
耐高温, 260 度 耐低温 耐老化 优异的耐紫外 和耐溶剂性能 初粘性一般 成本高
压敏胶类型的选择
• 底材 • 耐温性 • 使用条件 • 终粘性 • 初粘性 • 耐久性 • 成本
粘接失败的原因?
• 压敏胶与底材不匹配
Water Drop Substrate
粘接技术
材料固定与连接的方法汇总
固定方式总揽
可开启系统
(临时固定)
螺栓 螺母 固定夹 图钉 尼龙搭扣 夹具 报事贴 钮扣 自身重力
不可开启系统
(永久固定)
机械固定
铆钉 钉子 订书钉 缝纫
焊接
平焊 点焊
胶接
胶粘剂胶接 * 粘弹性胶粘剂 （压敏胶） * 溶剂型胶粘剂 * 热熔型胶粘剂 * 可活化胶粘剂 * 结构胶粘剂
水滴
* 硅橡胶 * 氟塑料
surface PE
表面清洁
• 针对不同的表面污染采用不同的清洁剂：
污染类型 指纹 水汽 油、脂 重度油污 脱模剂
清洁剂 异丙醇（IPA） 异丙醇（IPA） 庚烷（Heptane） 丁酮（MEK） 向制造商咨询
• 注意：对于塑料基材，进行合适的清洁非常重要！
3胶带与胶粘剂产品
#1100 #1000
#1200
#900
胶带用PSAs
R-60 R-50 R-30 R-20 R-10
860
– 氯丁及聚氨酯泡绵胶带
– 特殊胶带
– 聚氯乙烯泡绵胶带
• 标签材料
– 聚乙烯泡棉胶带
• 压敏胶 • 丝印胶 – 溶剂型 • 接触胶 • 塑料用胶粘剂 • 橡胶用胶粘剂 – 喷胶及其维护用品 – 热熔胶及打胶枪
• 保护膜
• 紧固用材料
• 结构胶
• 脚垫产品
– 蘑菇搭扣
– 快干胶
• 封箱胶带, 纤维胶带 – 尼龙搭扣
初粘力与 终粘力
初期粘性 无驻留时间
最终粘性
驻留时间:
72 小 时/ 70 C
粘性和粘弹性
粘性
Viscous
粘弹性
Visco-elastic
弹性 固 体 状
Elastic
Solid
软
压敏胶
Pressure Sensitive
硬Firm
Soft
Adhesives
粘性
Adhesion Properties
被粘物A 压敏胶 被粘物B
内聚力Cohesion
材料自身的力量 Internal strength of material
被粘物A 压敏胶 被粘物B
剥离强度与剪切强度的测试
剥离力
衡量
粘性
剪切力
衡量
内聚力
如 何 取 得 最 大 的 粘接力
压力
• 时间
– 胶需要时间流动
• 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
– 单组分环氧及聚氨酯胶
– 双组分胶及打胶器
3M 胶膜产品
卷状单层隔离纸胶膜
双层隔离纸胶膜
有基材的双面胶带
两面涂有有机 硅的防粘纸
压敏胶
基材 : 棉纸或聚酯 等塑料基材
压敏胶
有基材双面胶带与纯胶膜产品的比较
纯胶膜
– 总厚度： 1-5 mil – 贴服性好 – 使用较难（柔性冲切材料） – 耐温性好 – “永久性” – 无增强底材的功能 – 更适合粗糙表面
OCA类压敏胶的定义
• 拥有持久的高粘性 • 应用时只需用手或手指施压 • 不需通过水, 溶剂或加热活化 • 有牢靠的粘粘力 • 有足够的内聚力和弹性
Pressure Sensitive Tape Council
OCA类压敏胶的作用原理
• 压敏胶 具 有 流 动 性, 能与背材紧密接合
• 压敏胶与被粘物间的 相互作用
• 压力
– 促进胶的流动性 – 促进胶的对被粘物的浸润 – 避免汽泡的产生
胶粘剂类别
橡胶型 Rubber
丙烯酸型 Acrylic
有机硅型 SilicБайду номын сангаасne
初粘性好 适合多种材质 成本低
< 90 度 耐化学品差 耐紫外差 耐老化性能差 适用于室内
耐久性能优异 粘接多种材质 耐高温, 可达 230 度
内聚力
Cohesion Properties
Maximum
Maximum
Adhesion Level
软性与硬性压敏胶
Soft and Firm Adhesives
硬性胶 Firm
软性胶 Soft
粘力
驻留时间 Dwell Time
粘接力和内聚力
粘接力Adhesion
存在两种表面之间的力量 Force between dissimilar surfaces
带基材双面胶带
– 总厚度：3-10 mil – 贴服性差 – 使用方便 – 耐温性差 – “拥有可剥离性” – 增强底材 – 不适于多孔性材料
*选择方法 1）支持、使用柔性材料和考虑整体剥离性能时，选带基材的双面胶带 2）增加对材料的浸润和贴服性时，选择纯胶膜产品 3）多数情况下使用纯胶膜
胶粘剂技术平台