粘接技术

 

黏接技术特点：

 

（1）将同种或不同种材料很好地黏接在一起。

 

（2）黏接比焊接、铆接以及螺栓连接质量轻。 

 

（3）黏接接头的应力分布均匀，克服了其他连接形式会产生应力集中的不足。 

 

（4）黏接除了将材料连接起来外，还兼有密封、防腐、绝缘、缓冲等作用。 

 

（5）黏接通常工艺比较简单，操作方便，节约能源，成本降低。

 

（6）黏接存在以下缺点：黏接单位强度低；使用温度低；耐各种老化性能差等。 

 

黏接力：是由胶与被黏物之间的黏附力和胶层的内聚力组成。黏接力就是这两种力共同作用的结果，其中任何一种力的丧失都将导致黏接破坏。

 

内聚力：是指胶黏剂本身分子间的作用力，它是由胶黏剂的基本组分黏料、各种配合助剂以及配方、工艺、环境等因素决定。 

 

内聚强度：在黏接试样的剪切破坏试验中，黏接破坏发生在胶黏剂层，即在被破坏的两块试片的表面都附有一层胶黏剂，并且胶的表面是粗糙的，此时测得的力是该胶的内聚力，内聚力除以其黏接面积就得到了该胶的内聚强度。

 

黏附力：胶黏剂与被黏物之间的作用力。当做黏接件拉伸或剪切试验时，内聚力大于黏附力，则发生黏附破坏。

 

黏接试片沿着胶层界面破坏，被破坏的样片表面光洁，即一个样片上没有胶层，裸露出材料的表面，而另一个样片上附有胶层，此时测得的力为黏附力。

 

黏附力的产生包括胶黏剂与被黏物之间的物理作用、化学作用和机械作用。物理作用指分子间力即范德华力、氢键力，它们广泛存在于黏接中。

 

化学作用指胶黏剂与被黏物之间的形成牢固的化学键结合，即离子键力、共价键力、金属键力、配位键力。机械作用指由于被黏物表面存在大量细小的孔隙，胶黏剂分子由于扩散、渗透作用而进入被黏物内部，形成了机械的“钩键”、“锚键”，即所谓机械力。

 

润湿：指液体在固体表面分子间力作用下的均匀铺展现象，也就是液体对固体的亲和性。

 

常用接触角表示。两者间接触角越小，固体表面越容易润湿。 内应力：在黏接过程中产生的内应力是影响黏接强度和耐久性的重要因素之一。

 

因此，在黏接过程中，必须采取有效措施来降低内应力。内应力包括收缩应力和热应力。

 

收缩应力指胶黏剂无论用什么方法固化，都会发生一定体积收缩。而在胶黏剂失去流动之后，体积还没达到平衡值时，进一步固化引起体积收缩就会产生内应力。热应力是由于高分子材料与金属材料、无机材料的热膨胀系数相差很大，当温度发生变化时就会在黏接界面产生热应力。

 

热应力大小与温度变化、胶黏剂与被黏物膨胀系数的差别以及材料的物理状态和弹性模量有关。 

 

二 黏接理论 主要有机械理论、吸附理论、扩散理论、静电理论、弱边界理论、化学键理论、配位键理论、酸碱理论等，每种理论都只能解释一部分黏接现象，简要介绍如下： 

 

(1)机械理论 机械理论是胶黏剂对两个被黏物的接面机械附着作用的结果。

 

以固体表面粗糙、多孔为基础，胶黏剂流动、扩散、渗入被黏物表面，固化或胶凝后，与被黏物表面通过互相咬合连接起来，形成“钩键”、“钉键”、“锚键”等，将两个被黏物牢固结合在一起。 

 

(2)吸附理论 吸附理论是把胶黏剂黏接归于胶与被黏物之间分子间力的作用。这种相互作用包括化学键力、范德华力和氢键力。 

 

(3)扩散理论 扩散理论认为，高分子材料之间的黏接是由于胶黏剂与被黏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，使胶与被黏物之间的界面逐渐消失，形成相互交织的牢固结合，黏接接头的强度随时间延长而达到最大值。 

 

(4)静电理论 又叫双电层理论，在胶黏剂与被黏物接触的界面上形成双电层，由于静电吸引而产生黏接。

 

(5)弱边界层理论 妨碍黏接作用形成并使黏接强度降低的表面层称为弱边界层。发生胶黏剂和被黏物之间黏附力破坏，即弱边界层破坏。 

 

(6)化学键理论 由于胶黏剂分子与被黏物表面通过化学反应形成化学键而结合，因此使黏接层获得高强度的黏接。 

 

(7)配位键理论 胶黏剂与被黏物在黏接界面上由胶黏剂提供电子对，被黏物提供空轨道所形成的配位体系，提高黏接强度。 

 

(8)酸碱理论 在黏接体系属于酸碱配对的情况下，酸碱作用能提高界面的黏接强度。

 

三 黏接技术 黏接技术三个基本要素：胶黏剂、被黏材料、黏接工艺技术。 要想获得好的黏接，必须选择合适的胶黏剂，正确处理被黏材料表面，黏接工艺技术是非常关键。

 

3.1胶黏剂选用依据 胶黏剂的种类很多，其品种更多。应根据不同情况，选择合适的胶黏剂。 

 

3.1.1根据被黏材料化学性质选胶 极性材料 极性材料一般应选用极性胶黏剂。

 

如金属、陶瓷、石材、水泥、玻璃等无机材料；木材、皮革、纸张等有机材料；含有大量极性基团如羟基、羧基、氨基、酰胺基的聚合物，环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、氨基树脂、丁氰橡胶等，丙烯酸酯胶、聚醋酸乙烯酯胶以及无机胶。 

 

弱极性材料和非极性材料 非极性材料是分子中不含或含很少的极性基团的有机材料、聚合物材料，如沥青、石蜡、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚苯醚、硅树脂、氟树脂和橡胶等。弱极性材料指聚氯乙烯、氯化聚醚、有机玻璃、聚碳酸酯、丁苯橡胶、乙丙橡胶等。 黏接时，必须进行表面处理，然后采用同种聚合物溶解在溶剂里进行自黏，也可采用其它黏合剂黏接。

 

结晶性聚合物材料 结晶度越高越难黏接，一般采用橡胶类的胶进行黏接。 

 

3.1.2根据被黏材料物理性质选胶 刚性和脆性材料 石材、水泥等可用如环氧树脂等热固性树脂胶黏接，陶瓷、玻璃等可用橡胶或其它增韧材料增韧的热固性树脂胶黏接。

 

各种金属及合金材料，一般要求黏接强度高，宜采用橡胶或其它增韧材料增韧的胶黏剂黏接，如酚醛－丁氰、环氧－丁氰、酚醛－缩醛、反应型丙烯酸酯胶黏接。 

弹性和韧性材料 可用橡胶类胶黏剂黏结。 多孔性材料 主要指高分子树脂或橡胶的发泡材料。

 

硬质泡沫材料一般用环氧树脂、聚氨酯等树脂或氯丁胶等胶黏剂黏接。苯板则要采用水性胶黏剂如聚乙烯缩醛类、白胶、水乳胶等黏结。 

 

3.1.3根据被粘物工作受力情况选胶 被黏物黏接接头受力形式是设计、选胶的依据。胶黏剂承受剪切、拉伸的强度远大于承受剥离、不均匀扯离、冲击、弯曲的强度。

 

热塑性胶黏剂用于一般黏接的非结构胶。橡胶类胶黏剂一般用于密封胶、固定胶，适合于柔性材料的黏接。

 

热固性胶黏剂比较脆，硬度大，适用于承受拉伸、剪切的被黏物的结构性胶。 

 

被黏物的大小、尺寸、形状、厚度，被黏物或黏接接头的受力情况，允许黏接的接头设计形式，黏接面积，同样是选胶的重要条件。 

 

大部件黏结由于黏接面积大，选胶时还要考虑胶的使用时间。 

 

3.1.4根据被黏物允许的工艺条件选胶 选胶必须根据实际情况，一切从实际出发，合理选择和使用黏合剂，达到黏接目的。 

 

3.1.5根据被黏物用途、要求选胶 受力状况: 黏接分结构性黏接、非结构性黏接和一般性固定、临时性固定等黏结。

 

根据受力大小，选用合适黏合剂。 

 

使用温度 根据使用温度选择耐高温结构胶，300℃以上的结构胶只有聚酰亚胺、聚苯并咪唑和改性酚醛等。

 

150～300℃的结构胶酚醛－丁腈、酚醛－缩醛－有机硅、环氧－丁腈等，大多数黏合剂都在150℃或100℃以下使用。 

 

冷热交变 冷热交变对胶黏剂黏接接头影响很大。因为被黏材料不同，胶黏剂品种不同，它们的热膨胀系数不同，黏结界面会产生内应力，导致接头破坏。

 

一般选用耐高低温性好，韧性好的胶黏剂。 使用环境 湿度，酸碱介质，耐溶剂性，老化。 

 

3.1.6胶黏剂的毒性 

3.1.7胶黏剂的经济性 

3.2被粘材料 被粘材料需要表面处理，

3.3黏接操作工艺 黏接工艺的内容和程序如图 表面处理―配胶―涂胶―晾置―合拢―清理―初固化―固化―后固化―检查―加工3.3.1黏接接头设计的基本原则 黏接接头就是通过胶黏剂将被黏物连接成为一个整体的过渡，受力或不受力的部位如图被黏物 胶黏剂被黏物 黏接接头在外力作用下主要受到四种力的作用：剪切、拉伸、剥离和不均匀扯离。见图v 黏接接头受力类型 黏接接头受外力作用，一般发生四种情况破坏，即内聚破坏（胶层破坏）、被粘件破坏、界面破坏（黏附破坏）、混合破坏。由接头力学特性可知，抗拉、剪切、抗压强度是比较高的，而抗剥、抗弯的能力就弱得多。

因此从力学性能角度考虑，在黏接接头设计时，接头形式的设计与选择的基本原则是：

受力方向在黏接强度最大方向上。具有最大的黏接面积，提高接头承载能力。 

尽可能减少或避免产生剥离、劈开和弯曲的可能。 胶层薄而连续、尽可能均匀、避免欠胶。 

3.3.2黏接接头基本形式 接头基本形式有四种：对接、角接、T接、平接。 

3.3.3 配胶 由于黏接材质不同，黏合剂品种不同，需要根据实际情况，配胶。

如双组分胶黏剂根据需要，调整比例和固化速度，保证最佳黏接效果。

对于单组分胶黏剂，一般直接使用。有时候，通过填加稀料，调节黏度，降低胶水用量。 

3.3.4 涂胶 涂胶就是将胶黏剂以适当的方式涂布于被黏物表面的操作。

对于不同胶黏剂有不同的涂胶工艺。对于热熔胶可用热熔胶枪；对于粉状胶可进行喷撒；对于液体、糊状或膏状可刷胶、喷胶、注胶、浸胶、漏胶、刮胶、滚胶等。其中以涂刷最普遍。 

刷胶法就是用刷子或毛笔蘸取胶液涂布到被黏物表面上，最好顺着一个方向，不要往复，速度要慢，防止带入气泡，尽可能均匀一些，中间少多一些。平均厚度0.05-0.20mm。在保证不缺胶情况下，尽可能薄一些。溶剂型胶黏剂要涂2-3遍。 

3.3.5 晾置 涂胶后，适当晾置，有利于排除空气、流匀胶层、初步反应、增加黏性。

502胶晾置片刻，吸收空气中微量水分，引发聚合，实现固化。溶剂型胶黏剂必须晾置以挥发溶剂，否则固化后的胶层结构松散，会有气孔，使黏结强度下降。每种胶水晾置时间不同，晾置过度，则黏性大失，无法黏接。 

3.3.6 合拢 合拢有称装配、黏接等，就是将涂胶后经过晾置的被黏物表面紧密贴在一起，对正位置。

对于液态无溶剂胶黏剂，合拢后来回错动几次，以增加接触，排除空气，调匀胶层，如发现缺胶或有缝，应及时补胶，合拢之后压出微小胶圈为好。

对于橡胶型胶黏剂 合拢时应一次对准位置，不可错动。 

3.3.7 清理 黏结后露出的胶水应及时清理。 

3.3.8 固化 固化分三个阶段，

①初固化即初黏，指胶黏剂在凝胶时达到强度

②固化，一般胶黏剂在24小时内，通过物理作用和化学作用，使胶黏强度达到最大值，

③后固化，有些胶种通过热处理后，消除内应力，提高黏接强度。 固化工艺三个重要参数，温度、压力、时间。

其中温度影响最大。 3.3.9 检查 固化后的黏接件，应该进行一次全面检查，确保黏接质量。 综上所述，要获得牢固的黏接，胶黏剂是基本因素，接头是重要因素，工艺是关键因素，三者密切相关，不可偏废。