第十章-膠接原理與工藝

焊接成型原理

膠接是用膠粘劑將被膠接物表面聯(lián)接在一起的過程。膠枯劑亦稱粘接劑，俗稱“膠”。凡是能形成一薄膜層，并通過這層薄膜將一物體與另一物體的表面緊密聯(lián)接起來，起著傳遞應(yīng)力的作用，而且滿足一定的物理、化學(xué)性能要求的媒介物質(zhì)統(tǒng)稱膠接劑。

其主要優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)率高;工藝靈活、快速、簡(jiǎn)便;接頭可靠、牢固、美觀產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和加工工藝簡(jiǎn)單;省材、省力、成本低、變形小。容易實(shí)現(xiàn)修舊利廢接技術(shù)可以有效地應(yīng)用于不同種類的金屬或非金屬之間的聯(lián)接等。第十章膠接原理與工藝Contents膠接接頭的形成機(jī)理影響膠接強(qiáng)度的因素膠粘劑的組成與分類膠接工藝10.110.210.310.4膠接過程是一個(gè)比較復(fù)雜的物理、化學(xué)過程。膠接質(zhì)量的好與壞用膠接力來衡量。膠接力的大小主要與膠粘劑的技術(shù)狀態(tài)、被膠接物表面特征和膠接過程的工藝條件等有關(guān)。10.1.1實(shí)現(xiàn)膠接的條件兩個(gè)被膠接物表面實(shí)現(xiàn)膠接，必要條件是膠粘劑應(yīng)與被膠接物表面緊密地結(jié)合在一起，也就是通過膠粘劑能充分地浸潤(rùn)物體表面，并形成足夠的膠接力，就可得到滿意的接頭強(qiáng)度。那么被膠接物體表面充分的浸潤(rùn)和膠接力是如何形成的呢?

§10.1膠接接頭的形成機(jī)理1.膠接劑對(duì)被膠接物體必須具有浸潤(rùn)性當(dāng)一滴液體與固體表面接觸后，接觸面自動(dòng)增大的過程稱為浸潤(rùn)。浸潤(rùn)的程度可由液體與固體的接觸角來判一斷。而接觸角的大小是由液體和固體的界面張力所決定的，對(duì)液體稱為界面張力，固體則稱為界面能。圖10—1為液體與固體表面接觸角的關(guān)系圖，θ為接觸角。圖10一1液體與固體表面接觸兔的關(guān)系接觸角θ是通過固一液一氣三相交點(diǎn)所作液體曲面切線與液滴接觸一側(cè)固體平面的夾角。當(dāng)θ=00

時(shí)，說明固體表面完全浸潤(rùn);當(dāng)0<θ<900叮時(shí)，固體表面呈浸潤(rùn)狀態(tài);θ>900時(shí)，固體表面不浸潤(rùn);當(dāng)θ=1800時(shí)，固體表面絕對(duì)不浸潤(rùn)。界面張力小的液體能良好地浸潤(rùn)在界面張力大的固體表面。表10.1中給出了部分常用材料的界面張力。金屬及其氧化物、無機(jī)鹽的界面張力一般都比較大，而固體聚合物、膠粘劑、有機(jī)物、水等的界面張力比較小，所以，金屬及其氧化物、無機(jī)鹽很容易被膠粘劑浸潤(rùn)。

影響浸潤(rùn)的因素除了膠粘劑與被膠接物的界面張力外，還與工藝條件、環(huán)境溫度等因素有關(guān)。2.膠接力的形成被膠接物體表面涂膠后，膠粘劑通過流動(dòng)、浸潤(rùn)、擴(kuò)散、和滲透等作用，當(dāng)間距小于5×10-10m時(shí)，被膠接物體在界面上就產(chǎn)生了物理和化學(xué)的結(jié)合力。它包括化學(xué)鍵、氫鍵、范德華力等?；瘜W(xué)鍵是強(qiáng)作用力，范德華力是弱作用力。其中結(jié)合力大小順序?yàn)榛瘜W(xué)鍵>氫鍵>范德華力。1.膠粘劑必須容易流動(dòng)。流動(dòng)是高分子鏈段在熔體空穴之間協(xié)同運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，并受鏈纏結(jié)、分子間力、增強(qiáng)材料的存在和交聯(lián)等因素所制約。從物理化學(xué)的觀點(diǎn)看，膠粘劑的粘度越低越有利于界面區(qū)分子的接觸。2.液體對(duì)固體表面的濕潤(rùn)。

當(dāng)液體與被膠接物在表面上接觸時(shí)浸潤(rùn)能夠自動(dòng)均勻地展開，液體與被膠接物體的表面浸潤(rùn)得越完全，兩個(gè)界面的分子接觸的密度越大，吸附引力越大。10.1.2膠接具備的條件3.固體表面的粗糙化。

膠接主要發(fā)生在固體和液體表面薄層，固體表面的特征對(duì)膠接接頭強(qiáng)度有著直接的影響。在被膠接物表面適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行粗糙處理或增加人為的縫隙，可增大膠粘劑與被膠接物體接觸的表面積，提高膠接強(qiáng)度。界面有了縫隙，可將縫隙視為毛細(xì)管，表面產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象對(duì)浸潤(rùn)是非常有利的。4.被膠接物和膠粘劑膨脹系數(shù)差要小。

膠粘劑本身的膨脹系數(shù)與膠層和被膠接物的膨脹系數(shù)差值越大，固化后膠接接頭內(nèi)的殘余內(nèi)應(yīng)力也越大，工作中對(duì)接頭的破壞也越嚴(yán)重。

5.形成膠接力形成膠接力是建立膠接接頭的一個(gè)因素，固化后膠層或被膠接物本身的內(nèi)聚強(qiáng)壓是建立膠接接頭的另一個(gè)因素。膠粘劑在液相時(shí)內(nèi)聚強(qiáng)度接近等于零。因此，液相膠裂劑必須通過蒸發(fā)(溶劑或分散介質(zhì))、冷卻、聚合或其它各種交聯(lián)方法固化以提高內(nèi)聚弛度。

10.1.3幾種膠接現(xiàn)象的理論解釋膠接機(jī)理最早足從浸潤(rùn)角的熱力學(xué)概念提出來的，已有將近200年。19世紀(jì)初期，Dupr提出了平衡時(shí)最大熱力學(xué)粘附功與自由表面能的關(guān)系式。20世紀(jì)中期，W.A.Zisman又提出浸潤(rùn)角與表面能的關(guān)系式。與此同時(shí)，各派學(xué)者又提出了靜電理論、擴(kuò)散理論、弱界面層理論等。20世紀(jì)40年代后期以來各國(guó)學(xué)者提出三種不同的解釋。

吸附理論是20世紀(jì)40年代末提出來的，也是應(yīng)用最普遍的理論。吸附理論是以表面能為基礎(chǔ)，認(rèn)為粘附作用主要來源是膠粘劑分子和被膠接物分子問的作用力。吸附理淪認(rèn)為，膠粘劑分子與被膠接物表面分子產(chǎn)生的膠接力，首先是膠粘劑中的大分子通過鏈段與分子鏈的運(yùn)動(dòng)逐漸相互靠近，達(dá)到膠粘劑分子由微布朗運(yùn)動(dòng)向被膠接物表面擴(kuò)散;當(dāng)膠粘劑與被膠接物兩種分子間的距離小于5×10-10m時(shí)，分子間就產(chǎn)生了范德華力或氫鍵的結(jié)合，膠粘劑高分子被吸附，形成膠接。在這個(gè)過程中對(duì)膠接接頭進(jìn)行加熱、施加壓力和降低膠粘劑的粘度等都有利于膠粘劑的擴(kuò)散。1.吸附理論產(chǎn)生膠接力的最主要的力是分子間作用力。吸附理論正確地把膠接現(xiàn)象與分子間力的作用聯(lián)系起來。但用吸附理論不能解釋膠粘劑與被膠接物之間的膠接力有時(shí)大于膠粘劑本身強(qiáng)度和極性膠粘劑在非極性表面上膠接等問題。

2.擴(kuò)散理論擴(kuò)散理論是以膠粘劑與被膠接物在界面處相互擴(kuò)散溶解為依據(jù)提出的。認(rèn)為高分子材料膠接時(shí)，由于膠枯劑分子或鏈段與被膠接物表層的分子或鏈段能夠相互擴(kuò)散，這種擴(kuò)散是通過膠粘劑和被膠接物的界面相互深人到對(duì)方內(nèi)部進(jìn)行的。擴(kuò)散結(jié)果粘附界面形成交織網(wǎng)絡(luò)，界面消失產(chǎn)生了過渡區(qū)，形成了牢固的接頭。從熱力學(xué)角度來說，相溶性是指任何比例混合后所形成均相休系的能力;從工藝角度來說，相溶性是指兩種聚合物之間容易相互分散而得到性能穩(wěn)定的混合物的能力。兩種聚合物的混合過程和其它物化過程一樣，均服從熱力學(xué)相溶性。

影響兩種物質(zhì)相互擴(kuò)散的因素有物質(zhì)的溶解度參數(shù)、膠粘劑的相對(duì)分子質(zhì)量大小和界而張力等。膠粘劑與被膠接物兩者的溶解度參數(shù)值相差越小，相溶性越好，越有利于擴(kuò)散作用的產(chǎn)生，其膠接體系的膠接力越高，適當(dāng)降低膠粘劑的相對(duì)分子質(zhì)量有助于提高分子的擴(kuò)散。界面張力越小，溫度越高，表面張力越小，相溶性越好，擴(kuò)散效果越好。（1）擴(kuò)散與相溶性聚合物的相互擴(kuò)散速度主要與相溶性和聚合物相對(duì)分子質(zhì)量有關(guān)，相溶性越好，相對(duì)分子質(zhì)量越小，擴(kuò)散速度越大。相對(duì)分子質(zhì)量增大一個(gè)數(shù)量級(jí)，擴(kuò)散系數(shù)可下降兩個(gè)數(shù)量(2)影響溶解性的因素高聚物的結(jié)構(gòu)形態(tài)、鏈的長(zhǎng)短、鏈的柔性、結(jié)晶性等是影響溶解性的重要因素。

從高聚物的結(jié)構(gòu)形態(tài)來看，線型或支化的高聚物可以溶解，體型的高聚物由于網(wǎng)絡(luò)接點(diǎn)的束縛只能溶脹，不能溶解，其主要原因是結(jié)點(diǎn)密度大，溶劑分子不易進(jìn)人。鏈段的運(yùn)動(dòng)可增加擴(kuò)散，擴(kuò)散能力越大、溶解得越好。高聚物大分子鏈擴(kuò)散能力差，是因?yàn)楦呔畚锓肿渔湹捏w積大，運(yùn)動(dòng)困難，不能及時(shí)向溶劑中分散，其溶解只能靠鏈段的逐漸運(yùn)動(dòng)進(jìn)行，因此，它必須先經(jīng)過溶脹，后緩慢分散溶解。柔順的高聚物分子鏈運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散，有助于溶解。聚乙烯醇和纖維素分子與水的親和性差不多，但聚乙烯醇溶于水，是因?yàn)樗侨嵝枣?，而纖維素分于是剛性鏈，所以不溶于水。強(qiáng)極性高聚物與強(qiáng)極性溶劑作用可能形成氫鍵，有熱量放出，如果放出的熱量能破壞晶格的束縛，就可促進(jìn)溶解;此外高聚物的分子的鏈越長(zhǎng)，溶解性也越差，這是因?yàn)殒溤介L(zhǎng)，相對(duì)分子質(zhì)量越大，聚合物分子間的內(nèi)聚力越大的緣故等。靜電理論是由前蘇聯(lián)科學(xué)家B.B.Raruch等提出的，后由科學(xué)家進(jìn)一步完善，其理論認(rèn)為高分子膠粘劑與被膠接物金屬相互接觸時(shí)，組成一種電子的接受體和供給體的組合形式。在膠粘劑和金屬界面兩側(cè)產(chǎn)生接觸電勢(shì)，并形成了雙電層，雙電層電荷的性質(zhì)相反，從而產(chǎn)生了靜電引力。但是，靜電力僅存在于某些特殊膠接體系，該理論有很大的局限性。3.靜電理論除了以上理論對(duì)膠接強(qiáng)度有影響外，還有許多因素對(duì)膠接強(qiáng)度有顯著的影響。其中膠接過程的物理作用、化學(xué)作用以及膠接過程中的工藝條件和被膠接物表面的性質(zhì)等，與膠接強(qiáng)度有著密切的聯(lián)系?！?0.2影響膠接強(qiáng)度的因素1.被膠接物表面的清潔度物體的膠接主要發(fā)生在被膠接物表而和膠粘劑的界面，界面存在油脂、污染物、氧化物等將顯著影響膠接的強(qiáng)度。例如，金屬的表面易形成氧化膜，氧化膜吸水性強(qiáng)，如果膜是Fe2O3，此膜很疏松，強(qiáng)度極低;如果膜是Cr2O3，其膠接活性很差，膠接強(qiáng)度低等，這些雜質(zhì)的存在都會(huì)阻礙膠粘劑的充分浸潤(rùn)，降低膠接強(qiáng)度。2.被膠接物的表面粗糙度和表面形態(tài)適當(dāng)增加被膠接物的表面粗糙度、就相當(dāng)于增加了接觸的表面積，接觸的表面積越大，膠接的強(qiáng)度越高。被膠接物表面在能良好潤(rùn)濕的前提下，膠接前采用噴砂、機(jī)械或化學(xué)等方法對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)粗化處理，增加表面積，同時(shí)，使被膠接物表面生成有極性、結(jié)構(gòu)致密、結(jié)合牢固的產(chǎn)物，提高被膠接物的表面能，有利于形成低能量的結(jié)合，提高膠接強(qiáng)度。圖10一4表面粗糙度對(duì)膠接強(qiáng)度的影響(酚醛一縮醛膠與硬鋁膠接)但過于粗糙會(huì)在膠接面產(chǎn)生膠層斷裂或存有氣泡，反而影響了膠接強(qiáng)度。圖10-4為表面粗糙度對(duì)強(qiáng)度的影響。對(duì)被膠接物表面不能潤(rùn)濕的低能固體表面，粗糙化處理是無效的。3.內(nèi)應(yīng)力

內(nèi)應(yīng)力是影響膠接強(qiáng)度和耐久性的重要因素之一。內(nèi)應(yīng)力包括收縮應(yīng)力和熱應(yīng)力。收縮應(yīng)力產(chǎn)生原因:主要是膠粘劑在固化過程中伴隨著溶劑的揮發(fā)和化學(xué)反應(yīng)中釋放出揮發(fā)性低分子化合物，導(dǎo)致發(fā)生了體積收縮產(chǎn)生收縮應(yīng)力。例如，不飽和聚醋樹脂固化過程中因兩個(gè)雙鍵由范德華力結(jié)合轉(zhuǎn)變?yōu)楣矁r(jià)鍵結(jié)合，原子間距離縮短，產(chǎn)生較大的體積收縮，其體積收縮率達(dá)10%。熱應(yīng)力產(chǎn)生的原因:由于被膠接物和膠粘劑的熱膨脹系數(shù)不同，在固化過程和使用時(shí)遇到溫度變化就會(huì)在膠接界面產(chǎn)生熱應(yīng)力。熱膨脹系數(shù)相差越大、溫度變化越大，熱應(yīng)力就越大。此外，材料的物理狀態(tài)和彈性模量對(duì)熱應(yīng)力也有不同程度的影響。這兩種應(yīng)力的存在必然會(huì)降低膠接強(qiáng)度，甚至當(dāng)內(nèi)應(yīng)力大子膠接力時(shí)，膠接接頭會(huì)自動(dòng)脫開。為了減少界面上的內(nèi)應(yīng)力，可采用在膠粘劑中加人增韌劑，使柔性鏈節(jié)移動(dòng)，逐漸減少或消除內(nèi)應(yīng)力;在膠粘劑中加入無機(jī)填料，調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)，降低內(nèi)應(yīng)力。被膠接物體和膠粘劑在無外界因素影響的條件下，膠接力大小主要取決于兩界面的潤(rùn)濕程度和膠接特性。當(dāng)被膠接物體、膠粘劑及環(huán)境中的低分子物或雜質(zhì)，通過滲析、吸附及聚集過程，在部分或全部界而內(nèi)產(chǎn)生了這些低分子物的富集區(qū)，在拉應(yīng)力的作用下會(huì)在低分子物和雜質(zhì)富集區(qū)產(chǎn)生破壞，這個(gè)區(qū)就稱弱界面層。例如，用聚乙烯膠接鋁，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，其膠接后的接頭強(qiáng)度僅為聚乙烯本身拉伸強(qiáng)度的百分之幾。如果除去聚乙烯中的含氧雜質(zhì)或低分子物，其膠接強(qiáng)度有明顯的提高。為防止弱界面層產(chǎn)生，可采用CASING法(在惰性氣體中活化交聯(lián))使聚乙烯表面的低分子物轉(zhuǎn)化成高分子交聯(lián)結(jié)構(gòu)，提高膠接強(qiáng)度。

4.弱界面層

5.膠層厚度被膠接物的聯(lián)接是由膠粘劑完成的。膠層的厚薄對(duì)膠接強(qiáng)度均有一定的影響。膠層過厚，使膠層內(nèi)形成氣泡等缺陷的傾向增大，同時(shí)膠層過厚使膠粘劑的熱膨脹量增加，引起的熱應(yīng)力也增加;當(dāng)然膠層厚度也不是越薄強(qiáng)度越高。因此，膠層厚度應(yīng)根據(jù)膠粘劑的類型來確定，大多數(shù)合成膠粘劑以0.05～0.10mm為宜，無機(jī)膠粘劑以0.1～0.2mm為宜。在實(shí)際操作時(shí)，可用涂膠量和固化時(shí)加壓來保證厚度要求。此外，當(dāng)膠接接頭承受單純的拉應(yīng)力、壓縮或剪切時(shí)，膠層越薄強(qiáng)度越高，對(duì)脆、硬的膠粘劑更為明顯。對(duì)受沖擊負(fù)荷小，而彈性模量小的膠來說，膠層稍厚則沖擊強(qiáng)度高;彈性模量大的膠，沖擊強(qiáng)度與膠層厚度無關(guān)。確定膠層的厚度要根據(jù)膠種和實(shí)際的條件經(jīng)過實(shí)驗(yàn)來確定。除了以上因素影響膠強(qiáng)度外，還有環(huán)境作用、膠粘劑本身的粘度等。10.2.2化學(xué)因素的影響1.聚合物的極性物質(zhì)中原子在構(gòu)成分子時(shí)，若正負(fù)電荷中心不重合，則分子存在兩極(偶極)，即為極性結(jié)構(gòu);若正負(fù)電荷重合，分子的電性為中性，圖10.5極性分子的偶極即為非極性結(jié)構(gòu)，分子偶極中的電荷e和兩極之間距離L的乘積稱為偶極矩μ=e×L，見圖10-5（a）。當(dāng)極性分子相互靠近時(shí)，同性電荷互相排斥，異性電荷互相吸引，故極性分子之間的作用力是帶方向性的次價(jià)鍵結(jié)合力，見圖10-5（b）。對(duì)非極性分子來說，其次價(jià)鍵力沒有方向性，見圖10-5（c）。某些理論認(rèn)為高表面能被膠接物的膠接力是隨著膠粘劑的極性增強(qiáng)而增大的。低表面能被膠接物的膠接力則是隨著極性增強(qiáng)而膠接體系的濕潤(rùn)變差，膠接力下降。這是因?yàn)榈湍艿姆菢O性材料不易再與極性膠粘劑形成低能結(jié)合，故浸潤(rùn)不好，膠接強(qiáng)度受到影響。對(duì)非極性材料，可采用化學(xué)表面處理方法〔如采用萘鈉處理聚四氟乙烯)，使其表面產(chǎn)生極性，以便采用極性膠粘劑進(jìn)行膠接。2.相對(duì)分子質(zhì)量與相對(duì)分子質(zhì)量分布聚合物的性能不僅與相對(duì)分子質(zhì)量有關(guān)，而且與相對(duì)分子質(zhì)量的分布有關(guān)。通常，聚合物的性能，如強(qiáng)度和熔體粘度主要決定于相對(duì)分子質(zhì)量較大的分子。相對(duì)分子質(zhì)量越低，粘度越小，流動(dòng)性能越好，浸潤(rùn)物體越好，易獲得良好的膠接強(qiáng)度。

以直鏈狀不支化結(jié)構(gòu)的聚合物為例，有兩種情況。

其一是膠接體系均為內(nèi)聚破壞的情況下，膠接強(qiáng)度隨相對(duì)分子質(zhì)量增加而升高，升高到一定范圍后漸漸趨向一個(gè)定值;其二是：當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量較低時(shí)，會(huì)發(fā)生內(nèi)聚破壞，當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量增大到使膠層的內(nèi)聚力等于界面的膠接力時(shí)，會(huì)發(fā)生餛合破壞，相對(duì)分子質(zhì)量繼續(xù)增大，膠層內(nèi)聚力高，粘度也增加，不利于浸潤(rùn)，導(dǎo)致發(fā)生界面破壞等。

由此看出，聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量在一定范圍內(nèi)時(shí)，才能既有良好的粘附性，又有較大的內(nèi)聚力，膠接強(qiáng)度才能達(dá)到要求。表10.3是聚異丁烯相對(duì)分子質(zhì)量與膠接強(qiáng)度的關(guān)系。圖10一6剝離強(qiáng)度與聚合度的關(guān)系1一100℃;2一200℃(粘接溫度）

圖10-6是用聚丙烯酸酷膠粘劑膠接鋼與聚丙烯或者膠接鋼與聚氧乙烯時(shí)，剝離強(qiáng)度與聚合度(聚合物相對(duì)分子質(zhì)量)的關(guān)系圖。圖中可知，膠接溫度低于150℃時(shí)，高相對(duì)分子質(zhì)量膠粘劑的流動(dòng)和濕潤(rùn)性不好，所以，膠粘劑相對(duì)分子質(zhì)量越大，膠接接頭強(qiáng)度越低;隨膠接溫度升到200℃時(shí)，膠粘劑的流動(dòng)性和濕潤(rùn)能力增強(qiáng)，膠接接頭強(qiáng)度隨相對(duì)分子質(zhì)量的增大逐漸提高，并趨向定值。

低聚物與少量高聚物混合時(shí)，膠層往往呈內(nèi)聚破壞。當(dāng)高聚物含量增高時(shí)，由于膠層內(nèi)聚力的增加，轉(zhuǎn)而呈界面破壞。

3.主鏈結(jié)構(gòu)一般高分子的主鏈多有一定的內(nèi)旋轉(zhuǎn)自由度，可以使主鏈彎曲而具有柔性，并由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，柔性鏈的形狀可以不斷改變。聚合物的柔性大，有利于其分子或鏈段的運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)，使膠接體系中兩種分子容易相互靠近并產(chǎn)生吸附力。剛性聚合物在這方面的性能較差，但耐熱性好。聚合物分子主鏈若全部由單鍵組成，由于每個(gè)鍵都能發(fā)生內(nèi)旋轉(zhuǎn)，因此，聚合物的柔性大。此外，單鍵的鍵長(zhǎng)和鍵角增大，分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)作用變強(qiáng)，聚硅氧烷有很大的柔性就是此原因造成的。主鏈中如含有芳雜環(huán)結(jié)構(gòu)，由于芳雜環(huán)不易內(nèi)旋轉(zhuǎn)，故此類聚合物剛性較大，如聚砜、聚酰亞胺等。

含有孤立雙鍵的大分子，雖然雙鍵本身不能內(nèi)旋轉(zhuǎn)，但它使鄰近單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)易于產(chǎn)生，如聚丁二烯的柔性大于聚乙烯等。

含有共扼雙鍵的聚合物，其分于沒有內(nèi)旋轉(zhuǎn)作用，剛性大、耐熱性好，但其膠接性能較差。膠粘劑中含有苯基的聚合物會(huì)降低鏈節(jié)的柔順性，妨礙分子的擴(kuò)散，從而使膠接力下降，但提高了耐熱性。表10.4是某些主鏈結(jié)構(gòu)的剛?cè)嵝?。膠粘劑聚合物含有側(cè)鏈的種類、體積、位置和數(shù)量等對(duì)膠粘劑的膠接強(qiáng)度也有較大影響。側(cè)鏈基團(tuán)的極性小，吸引力低，分子的柔性好。如果側(cè)鏈基團(tuán)為極性基團(tuán)，聚合物分于內(nèi)和分子間的吸引力高，而柔性降低;

兩個(gè)側(cè)鏈基團(tuán)在主鏈上的間隔距越遠(yuǎn)，它們之問的作用力及空間位阻作用越小，分子內(nèi)旋作用的阻力也越小，柔性好;

側(cè)鏈基團(tuán)體積越大，位阻也越大，剛性也越大;

直鏈狀的側(cè)鏈，在一定范圍內(nèi)隨其鏈長(zhǎng)增大，位阻作用下降，聚合物的柔性增大，如果側(cè)鏈過長(zhǎng)，使其柔性及膠接性能下降;

側(cè)鏈基團(tuán)的位置也影響聚合物的膠接性能。

4.側(cè)鏈結(jié)構(gòu)交聯(lián)型聚合物的化學(xué)反應(yīng)、交聯(lián)點(diǎn)密度和溶解性質(zhì)對(duì)反應(yīng)活性有重要的影響。聚合物經(jīng)化學(xué)交聯(lián)形成體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)?？商岣卟牧系男阅?。例如，橡膠交聯(lián)后具有高彈性，而適應(yīng)各方而的要求;線型結(jié)構(gòu)的聚合物分子易于滑動(dòng)，內(nèi)聚力低，可溶可熔，耐熱、耐溶劑性能差，若把線型結(jié)構(gòu)交聯(lián)成體型結(jié)構(gòu)，則可顯著地提高其內(nèi)聚力，一般隨交聯(lián)密度的增加而增大。聚合物的交聯(lián)密度可以有所不同，硫化橡膠中的交聯(lián)密度比較低，而硬質(zhì)橡膠的交聯(lián)密度較高。但交聯(lián)密度過大，交聯(lián)間距太短，則聚合物剛性過大，導(dǎo)致變脆、變硬，強(qiáng)度反而下降。線形和支化聚合物都是熱塑性的，可是經(jīng)交聯(lián)的三維網(wǎng)狀聚合物是熱固性聚合物。

5.聚合物的交聯(lián)膠粘劑聚合物的交聯(lián)作用，一般包括以下幾種不同的類型:①在聚合物分子鏈上任意鏈段位置交聯(lián)；

②通過聚合物末端的官能基團(tuán)進(jìn)行硫化(橡膠工業(yè)中交聯(lián)反應(yīng)稱為硫化)，硫化過程可以使天然或合成橡膠形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而改善其彈性，提高強(qiáng)度和耐熱性；

③通過側(cè)鏈官能基進(jìn)行交聯(lián)。高聚物大分子借分子間力的作用聚集成固體，又按其分子鏈的排列有序和無序而形成晶態(tài)和非晶態(tài)的物質(zhì)。結(jié)晶是聚合物分子呈有規(guī)則排列的聚集狀態(tài)。晶體結(jié)構(gòu)的不同，使同一種聚合物可以具有不同的性質(zhì)。結(jié)晶作用與聚合物膠接性能有密切關(guān)系，尤其是玻璃化溫度到熔點(diǎn)之間的溫度區(qū)間內(nèi)有很大影響。結(jié)晶性對(duì)膠接性能的影響決定于其結(jié)晶度(結(jié)晶部分的含量)、晶粒大小及晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)晶的聚合物，其分子鏈排列緊密有序，孔隙率較低，結(jié)晶使分子間的相互作用力增大，分子鏈難于運(yùn)動(dòng)并導(dǎo)致聚合物硬化和脆化，膠接性能下降。在某些情況下，結(jié)晶作用也可以提高膠接強(qiáng)度。6.結(jié)晶度Contents10.3.1膠粘劑的組成現(xiàn)在使用的膠粘劑均是采用多種組分合成樹脂膠粘劑，單一組分的膠粘劑已不能滿足使用中的要求。其組分通常是以具有膠接性或彈性體的天然高分子化合物和合成高分子化合物為粘料，加人固化劑、增塑劑，或增韌劑、稀釋劑、填料等組成。膠粘劑的組成根據(jù)具體的要求與用途還可包括阻燃劑、促進(jìn)劑、發(fā)泡劑、消泡劑、著色劑和防腐劑等。總而言之，除了粘料是膠粘劑中必加之外，其它成分可根據(jù)其用途和狀況條件來決定取舍?！?0.3膠粘劑的組成與分類膠粘劑的物理、化學(xué)性能包括凝膠強(qiáng)度、耐熱性、耐寒性、耐油性、耐水性、導(dǎo)電性、絕緣性、耐蝕性、耐老化性、耐溶劑性、收縮性和密封性等。

1.粘料粘料是膠粘劑的基本組分，它對(duì)膠粘劑的膠接性能，如膠接強(qiáng)度、耐熱性等起著決定性的作用。通常用的粘料有:1）天然高分子化合物如蛋白質(zhì)、皮膠、魚膠、松香、桃膠、骨膠等。

2)合成高分子化合物①熱固性樹脂，如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯樹脂、脲醛樹脂、有機(jī)硅樹脂等。②熱塑性樹脂，如聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇及縮醛類樹脂、聚苯乙烯等。③彈性材料，如丁腈膠、氯丁橡膠、聚硫橡膠等。④各種合成樹脂、合成橡膠的混合體或接枝、鑲嵌和共聚體等。

2.固化劑固化劑又稱硬化劑，它是膠粘劑中最主要的配合材料。它的作用是直接或通過催化劑與主體聚合物進(jìn)行反應(yīng)，固化后把固化劑分子引進(jìn)樹脂中，使原來是熱塑性的線型主體聚合物變成堅(jiān)韌和堅(jiān)硬的體形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。固化劑的種類很多，不同的樹脂、不同要求采用不同的固化劑。膠接的工藝性和其使用性能是由加人的固化劑的性能和數(shù)量來決定的。

3.增韌劑增韌劑的活性基團(tuán)直接參與膠粘劑的固化反應(yīng)，并進(jìn)入到固化產(chǎn)物最終形成的一個(gè)大分子的鏈結(jié)構(gòu)中。沒有加人增韌劑的膠粘劑固化后，其性能較脆，易開裂，實(shí)用性差。加入增韌劑的膠接劑，均有較好的抗沖擊強(qiáng)度和抗剝離性。不同的增韌劑還可不同程度地降低其內(nèi)應(yīng)力、固化收縮率，提高低溫性能和柔韌性等。常用的增韌劑有聚酰胺樹脂、合成橡膠、縮醛樹脂、聚砜樹脂等。4.稀釋劑稀釋劑的主要作用是降低膠粘劑粘度，增加膠粘劑的浸潤(rùn)能力，改善工藝性能。有的能降低膠粘劑的活性，從而延長(zhǎng)使用期。但加人量過多，會(huì)降低膠粘劑的膠接強(qiáng)度、耐熱性、耐介質(zhì)性能。常用的稀釋劑有丙酮、漆料等多種與粘料相容的溶劑。5.填料使用填料可以提高膠接接頭的強(qiáng)度、抗沖擊韌性、耐磨性、耐老化性、硬度、最高使用溫度和耐熱性，降低線膨脹系數(shù)、固化收縮率和成本等。常用的填料有氧化銅、氧化鎂、銀粉、瓷粉、云母粉、石棉粉、滑石粉等。10.3.2膠粘劑的分類膠粘劑的品種繁多，組成不同，用途各異，分類方法如下。

1.按來源可分為天然膠粘劑和合成膠粘劑。

天然膠粘劑的原料主要來自天然，如動(dòng)物膠有骨膠、蟲膠、魚膠等;植物膠有淀粉、松香等。合成膠粘劑就是由合成樹脂或合成橡膠為主要原料配制而成的膠粘劑，如熱固型膠粘劑有環(huán)氧、酚醛、丙烯酸雙脂、有機(jī)硅、不飽和聚酯等。橡膠型膠粘劑有氯丁橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠等。熱塑性膠粘劑有聚醋酸乙烯脂、乙烯，醋酸乙烯脂等。2.按用途可分為通用膠粘劑和專用膠粘劑。

通用膠有一定的膠接強(qiáng)度，對(duì)一般材料都能進(jìn)行膠接，如環(huán)氧樹脂等。專用膠粘劑中有金屬用、木材用、玻璃用、橡膠用、聚乙烯泡沫塑料用等膠粘劑。3.按膠接強(qiáng)度可分為結(jié)構(gòu)膠粘劑和非結(jié)構(gòu)膠枯劑。結(jié)構(gòu)膠枯劑膠接的接頭抗剪切強(qiáng)度可達(dá)7MPa，不僅有足夠的剪切強(qiáng)度，而且具有較高的不均勻扯離強(qiáng)度，能長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)承受振動(dòng)、疲勞和沖擊等載荷，同時(shí)還具有一定的耐熱性和耐候性。非結(jié)構(gòu)膠粘劑在較低的溫度下有一定的強(qiáng)度，隨著溫度的升高膠接強(qiáng)度迅速下降，所以這類膠粘劑主要用于膠接不重要的零件，或用于臨時(shí)固定。4.按膠粘劑固化溫度可分為室溫固化膠粘劑、中溫固化膠粘劑、高溫固化膠粘劑。室溫是指溫度小于30℃，中溫是指30～99℃，高溫是指大于100℃以上能固化的膠粘劑。5.按膠粘劑基料物質(zhì)可分為樹脂型、橡膠型、無機(jī)及天然膠粘劑等。6.按其它特殊性能可分為導(dǎo)電、導(dǎo)磁、點(diǎn)焊膠粘劑等。Contents膠接工藝包括膠接前的準(zhǔn)備、接頭設(shè)計(jì)、配制膠粘劑、涂敷、合攏、固化和質(zhì)量檢測(cè)等。10.4.1膠接前的準(zhǔn)備膠粘劑對(duì)被膠接材料膠接強(qiáng)度的大小，主要取決于膠枯劑與被膠接物之間的機(jī)械連接，分子間的物理吸附，相互擴(kuò)散及形成化學(xué)鍵等因素綜合作用的結(jié)果。被膠接物表面的結(jié)構(gòu)狀態(tài)對(duì)膠接接頭強(qiáng)度有著直接的影響。被膠接物在加工、運(yùn)輸、儲(chǔ)存過程中，表面會(huì)存在氧化、油污、灰塵及其它雜質(zhì)等，在膠接前必須清除干凈。§10.4膠接工藝常用的表面清除方法有脫脂處理法、機(jī)械處理法和化學(xué)處理法。1.表面脫脂處理法有機(jī)溶劑去油，目前用的脫脂方法有有機(jī)溶劑法、堿液法與表面活性劑法。常用的脫脂溶劑有丙酮、甲苯、二甲苯、三氯乙烯、四氯化碳、醋酸乙脂、香蕉水、汽油等。對(duì)于大批量小型膠接件，可采用三氯乙烯蒸氣槽內(nèi)放置半分鐘左右除油脂。對(duì)于大面積的膠粘表面，采用從上至下或從左到右一個(gè)方向清洗。采用溶劑脫脂時(shí)，應(yīng)有一定的晾干時(shí)間，防止膠接表面殘留溶劑影響接頭強(qiáng)度。對(duì)采用堿液清洗的膠接表面，清洗后必須再用熱水、冷水把表面的堿液沖洗于凈，后用熱風(fēng)干燥。

使用后的膠接物，表面容易吸附或沉積油污。如果允許高溫處理，可將膠接物置于200～250℃熱風(fēng)干燥箱中，使油脂滲出，然后用于凈棉紗揩擦，再用溶劑除油。特別強(qiáng)調(diào)的是溶劑一定要離開火源，以防意外事故。

2.機(jī)械處理法機(jī)械處理常用的手工工具有鋼絲刷、銅絲刷、刮刀、砂紙、風(fēng)動(dòng)工具等;機(jī)械方法有車削、刨削、砂輪打磨、噴砂等。采用機(jī)械方法處理表面，給表面提供了適當(dāng)?shù)拇植诙?，增加了有效的膠接面積，改善了膠接性能。

3.化學(xué)處理法化學(xué)處理法有酸性溶液和堿性溶液兩種處理方法。經(jīng)化學(xué)處理的金屬可在表面形成一層均勻致密、堅(jiān)固的活性層，該活性層容易使膠粘劑潤(rùn)濕展開，可明顯提高膠接強(qiáng)度。對(duì)允許化學(xué)處理的聚合物，如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、氟橡膠等，可使表面變成帶有極性集團(tuán)，提高了表面的自由能，增加了潤(rùn)濕性，能大幅度地改善膠接強(qiáng)度。10.4.2膠接接頭設(shè)計(jì)

1.膠接接頭幾種受力形式一個(gè)膠接接頭在實(shí)際的使用中，不會(huì)只受到一個(gè)方向的力，而是一個(gè)或幾種力的集合。為了便于受力分析，把實(shí)際的膠接接頭受力簡(jiǎn)化為剪切力、拉力、剝離、劈裂幾種形式(圖10-7）。圖10-7膠接接頭的幾種受力形式2.設(shè)計(jì)膠接接頭時(shí)應(yīng)遵守以下原則制造一個(gè)高質(zhì)量的膠接接頭主要與膠粘劑的性能、合理的膠接工藝和正確的膠接接頭形式等三個(gè)方面有著密不可分的關(guān)系。設(shè)計(jì)膠接接頭時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)。

1）盡可能使膠接接頭膠層受壓、受拉伸和剪切作用，不要使接頭受剝離和劈裂作用，如圖10-8所示。圖10-8(b)接頭膠層的受力要好于圖10-8(a)。對(duì)于不可避免受剝離和劈裂的，應(yīng)采用圖10-9所示的措施來降低膠層的受剝離和劈裂作用。2)合理設(shè)計(jì)較大的膠接接頭面積，提高接頭承載能力。

3)為了進(jìn)一步提高膠接接頭的承載能力，應(yīng)采用膠-焊、膠-鉚、膠-螺栓等復(fù)合聯(lián)結(jié)的接頭形式，如圖10-10所示。圖10一8接頭受力對(duì)比圖10-9降低膠層受剝離和劈裂的措施圖10-10復(fù)合聯(lián)接形式

4)設(shè)計(jì)的膠接接頭應(yīng)便于加工，表10.5是幾種常用的膠接接頭形式。10.4.3膠粘劑的配制與涂敷1.膠粘劑的配制膠粘劑配制的性能的好壞將直接影響膠接接頭的實(shí)用性能，因此，配制膠粘劑要科學(xué)理，配制要按合理的順序進(jìn)行。膠粘劑有單組分、雙組分和多組分等多種類型。單組分的膠粘劑可直接使用。配制雙組分或多組分的膠粘劑時(shí)，必須準(zhǔn)確計(jì)算、稱取各組分的質(zhì)童，質(zhì)量誤差不得超過2%～5%。固化劑用量過多，會(huì)使膠層變脆;加人量不足則膠粘劑的固化不完全。膠粘劑在配制前，應(yīng)放在溫度為15～25℃(特殊的品種例外)、陰暗不透明、對(duì)膠粘劑沒有破壞作用的密閉容器內(nèi)。配制膠粘劑要根據(jù)用量而定。用量小可采用手工攪拌;用量較大時(shí)，應(yīng)選用電動(dòng)攪拌器進(jìn)行攪拌。攪拌中各組分一定要均勻一致。對(duì)一些相容性差、填料多、存放時(shí)間長(zhǎng)的膠粘劑，在使用前要重新進(jìn)行攪拌。對(duì)粘度變大的還需加人溶劑稀釋后攪拌。2.膠粘劑的涂敷涂敷就是采用適當(dāng)?shù)姆椒ê凸ぞ邔⒛z鉆劑涂敷在膠接部位表面。涂敷方法有刷涂、浸涂、噴涂、刮涂等。根據(jù)膠粘劑使用目的，膠粘劑的粘度，被膠接物的性質(zhì)，可選用不同的涂膠方法。如果配制時(shí)的氣溫過低，膠粘劑枯度過大，可采用水浴加熱或先將膠枯劑放人烘箱中預(yù)熱。

涂敷的膠層要均勻，為避免粘合后膠層內(nèi)存有空氣，涂膠時(shí)均采用由一個(gè)方向到另一個(gè)方向涂敷，速度以2～4cm/s為宜。膠層厚度一般為0.08～0.15mm。

對(duì)溶劑型膠接劑和帶孔性的被膠接物，需涂膠2～3遍，在涂敷第二道前，要準(zhǔn)確掌握第一道膠溶劑揮發(fā)完全后再涂第二遍。如果膠層內(nèi)殘存過多的溶劑會(huì)降低膠接強(qiáng)度，但過分干燥膠層會(huì)失去粘附性。對(duì)于不含溶劑的熱固性膠粘劑，涂敷后要立即粘合，避免長(zhǎng)時(shí)間放置吸收空氣中的水分，或使固化劑(如環(huán)氧膠粘劑的脂肪胺類固化劑)揮發(fā)。10.4.4膠黏劑的固化所謂固化就是膠粘劑通過溶劑揮發(fā)、熔體冷卻、乳液凝聚等物理作用，或通過縮聚、加聚、交聯(lián)、接枝等化學(xué)反應(yīng)，使其膠層變?yōu)楣腆w的過程。膠接物合攏后，為了獲得硬化后所希望的聯(lián)接強(qiáng)度，必須準(zhǔn)確地掌握固化過程中壓力、溫度、時(shí)間等工藝及參數(shù)。1.固化壓力加壓有利于膠粘劑對(duì)表面的充分浸潤(rùn)、排出膠層內(nèi)的溶劑或低分子揮發(fā)物、控制膠層厚度、防止因收縮引起的被膠接物之間的接觸不良、提高膠粘劑的流動(dòng)性等。

適中的壓力可很好地控制膠層厚度，充分發(fā)揮膠粘劑的膠接作用，保證膠層中無氣孔等。加壓的大小與膠粘劑及被膠接物的種類有關(guān)，對(duì)于脆性材料或加壓后易變形的塑料，壓力不易過大。一般情況下，對(duì)無溶劑膠粘劑比溶劑性膠粘劑加壓要小;對(duì)環(huán)氧樹脂膠粘劑，采用接觸壓力即可。圖10-11為常用的幾種加壓方法簡(jiǎn)圖。圖10-11常用加壓方法2.溫度和時(shí)間固化溫度主要根據(jù)膠粘劑的成分來決定。固化溫度過低，基體的分子鏈運(yùn)動(dòng)困難，致使膠層的交聯(lián)密度過低，固化反應(yīng)不完全，要使固化完全必須增加固化時(shí)間;如果溫