粘接原理与粘接技术课件.pptx

1、2023-5-132023-5-13 1 1第二章第二章 粘接原理与粘接技术粘接原理与粘接技术 本章主要内容本章主要内容2.1 2.1 被粘物表面特征及表面要求被粘物表面特征及表面要求2.2 2.2 润湿和粘接理论润湿和粘接理论2.3 2.3 被粘物表面处理方法被粘物表面处理方法2.42.4 胶粘剂的固化胶粘剂的固化2.5 2.5 粘接强度及其影响因素粘接强度及其影响因素2.6 2.6 粘接接头的设计粘接接头的设计2023-5-132023-5-13 2 22.1 2.1 被粘物表面特征及表面处理要求被粘物表面特征及表面处理要求一固体表面的形态特征一固体表面的形态特征1 1、固体表面的粗糙性2

2、、固体表面的多孔性3、固体表面的吸附性和复杂性4、固体表面的缺陷性2023-5-132023-5-13 3 32.1 2.1 被粘物表面特征及表面处理要求被粘物表面特征及表面处理要求二被粘物表面的处理要求二被粘物表面的处理要求1 1、净化被粘物表面、净化被粘物表面物理机械法物理机械法p机械处理：p洗涤：2 2、改变被粘物表面物理化学性质、改变被粘物表面物理化学性质化学法化学法p金属的表面活化：p高分子材料的表面活化：2023-5-132023-5-13 4 42.2 2.2 润湿和粘接理论润湿和粘接理论一、一、润湿润湿p液体在固体表面分子间力作用下的均匀铺展现象。p表示液体对固体的亲和性。p物

3、质的表面张力：n通常金属、氧化物、无机物的表面张力较大，约为0.2-5Nm-1.n聚合物固体、有机物、胶粘剂、水等，表面张力较小，一半小于0.1Nm-1.2023-5-132023-5-13 5 52.2 2.2 润湿和粘接理论润湿和粘接理论二、粘接力二、粘接力p粘接力：指粘接剂与被粘物表面之间的连接力。包括机械嵌合力、分子间力、和化学键力。n嵌合力：粘接剂润湿、渗透在材料的空隙中固化后因镶嵌形成的力。n分子间力：粘接剂与被粘物表面之间的吸引力。n化学键力：粘接剂与被粘物表面之间形成化学键。2023-5-132023-5-13 6 6三、粘接力的种类及粘接理论三、粘接力的种类及粘接理论1化学键

4、键合力（共价键、配位键、离子键、金属键等）如：基于化学键理论，通过化学键结合。键合力是粘接粘接力力中最强也最理想的一种力，但化学键力存在并不非常普遍。ROH+NCOROCNHROR化学键2.2 2.2 润湿和粘接理论润湿和粘接理论2023-5-132023-5-13 7 72.2 2.2 润湿和粘接理论润湿和粘接理论2分子间作用力（又称次价力）基于吸附理论和扩散理论：界面上发生吸附作用而产生分子间力。分子或分子链的扩散而形成粘接力（自粘接作用）。分子间作用力包括取向力，诱导力，色散力和氢键。胶粘剂固化后这种次价力作用很大，而且普遍存在，是粘接力的重要组成部分。2023-5-132023-5-1

5、3 8 8 2.2 2.2 润湿和粘接理论润湿和粘接理论3机械作用力基于摩擦理论：对表面粗糙，多孔性材料的粘接，常可产生较大的机械作用力（摩擦力）而形成粘接。机械力对非极性多孔材料的粘接起决定性作用。4界面静电吸引力基于静电理论：具有供电子体与受电子体性质的两种物质相接触，可形成双电层而产生界面静电吸引力（较弱）。2023-5-132023-5-13 9 9 2.2 2.2 润湿和粘接理论润湿和粘接理论 注意：以上几种力的产生是具有条件的，即力场的范围不超过1nm，作用力最强范围为0.3 0.5nm。故要求粘接点密度高，润湿好。四、粘接过程的界面化学1.形成良好粘接的先决条件：p胶液与被粘材料

6、表面可形成良好的润湿。p粘合剂必须具有流动性以便充分接触和渗透；p胶层有一定内聚强度，液态胶内聚强度接近0，必须固化形成粘接；p故良好粘接作用的形成：润湿是前提，流变、扩 散是重要过程，渗透是有益作用，成键是关键。2023-5-132023-5-13 1010 2.2 2.2 润湿和粘接理论润湿和粘接理论2.表面现象基本原理：液体在固体表面湿润达到热力学平衡时，存在下列关系：不湿润湿润铺展ooolslslsls909000coscos 显然：越大，越小，则角越小，越易湿润，既张力小的液体物质可很好的湿润表面张力大的物质，反之不行。如油水的铺展。slslls2023-5-132023-5-13

7、1111 2.2 2.2 润湿和粘接理论润湿和粘接理论 通常金属、玻璃、陶瓷、（木材）等无机物表面张力很大，容易被胶粘剂湿润，粘接容易。但当其表面被油污染后，表面张力变小，湿润变差，常使粘接失败，这就是涂胶前进行脱脂处理的原因。2023-5-132023-5-13 12122.3 2.3 被粘物表面处理方法被粘物表面处理方法一、表面清理一、表面清理 除杂、除污、脱漆等。二、脱除油脂二、脱除油脂 1、溶剂除油：p 常用溶剂：n 丙酮、甲乙酮、汽油、无水乙醇；n 四氯化碳、三氯乙烯、过氯乙烯等 2、碱液除油：p 特点：主要用于动植物油的去除，但除矿物油效果差，常需配制碱液清洗剂。2023-5-13

8、2023-5-13 13132.3 2.3 被粘物表面处理方法被粘物表面处理方法p碱液除油清洗剂配方：碱液除油清洗剂配方：配方 钢铁 铜及其合金 铝及其合金 氢氧化钠：50-60g/L 碳酸钠：50-60g/L 10-20g/L 磷酸钠：86-100g/L 10-20g/L 10-30g/L 硅酸钠：10-15 g/L 25g/L 3-5g/L OP乳化剂：2-3g/L 2-3g/L 处理条件：80/30min 70/30min 50/10min 2023-5-132023-5-13 14142.3 2.3 被粘物表面处理方法被粘物表面处理方法3、超声波除油、超声波除油 适合结构复杂的构件。三

9、、除锈三、除锈1、机械法：、机械法：2、化学法：、化学法：p 硫酸+缓蚀剂（硫脲、联苯胺、食盐等）p 盐酸+缓蚀剂（六次甲基次胺、甲醛等）2023-5-132023-5-13 15152.3 2.3 被粘物表面处理方法被粘物表面处理方法四、表面化学处理四、表面化学处理 1、金属的表面活化或钝化 2、难粘材料的表面活化pPE/PP:n配方：重铬酸钾（5份）+浓硫酸（60份）+水（3份）n处理条件：60-70/10-20minp PTFE:n配方：金属钠（23g）+精萘（128g）+四氢呋喃（1000ml）n处理条件：室温，1-5min。2023-5-132023-5-13 1616 2.42.4

10、 胶粘剂的固化1.热熔胶的固化 冷却固化形成粘结 注意：（1）使用温度要低于热熔胶的Tg.（2）要严格控制熔融温度（确保充分润湿）和凉置时间（速度：不能冷却太快而影响结晶，使F下降）2.溶液型胶粘剂的固化 利用溶液的挥发固化.注意：1）挥发速度的控制2）施工安全：防火灾，防中毒。2023-5-132023-5-13 1717 2.42.4 胶粘剂的固化3.乳液型胶粘剂的固化 利用水的吸除与挥发固化，类似于溶液型胶粘剂的固化。注意：施胶时环境温度要高于其最低成膜温度。4.反应型胶粘剂的固化利用加入固化剂、引发剂、催化剂或利用物理方法（如：光敏化、光热辐射）而使胶基料中的活性基团发生化学交链而固化

11、。2023-5-132023-5-13 1818 2.42.4 胶粘剂的固化 注意注意：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）。2023-5-132023-5-13 1919 2.42.4 胶粘剂的固化3）固化剂用量要严格控制：一般按化学计量略过量（5%）。4）固化速度的控制：使用混合固化剂，催化固化；使用氧

12、化还原引发体系，降低固化温度，提 高固化速度。2023-5-132023-5-13 20202.52.5 粘接强度及其影响因素粘接强度及其影响因素 粘接强度：单位粘接面承受的粘接力。粘接强度包括胶层的内聚强度和粘接强度及材料自身强度。粘接强度的大小与胶粘剂的组成、基料的结构与性质、被粘物的性质及粘接工艺有关。最终强度取决于三者中最弱者。一基料的物理力学性能 以非晶态线型高聚物为例讨论。2023-5-132023-5-13 2121 2.52.5 粘接强度及其影响因素粘接强度及其影响因素1.线型非晶态高聚物的物理状态图.线型非晶态高聚物的形变温度曲线Tg玻动化温度 Tf粘流化温度2023-5-1

13、32023-5-13 2222 2.52.5 粘接强度及其影响因素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2023-5-132023-5-13 2323 2.52.5 粘接强度及其影响因素粘接强度及其影响因素2.高分子材料的蠕变和应力松弛n1）蠕变：在外力作用下，高分子材料产生变形时，形变的建立需要一定的时间，而

14、且在外力保持恒定时，形变会随时间的延长而增大。这种现象称为蠕变。蠕变在Tg（玻璃转化区）附近最明显。在高弹态或TTg 时，蠕变均不明显。n2）应力松弛：将材料的变形固定起来，其应力随时间延长而下降的现象叫应力松弛。应力松弛同样在Tg附近（玻璃转化区）最明显.2023-5-132023-5-13 2424 2.52.5 粘接强度及其影响因素粘接强度及其影响因素n3）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。二二.影响粘接强度的物理因素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

15、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。2023-5-132023-5-13 2525 2.52.5 粘接强度及其影响因素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n1）应力：单位截面上附加的力，称为应力。n2）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。2023-5-132023-5-13 2626 2.52.5 粘接强度及

16、其影响因素粘接强度及其影响因素内应力收缩应力（因固化收缩而产生，具有永久性）热应力（热膨胀系数不同而产生，具有暂时性）n3）内应力的危害：内应力会降低粘接强度。n4）消除内应力的方法：a.加入易蠕变的基料；b.程序升温固化；c.加填料：如金属粉，可减小热膨系数；d.调节热膨胀系数。2023-5-132023-5-13 2727 2.52.5 粘接强度及其影响因素粘接强度及其影响因素4.胶层厚度 在胶层均匀的条件下，胶层厚度减少，粘接强度升高，胶层越厚，固化后收缩量越大，内应力越大，不利于粘接；但也不能太薄，一般厚度应为0.080.15mm；无机胶层应为0.10.2mm。5.使用时间2023-5

17、-132023-5-13 2828 2.52.5 粘接强度及其影响因素粘接强度及其影响因素三三.胶粘剂基料的化学结构与粘接强胶粘剂基料的化学结构与粘接强1.极性与内聚能密度（CED）n1）粘结材料破坏类型：内聚破坏、混合破坏、材料破坏和界面破坏。好的粘接应为内聚破坏、混合破坏或材料破坏。n2）基料的极性与粘接强度：基料极性大，对极性表面，粘接强度大，但对非极性表面粘接力小。2023-5-132023-5-13 2929 2.52.5 粘接强度及其影响因素粘接强度及其影响因素n3）基料极性与内聚能密度 内聚能密度（CED）：即分子聚集在一起的能量大小，它可表示基料极性的大小。CED越大，基料极性

18、也越大。GMCED2/12023-5-132023-5-13 3030 2.52.5 粘接强度及其影响因素粘接强度及其影响因素2.分子量与分子量分布（1）基料高聚物的强度随分子量增大而增大 当基料分子量降低时，常发生内聚破坏，但M太小，粘接强度小。M增大，内聚能（分子间力）增大，当F内聚=F界面粘接，则发生混合破坏。M太大，F内聚很大，同时润湿性下降，F界面粘接下降，则发生界面破坏。2023-5-132023-5-13 3131 2.52.5 粘接强度及其影响因素粘接强度及其影响因素（2）基料高聚物平均分子量一定，则：体系内低聚物多，基料强度低，常发生内聚破坏；体系内高分子聚合物多，基料强度高

19、，易发生界面破坏；界于二者之间的情况，易发生混合破坏。2023-5-132023-5-13 3232 2.52.5 粘接强度及其影响因素粘接强度及其影响因素 3.主链与侧链结构1）主链结构：直接决定胶层的刚柔性 由单键组成的主链柔性大，胶层抗冲击性能好；若主链中含有芳环、芳杂环等不易内旋转的结构，则胶层柔性小，刚性大，粘接性能和抗冲击性较差，但耐热性好；主链既含有柔性结构又有刚性结构，则综合性能优良。2023-5-132023-5-13 3333 2.52.5 粘接强度及其影响因素粘接强度及其影响因素2）侧链结构：侧链的种类、体积、位置、数量、长短均影响胶层性能。如极性与刚柔性的关系；侧链间距

20、与柔性关系；长短与柔性关系。4.交联度 基料交联后，胶层内聚力增大（化学键，体型结构）。所以适中的交联度，可提高粘接强度；但交联度太大，胶层柔性变小，出现胶层发脆现象而影响粘接强度。2023-5-132023-5-13 3434 2.52.5 粘接强度及其影响因素粘接强度及其影响因素 5.聚集状态 线型基料的结晶情况，对粘接性能影响显著：1）结晶度大，基料内聚能大，强度大，模量大，耐热性好。但柔韧性变差，胶层变硬，粘结性不好。适度的结晶度对粘接有利。2）适量的纤维结晶可提高力学性能，但球晶常使胶层力学性能下降。2023-5-132023-5-13 3535 2.52.5 粘接强度及其影响因素粘

21、接强度及其影响因素四四.粘接工艺与粘接强度粘接工艺与粘接强度q粘接工艺通常包括以下工序：1）表面制备：机械处理、除油处理、化学处理2）配胶：准确配比、控制好粘度3）涂布：胶层要厚度适中且均匀4）晾置与叠合：5）清理与防粘连：清除多余胶液确保牢固美观6）固化：掌握固化压力、温度及固化时间7）检查与整修2023-5-132023-5-13 36362.6 2.6 粘接接头的设计粘接接头的设计一、一、粘接接头的重要性粘接接头的重要性p1 1、粘接接头的作用：接头是粘接部件的不连续、粘接接头的作用：接头是粘接部件的不连续部分，起传承应力的作用。部分，起传承应力的作用。p2 2、影响、影响接头强度的因素

22、：接头强度的因素：1 1）胶粘剂的内聚强度；）胶粘剂的内聚强度；2 2）被粘物的强度；）被粘物的强度；3 3）胶粘剂与被粘物界面的粘接强度；）胶粘剂与被粘物界面的粘接强度；4 4）接头的形式、几何尺寸；接头的形式、几何尺寸；5 5）加工质量。）加工质量。测试强度取决于三者中最弱者。前三者一定，测试强度取决于接头设计和加工质量。2023-5-132023-5-13 37372.6 2.6 粘接接头的设计粘接接头的设计二、粘接接头的受力情况二、粘接接头的受力情况剪切力拉伸力不均匀扯离力剥离力2023-5-132023-5-13 38382.6 2.6 粘接接头的设计粘接接头的设计三、粘接接头破坏的

23、几种情况三、粘接接头破坏的几种情况内聚破坏 （少）界面破坏（少）混合破坏 （多)2023-5-132023-5-13 39392.6 2.6 粘接接头的设计粘接接头的设计四、接头的设计原则四、接头的设计原则 设计接头尽量承受拉伸和剪切力，尽量避免剥离和不均匀扯离力；在可能允许的情况下，尽量增大粘接面积，提高胶层承载能力；对木材和层压材料的粘接应防止层间剥离，可采取斜接，提高粘接强度。粘接时可选与被粘接材料刚度相同或相似的胶粘剂，最大限度减小应力集中。承受作用力较大的情况，可采用复接方式。2023-5-132023-5-13 40402.6 2.6 粘接接头的设计粘接接头的设计 接头结构设计应方

24、便粘接工艺的实施。应选用热胀系数较小的材料进行粘接，热胀系数相差较大的管材应采用热胀系数小的在外的套接方式。接头结构应便于使胶层连续均匀。接头结构设计应考虑与其他零件的关系，要方便装配维修。接头结构设计应制造容易，美观大方。2023-5-132023-5-13 41412.6 2.6 粘接接头的设计粘接接头的设计五、粘接接头的基本形式、设计与分析五、粘接接头的基本形式、设计与分析1、粘接接头的四种基本形式：、粘接接头的四种基本形式：对接角接T接平接2、平板粘接接头的设计、平板粘接接头的设计p对接：纯粹对接，粘接面积小，粘接强度低，应尽量不使用，除非维修无法改变原形状。但受力较大时，常需采用改形

25、对接：台阶对接、单盖对接、双盖对接等。2023-5-132023-5-13 42422.6 2.6 粘接接头的设计粘接接头的设计p对接对接p搭接搭接2023-5-132023-5-13 43432.6 2.6 粘接接头的设计粘接接头的设计p斜接和嵌接斜接和嵌接2023-5-132023-5-13 44442.6 2.6 粘接接头的设计粘接接头的设计3、角形和、角形和T形粘接接头的设计形粘接接头的设计2023-5-132023-5-13 45452.6 2.6 粘接接头的设计粘接接头的设计4、管材和棒材粘接接头的设计、管材和棒材粘接接头的设计2023-5-132023-5-13 46462.6 2.6 粘接接头的设计粘接接头的设计4、平面胶接接头的设计、平面胶接接头的设计5、不同类型被粘物的接头设计、不同类型被粘物的接头设计 两种被粘物的刚性不同，应调节厚度使两种材料的刚性相近；两种被粘物的热胀系数大时，应使用弹性胶粘剂，并尽量使用双搭接接头和双斜接头。2023-5-132023-5-13 4747 第二章第二章 粘接原理与粘接技术粘接原理与粘接技术作 业p1、张力小的液体物质可很好的湿润表面张力大的物质，反之则不行，为什么？p2、PP、PTFE均属难粘材料，粘接前应如何进行表面活化处理？p3、粘接接头有哪几种基本形式？简述粘接接头设计的基本原则。