9膠粘劑(Adhesive)9.1概述(1)定義膠粘劑又稱粘合劑，簡(jiǎn)稱膠（bondingagent,adhesive），是使物體與另一物體緊密連接為一體的非金屬媒介材料。在兩個(gè)被粘物面之間膠粘劑只占很薄的一層體積，但使用膠粘劑完成膠接施工之后，所得膠接件在機(jī)械性能和物理化學(xué)性能方面，能滿足實(shí)際需要的各項(xiàng)要求。

(2)優(yōu)點(diǎn)膠接與其它連接法相比有如下優(yōu)點(diǎn)：（１）能粘合用其他方法不能連接的物質(zhì)，如粘接薄膜、纖維、小顆粒等；

（２）應(yīng)力分布面廣，比采用機(jī)械連接易得到更輕、更牢固的組件。如可以采用夾心板（由蜂窩芯和薄的鋁或鎂）制造飛機(jī)的機(jī)翼、尾翼和機(jī)身，可以減輕飛機(jī)的重量、降低疲勞破壞的可能性；

（５）可以粘合異種材料，如鋁-紙、銅-鋼、紙-木等。兩種金屬粘合在一起，粘合物件間有粘合劑層割開，從而可以防止腐蝕。如兩種熱膨脹系數(shù)相差顯著的材料粘合在一起，柔性的膠層能降低因溫度變化所產(chǎn)生的應(yīng)力；（６）粘合方法比其他連接方法（焊接、鉚釘、螺栓等連接）便于施工，且速度快，經(jīng)濟(jì)，美觀。9.1.2膠粘劑的組成膠粘劑的品種很多，其基本組成由基料，固化劑，填料，增韌劑，稀釋劑，偶連劑，觸變劑，增塑劑等配合而成。（1）基料基料又稱粘料、

主劑、是決定粘合劑性能主要組分，能起到膠粘的作用，作為粘料的物質(zhì)可以是天然高分子、合成樹脂及合成橡膠。天然高分子有淀粉、蛋白質(zhì)、天然橡膠等，還有無機(jī)材料如硅酸鹽、磷酸鹽等。（2）固化劑和固化促進(jìn)劑以熱固性聚合物為粘料時(shí)，必須加入固化劑使粘合組分交聯(lián)形成體型結(jié)構(gòu)。固化促進(jìn)劑是加速交聯(lián)反應(yīng)，縮短固化時(shí)間或降低固化溫度的組分。（3）增塑劑與增韌劑為了改善膠層柔韌性，提高膠層沖擊強(qiáng)度而加入的配合劑。（4）稀釋劑稀釋劑是為了降低粘合劑粘度、增加粘合劑浸穩(wěn)透力而使用的低分子化合物，有些稀釋劑還能降低粘合劑的活性，延長(zhǎng)粘合劑的使用期。9.1.3膠粘劑的分類膠粘劑的品種繁多，組分各異，主要的分類方法有：（1）按化學(xué)成分分類以無機(jī)化合物為基料的稱為無機(jī)膠粘劑，如硅酸鹽、磷酸鹽、氧化鉛、錫-鉛等。以有機(jī)化合物為基料的稱有機(jī)膠粘劑，分為天然膠粘劑:動(dòng)物膠、植物膠、礦物膠和合成膠粘劑:樹脂型、橡膠型、復(fù)合型。（2）按物理形態(tài)分類水基型：基料分散于水中形成水溶液或乳液，水揮發(fā)而固化。溶液型：基料在可揮發(fā)溶劑中配成一定黏度的溶液，靠溶劑揮發(fā)而固化。膏狀和糊狀：基料在可揮發(fā)溶劑中配成高黏度的膠粘劑，用于密封和嵌縫。固體型：把熱塑性合成樹脂制成粒狀或塊狀，加熱熔融，冷卻時(shí)固化。膜狀：將膠粘劑涂于基材上，呈薄膜狀膠帶。（3）按固化方式分類水基蒸發(fā)型（如聚乙烯醇和乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳液型膠粘劑）、溶劑揮發(fā)型（如氯丁橡膠膠粘劑）、熱熔型（如棒狀、粒狀與帶狀的乙烯-醋酸乙烯酯熱熔膠）、化學(xué)反應(yīng)型（如α-氰基丙烯酸酯瞬干膠和酚醛-丁腈橡膠等）、壓敏型。（5）按受力情況分類結(jié)構(gòu)膠（環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等）非結(jié)構(gòu)膠（橡膠膠粘劑等）。9.2膠接的基本原理9.2.1膠接界面界面中膠粘劑、底膠和被粘物表面以及吸附層之間有明顯邊界。（1）粘接接頭受力情況（3）膠粘劑必需具備的條件a室溫或加熱條件下易于流動(dòng)；b有良好的潤(rùn)濕性；c在一定溫度、壓力、時(shí)間下，能把被粘接物牢牢地粘接成一整體；d具有足夠的強(qiáng)度和良好的力學(xué)性質(zhì)。(4)膠接界面的結(jié)合力a、物理結(jié)合：機(jī)械連接和范德華力（偶極力、誘導(dǎo)力、色散力和氫鍵）b、化學(xué)結(jié)合：共價(jià)鍵、離子鍵、金屬鍵。(5)影響界面結(jié)合的因素：a表面化學(xué)狀態(tài)和吸附物；b被粘附物表面的微細(xì)結(jié)構(gòu)（粗糙度）；c膠粘劑、底膠分子的鏈結(jié)構(gòu)、粘度和粘彈性；d膠粘劑底膠與被粘物表面的相容性；e膠結(jié)工藝②機(jī)械結(jié)合理論認(rèn)為粘合力是由于粘合劑滲入被粘物表面的縫隙或凹陷處，經(jīng)固化后產(chǎn)生嚙合連接。

③靜電理論當(dāng)黏合劑與被黏結(jié)材料接觸時(shí)在界面兩側(cè)形成雙電層，粘合力主要來自于雙電層的靜電引力。④擴(kuò)散理論粘合劑與被粘材料接觸時(shí)，其分子互相擴(kuò)散，在界面發(fā)生互溶，導(dǎo)致界面的消失和過渡層的產(chǎn)生，兩聚合物的膠結(jié)是在過渡層中進(jìn)行的。⑤化學(xué)鍵理論膠粘劑與被膠粘物表面形成化學(xué)鍵，從而產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合力。化學(xué)鍵能比分子間的作用能高且穩(wěn)定。(2)粘接的基本原理和過程粘接接頭的強(qiáng)度取決于三個(gè)基本因素，即：膠粘劑的內(nèi)聚強(qiáng)度、被粘材料的強(qiáng)度和膠粘劑與被粘材料之間的粘合力。其粘接過程如下：①潤(rùn)濕

為使被粘物表面易被潤(rùn)濕，需清洗處理，除去油污；②膠粘劑分子的移動(dòng)和擴(kuò)散膠粘劑分子按布朗運(yùn)動(dòng)的規(guī)律向被粘物表面移動(dòng)；⑤物理化學(xué)結(jié)合主要有：化學(xué)鍵結(jié)合,范德華力結(jié)合,舉例如下：（a）配價(jià)鍵環(huán)氧樹脂膠、酚醛樹脂膠、丁腈膠等分子中的N、O帶有孤對(duì)電子，它們能與金屬形成配價(jià)鍵結(jié)合。帶雙鍵的橡膠分子雙鍵上的π電子能與金屬形成配價(jià)鍵。（b）共價(jià)鍵如用聚氨酯膠粘接木材：（c）氫鍵膠粘劑分子中的-OH可與玻璃、金屬氧化層、陶瓷等上的氧原子共享氫質(zhì)子而形成氫鍵結(jié)合。合成方法：由醋酸乙烯在乳化劑存在下進(jìn)行乳液聚合（自由基聚合機(jī)理）。主要原料：①引發(fā)劑：是水溶性的，如過硫酸銨、過硫酸鉀；②保護(hù)膠體：聚乙烯醇，用來改善膠乳的貯存穩(wěn)定性；③乳化劑：常用陰離子型或非離子型表面活性劑；④增塑劑：常用鄰苯二甲酸二丁酯。主要特點(diǎn)及用途：

優(yōu)點(diǎn)：黏結(jié)強(qiáng)度高、粘度低、使用方便；成本低、無毒、無污染。缺點(diǎn)：耐水性、耐熱性差；蠕變性較大。適合于粘接多孔性材料，尤其是木材、紙制品、家具制造業(yè)、裝飾裝潢業(yè)、無紡布（醫(yī)院用一次性床單、手術(shù)衣）。（2）聚醋酸乙烯溶液膠粘劑該類膠粘劑可由單體直接在溶液中聚合制得，也可將固體聚合物溶于適當(dāng)溶劑中制得，常用的溶劑有低級(jí)酮、鹵代烴。由于樹脂的分子量不高，內(nèi)聚強(qiáng)度不夠，加之溶劑難以完全揮發(fā)，其粘接強(qiáng)度、耐熱性比乳液膠粘劑低。（3）聚醋酸乙烯共聚物粘合劑聚醋酸乙烯是一種剛性材料，加入增塑劑共混可提高其柔韌性，但共混增塑劑易滲出，不如共聚的作用持久?？膳c適當(dāng)?shù)膯误w（乙烯、氯乙烯、丙烯酸、丙烯酸酯順丁烯二酸酯等）共聚合；代表性產(chǎn)品為乙烯-醋酸乙烯的共聚物。9.3.1.2聚乙烯醇和聚乙烯醇縮醛膠粘劑（1）聚乙烯醇膠粘劑由聚醋酸乙烯酯水解制得：聚乙烯醇膠粘劑通常以水溶液的形式使用，在攪拌下將聚乙烯醇膠粘劑及配合劑溶于熱水中即成膠粘劑。聚乙烯醇的性質(zhì)與水解度:水解度99.7-100%，耐水性好；水解度87-89%，易溶于水；（2）聚乙烯醇縮醛膠粘劑聚乙烯醇與醛類進(jìn)行縮醛化反應(yīng)可制得聚乙烯醇縮醛，其反應(yīng)如下：主要產(chǎn)品為聚乙烯醇縮甲醛和縮丁醛?？s甲醛可用作日用膠水；聚乙烯醇縮丁醛具有良好的柔韌性、光學(xué)透明性，常用于無機(jī)玻璃的黏結(jié)以制造安全玻璃、汽車工業(yè)的防護(hù)玻璃。9.3.1.3丙烯酸系列膠粘劑指以丙烯酸、甲基丙烯酸及其酯或在分子結(jié)構(gòu)中含有丙烯酸酯的化合物為主體的聚合物或共聚物配制的膠粘劑。（1）α—氰基丙烯酸酯膠粘劑俗稱瞬干膠，是產(chǎn)量較小、價(jià)格較貴的一類黏合劑，常用的有501、502、504膠。結(jié)構(gòu)通式：①固化機(jī)理：氨基和酯基具有很強(qiáng)的吸電子性，使α位C帶有部分負(fù)電荷，在水或弱堿的催化作用下，易進(jìn)行陰離子聚合而完成固化。②輔助成分A、穩(wěn)定劑：為防止貯存時(shí)發(fā)生陰離子聚合而加入的酸性物質(zhì)，如：SO2、醋酸銅、P2O5、對(duì)甲基苯磺酸；B、阻聚劑：防止貯存時(shí)發(fā)生自由基聚合，常用對(duì)苯二酚。C、增稠劑：為防止使用時(shí)流失而加入的高分子化合物。如：有機(jī)玻璃模塑粉。D、增塑劑：提高膠粘劑的韌性，常用磷酸三甲酚酯、鄰苯二甲酸二丁酯。③合成方法將氰乙酸酯與甲醛發(fā)生加成縮合反應(yīng)，然后加熱裂解縮合產(chǎn)物即得：④α—氰基丙烯酸酯膠粘劑特點(diǎn)及應(yīng)用A、單組份、無溶劑、使用方便；B、粘接速度快，室溫下數(shù)秒即可粘接牢固；C、粘度低、便于涂布，潤(rùn)濕性好、用量少；D、膠層無色透明，毒性?。籈、耐溫、耐水和耐極性溶劑較差；F、較脆，膠結(jié)剛性材料時(shí)不耐振動(dòng)和沖擊G、價(jià)格較貴應(yīng)用：501、502膠適用于粘接金屬、玻璃、陶瓷等；504、661膠可用于粘接皮膚、血管、骨骼。(2)乳液型、溶液型丙烯酸酯膠粘劑①乳液型丙烯酸酯類膠粘劑原料有丙烯酸酯（C4-C8酯）和其它單體（如甲基丙烯酸、丙烯酸、醋酸乙烯、VC、苯乙烯），可進(jìn)行同種單體聚合和不同單體共聚。特點(diǎn)：耐老化性、耐水性好，耐皂洗、耐磨、膠膜柔軟；主要用于織物方面，如無紡布用、靜電植絨等；還可用于建筑方面作裝飾用膠粘劑和密封劑。②溶液型丙烯酸酯類膠粘劑分為兩種：a將聚合物溶解于適當(dāng)?shù)娜軇┲兄瞥梢欢ざ鹊木酆衔锶芤耗z；b以（甲基）丙烯酸酯為主的單體進(jìn)行自由基溶液聚合制得的膠。該類膠稱為第一代丙烯酸酯膠粘劑。其特點(diǎn)是具有透明性，一般用于有機(jī)玻璃及有機(jī)玻璃與金屬間的粘接。(3)反應(yīng)型丙烯酸酯類膠粘劑單純的丙烯酸酯單體形成的膠粘劑受熱軟化、不耐溶劑、抗沖擊能力差，添加高分子彈性體對(duì)其增韌。能顯著地改善聚合物的柔韌性，提高其抗沖擊性。其組成：A、主體材料：丙烯酸酯、高分子彈性體溶液；B、引發(fā)劑、促進(jìn)劑：在促進(jìn)劑作用下，使引發(fā)劑產(chǎn)生自由基，從而引發(fā)單體和彈性體進(jìn)行接枝共聚。C、阻聚劑：防止膠液在貯存過程中自行聚合。稱為第二代丙烯酸酯類膠粘劑（SGA）；使用時(shí)配成主劑和底劑兩部分，通常以甲基丙烯酸酯、高分子彈性體溶液和引發(fā)劑為主劑、而以促進(jìn)劑溶液為底劑。使用時(shí)將底劑先涂在兩個(gè)被粘面上，干燥后再在其中之一涂上主劑，然后合攏，立即發(fā)生聚合反應(yīng)特點(diǎn)：粘接迅速，使用方便、強(qiáng)度高；表面不須嚴(yán)格處理可達(dá)到較高強(qiáng)度；氣味大、有毒，耐熱、耐水性有限。主要用于各種鋁銘牌、地板磚的粘貼；也可用于金屬、塑料、珠寶首飾、玻璃及復(fù)合材料粘接。(4)厭氧膠粘劑

與氧接觸下能長(zhǎng)期保存，在隔絕氧時(shí)能自行固化的膠粘劑。①厭氧膠的組成：一般由單體、配合劑（引發(fā)劑、促進(jìn)劑、穩(wěn)定劑、填料、染料、增塑劑、增稠劑等）組成。A、單體a、三縮四乙二醇雙甲基丙烯酸酯：b、二異氰酸雙甲基丙烯酸烷酯：c、環(huán)氧樹脂雙甲基丙烯酸酯：b、c兩單體是生產(chǎn)結(jié)構(gòu)膠的原料，用于金屬結(jié)構(gòu)件的粘接。B、配合劑引發(fā)劑：引發(fā)劑產(chǎn)生自由基，主要是有機(jī)過氧化物.促進(jìn)劑：使引發(fā)劑加速分解，常用胺類促進(jìn)劑穩(wěn)定劑：延長(zhǎng)膠液的貯存期，常用對(duì)苯二酚、對(duì)苯二醌等。②厭氧膠粘劑的固化厭氧膠的固化是自由基聚合反應(yīng)，氧氣的存在會(huì)起阻聚作用。其阻聚機(jī)理：引發(fā)劑引發(fā)單體產(chǎn)生自由基后，容易吸收氧再與另一自由基結(jié)合，生成穩(wěn)定的過氧化物；隔絕氧氣后，能迅速進(jìn)行自由基聚合，實(shí)現(xiàn)固化。另外，厭氧膠的固化還受被粘物表面情況的影響，被粘物表面分為三類：A、活性表面：清潔的銅、鐵、鋼等金屬表面能加