工業(yè)膠粘劑應(yīng)用基礎(chǔ)培訓(xùn)教材前言在現(xiàn)代工業(yè)制造體系中，膠粘劑作為一種關(guān)鍵的連接技術(shù)，正扮演著日益重要的角色。它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)不同材料間的有效連接，還能在減輕結(jié)構(gòu)重量、簡化工藝、降低成本以及提升產(chǎn)品性能等方面發(fā)揮獨特優(yōu)勢。從航空航天的精密組件到電子設(shè)備的微型粘接，從汽車制造的結(jié)構(gòu)強化到日常消費品的組裝，膠粘劑的身影無處不在。本培訓(xùn)教材旨在為從事工業(yè)膠粘劑應(yīng)用相關(guān)工作的技術(shù)人員、操作人員及管理人員提供一套系統(tǒng)、實用的基礎(chǔ)知識體系。我們將從膠粘劑的基本概念入手，逐步深入到其組成、分類、性能、選用原則、施膠工藝、質(zhì)量控制及安全環(huán)保等核心內(nèi)容。期望通過本教材的學(xué)習(xí)，學(xué)員能夠?qū)I(yè)膠粘劑形成清晰的認(rèn)識，并具備在實際工作中合理選擇、正確使用膠粘劑的基本能力，從而更好地解決生產(chǎn)中的粘接技術(shù)問題，提升產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率。本教材注重理論與實踐的結(jié)合，內(nèi)容力求專業(yè)嚴(yán)謹(jǐn)，同時兼顧實用性和可操作性。由于工業(yè)膠粘劑技術(shù)發(fā)展迅速，新的產(chǎn)品和應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，我們也將在教材中適當(dāng)融入行業(yè)發(fā)展的新趨勢和新要求。第一章：工業(yè)膠粘劑概述1.1膠粘劑與粘接技術(shù)的定義膠粘劑是一種通過界面作用（物理作用或化學(xué)作用），能將兩種或兩種以上的材料牢固地連接在一起的物質(zhì)，通常也稱為粘合劑或粘接劑。而粘接技術(shù)則是研究如何選擇適宜的膠粘劑，采用合理的工藝方法，將特定的基材在一定條件下連接成為具有預(yù)定性能的整體結(jié)構(gòu)的技術(shù)。與傳統(tǒng)的機械連接方式（如焊接、鉚接、螺栓連接等）相比，粘接技術(shù)具有應(yīng)力分布均勻、減輕重量、密封防腐、絕緣絕熱、便于實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)連接以及不損傷基材等顯著特點。1.2膠粘劑的組成與粘接機理1.2.1膠粘劑的基本組成工業(yè)膠粘劑通常不是單一成分的物質(zhì)，而是由多種組分復(fù)配而成的體系。其基本組成包括：*基料（粘料）：膠粘劑的核心組分，決定了膠粘劑的基本性能和粘接類型。它可以是天然高分子材料、合成高分子材料或無機材料。*固化劑（硬化劑）：對于需要固化反應(yīng)的膠粘劑（如環(huán)氧樹脂膠），固化劑是必不可少的。它能與基料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使膠粘劑從液態(tài)或糊狀轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，形成具有強度的粘接層。*稀釋劑：用于降低膠粘劑的粘度，改善其涂布性能，便于施工。稀釋劑可分為活性稀釋劑和非活性稀釋劑?；钚韵♂寗┠軈⑴c固化反應(yīng)，非活性稀釋劑則不參與，僅起臨時降粘作用，在固化過程中可能揮發(fā)或被基材吸收。*增塑劑/增韌劑：為了改善膠粘劑固化后的脆性，提高其柔韌性和抗沖擊性能而加入的組分。*填料：可以提高膠粘劑的強度、硬度、耐磨性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性，降低熱膨脹系數(shù)，或減少收縮、降低成本等。*偶聯(lián)劑：能改善膠粘劑與基材之間界面結(jié)合力的物質(zhì)，有助于提高粘接強度和耐久性。*其他助劑：如防老劑（提高耐老化性能）、穩(wěn)定劑（防止儲存或使用過程中性能劣化）、阻燃劑（賦予阻燃性能）、著色劑等。并非所有膠粘劑都包含上述所有組分，具體配方需根據(jù)膠粘劑的類型、性能要求和應(yīng)用場景進行調(diào)整。1.2.2粘接機理簡述膠粘劑為何能將兩種材料粘在一起？這是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，目前尚無單一理論能完全解釋所有粘接現(xiàn)象。主要的粘接理論包括：*機械結(jié)合理論：認(rèn)為膠粘劑能夠滲透到基材表面的微小凹坑、孔隙中，固化后形成機械嵌合，如同“錨鉤”一樣將基材連接起來。對于多孔性基材（如木材、紙張、某些陶瓷），此理論有較強的解釋力。*吸附理論：強調(diào)膠粘劑分子與基材表面分子之間的范德華力、氫鍵等物理吸附力是產(chǎn)生粘接力的主要原因。該理論認(rèn)為，當(dāng)膠粘劑分子與基材表面分子間的距離接近到分子尺度時，這些分子間作用力便會發(fā)揮作用。*擴散理論：主要適用于高分子材料之間的粘接。認(rèn)為膠粘劑與基材在一定條件下（如溫度、壓力），其分子鏈段會發(fā)生相互擴散，在界面處形成一個過渡層，從而實現(xiàn)粘接。*靜電理論：認(rèn)為膠粘劑與基材接觸時，由于電子轉(zhuǎn)移等原因，在界面兩側(cè)會形成雙電層，產(chǎn)生靜電吸引力，對粘接力有貢獻。*化學(xué)結(jié)合理論：認(rèn)為膠粘劑分子與基材表面分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成牢固的化學(xué)鍵（如共價鍵、離子鍵等），從而產(chǎn)生強大的粘接力。偶聯(lián)劑的作用常與此理論相關(guān)。在實際粘接過程中，往往是多種理論共同作用的結(jié)果，只是在特定條件下，某種理論可能占主導(dǎo)地位。1.3膠粘劑的分類工業(yè)膠粘劑種類繁多，分類方法也不盡相同。常見的分類方式有：1.3.1按化學(xué)成分（基料類型）分類*無機膠粘劑：如硅酸鹽類、磷酸鹽類、硼酸鹽類等。具有耐高溫、耐老化等特點，常用于特殊場合。*有機膠粘劑：*天然高分子膠粘劑：如動物膠、植物膠、天然橡膠等，目前工業(yè)上應(yīng)用相對較少。*合成高分子膠粘劑：這是現(xiàn)代工業(yè)膠粘劑的主體，品種繁多。主要包括：*熱塑性樹脂膠粘劑：如聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯等。加熱熔融，冷卻固化；或通過溶劑揮發(fā)固化。*熱固性樹脂膠粘劑：如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚氨酯、脲醛樹脂等。通過化學(xué)反應(yīng)（加固化劑或加熱）固化，形成不溶不熔的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，粘接強度高，耐熱性和耐化學(xué)性較好。*合成橡膠膠粘劑：如氯丁橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠等。具有良好的彈性和柔韌性，耐沖擊、耐振動。*復(fù)合型膠粘劑：如橡膠-樹脂復(fù)合型膠粘劑，綜合了兩者的優(yōu)點。1.3.2按固化方式分類*溶劑揮發(fā)型膠粘劑：通過溶劑的揮發(fā)而固化，如某些壓敏膠、橡膠膠水。*化學(xué)反應(yīng)型膠粘劑：通過化學(xué)反應(yīng)（如聚合、交聯(lián)等）實現(xiàn)固化?？煞譃閱谓M分（如濕氣固化型聚氨酯）和雙組分（如環(huán)氧-胺體系）。*熱熔型膠粘劑：常溫下為固體，加熱至熔融狀態(tài)涂布，冷卻后固化粘接，如EVA熱熔膠、熱熔壓敏膠。*壓敏型膠粘劑：在常溫下施加輕微壓力即可實現(xiàn)粘接，本身具有持久粘性，如膠帶、標(biāo)簽用膠。*厭氧型膠粘劑：在隔絕氧氣的條件下迅速固化，常用于螺紋鎖固、密封。1.3.3按應(yīng)用領(lǐng)域分類如汽車用膠粘劑、電子電器用膠粘劑、建筑用膠粘劑、航空航天用膠粘劑、包裝用膠粘劑等。1.3.4按形態(tài)分類如液態(tài)膠粘劑（溶液型、乳液型、無溶劑型）、膏狀膠粘劑、固態(tài)膠粘劑（粉末狀、膜狀、帶狀）等。在實際應(yīng)用中，往往需要結(jié)合多種分類方式來準(zhǔn)確描述一種膠粘劑。第二章：膠粘劑的關(guān)鍵性能指標(biāo)評價一款膠粘劑的性能，需要關(guān)注多個關(guān)鍵指標(biāo)。這些指標(biāo)直接關(guān)系到膠粘劑能否滿足特定的應(yīng)用要求。2.1力學(xué)性能*粘接強度：這是衡量膠粘劑粘接能力的最核心指標(biāo)，通常包括：*拉伸強度（抗張強度）：粘接接頭在軸向拉力作用下，單位面積所能承受的最大破壞載荷。*剪切強度：粘接接頭在平行于粘接面的剪切力作用下，單位面積所能承受的最大破壞載荷。這是工業(yè)應(yīng)用中最受關(guān)注的強度指標(biāo)之一。*剝離強度：在規(guī)定的條件下，使粘接件的兩個被粘物沿粘接面作勻速剝離時，單位寬度所能承受的平均載荷。*沖擊強度：粘接接頭承受沖擊載荷而破壞時，單位面積所吸收的能量。衡量膠粘劑的韌性和抗沖擊能力。*彎曲強度：粘接接頭在彎曲載荷作用下的最大承載能力。*彈性模量/剛性：反映膠粘劑固化后膠層的堅硬程度。*延伸率：膠層在拉伸斷裂時的伸長百分率，反映其柔韌性。*硬度：膠層抵抗其他物體壓入其表面的能力。2.2物理性能*粘度：膠粘劑在流動時內(nèi)部產(chǎn)生的阻力。粘度直接影響施膠工藝（如涂布方式、速度）的選擇。其大小與溫度、剪切速率等因素有關(guān)。*密度：單位體積膠粘劑的質(zhì)量。*固化收縮率：膠粘劑從液態(tài)（或糊狀）固化為固態(tài)時體積收縮的百分比。過大的收縮率可能導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力，影響粘接強度和尺寸精度。*熱膨脹系數(shù)（CTE）：膠層在溫度變化時單位溫度下的尺寸變化率。應(yīng)盡量與被粘基材匹配，以減少溫度循環(huán)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。2.3耐環(huán)境性能膠粘劑在實際使用過程中會受到各種環(huán)境因素的考驗，其耐環(huán)境性能直接影響產(chǎn)品的使用壽命。*耐溫性：包括耐高溫性和耐低溫性，以及耐溫度變化（冷熱循環(huán)）的能力。通常用短時耐溫和長期耐溫來表示。*耐水性/耐濕性：在水或潮濕環(huán)境中保持粘接性能的能力。*耐化學(xué)介質(zhì)性：抵抗酸、堿、鹽、油類、溶劑等化學(xué)物質(zhì)侵蝕的能力。*耐候性：抵抗陽光（特別是紫外線）、氧氣、臭氧、風(fēng)雨等自然氣候條件老化的能力。*耐老化性能：在長期使用過程中，膠粘劑保持其原有性能的能力。2.4工藝性能*適用期（工作壽命/PotLife）：對于雙組分膠粘劑，指兩組分混合后，膠粘劑能保持其可施工性（如粘度在特定范圍內(nèi)）的時間。對于單組分膠粘劑，指其開封后或在特定條件下能保持可使用狀態(tài)的時間。*固化時間/固化速度：在特定的固化條件下（溫度、壓力、濕度等），膠粘劑從涂布到達(dá)到規(guī)定強度所需的時間。*涂布性：膠粘劑是否易于涂布到基材表面，涂布是否均勻，有無拉絲、結(jié)團等現(xiàn)象。*浸潤性：膠粘劑在基材表面鋪展并潤濕基材表面的能力，直接影響初始粘接力和最終粘接強度。2.5其他性能根據(jù)應(yīng)用需求，還可能關(guān)注膠粘劑的電性能（如絕緣電阻、介電常數(shù)、耐電弧性）、導(dǎo)熱性能、阻燃性能、顏色、氣味等。理解并正確解讀這些性能指標(biāo)，是選擇合適膠粘劑的前提。需要注意的是，性能指標(biāo)并非越高越好，應(yīng)根據(jù)實際應(yīng)用場景的具體要求進行綜合權(quán)衡。第三章：基材特性與表面處理粘接是膠粘劑與基材表面相互作用的結(jié)果。因此，基材本身的特性以及粘接前的表面處理質(zhì)量，對最終的粘接效果起著至關(guān)重要的作用。3.1常見基材類型及其粘接特性工業(yè)上常用的基材種類繁多，性質(zhì)各異，其粘接特性也大不相同。*金屬材料：如鋼鐵、鋁合金、銅合金等。金屬表面通常存在氧化層，其化學(xué)組成、厚度和致密性對粘接影響較大。金屬表面能較高，一般易于被膠粘劑浸潤。但某些金屬（如鋁、鋅）的氧化層可能疏松多孔，需要適當(dāng)處理。*高分子材料（塑料與橡膠）：*非極性高分子材料：如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚四氟乙烯（PTFE）等。表面能低，化學(xué)惰性強，膠粘劑難以浸潤和形成有效結(jié)合，粘接難度大，通常需要特殊表面處理。*極性高分子材料：如聚氯乙烯（PVC）、ABS、聚碳酸酯（PC）、尼龍（PA）等。表面能相對較高，粘接性較好，但仍需注意其表面是否有脫模劑等污染物。*橡膠：天然橡膠和極性合成橡膠（如丁腈橡膠）粘接性較好，非極性橡膠（如乙丙橡膠）粘接性較差。橡膠表面易吸附油脂，且可能含有增塑劑，影響粘接。*木材：多孔性材料，表面含有天然樹脂和水分。其紋理、密度、含水率都會影響粘接質(zhì)量。通常需要選擇滲透性好、能填充孔隙的膠粘劑。*陶瓷與玻璃：表面光滑、堅硬，化學(xué)穩(wěn)定性好。玻璃表面的硅羥基可與某些膠粘劑（如硅烷偶聯(lián)劑改性的膠粘劑）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，提高粘接強度。陶瓷表面可能存在微孔和雜質(zhì)。*復(fù)合材料：由兩種或多種不同材料組成，如纖維增強塑料（FRP）。其表面特性取決于基體樹脂和增強材料，以及成型工藝?？赡艽嬖跇渲患瘜踊蚶w維裸露等情況。3.2表面處理的重要性與方法基材表面處理是提高粘接強度和耐久性的關(guān)鍵步驟，其主要目的包括：去除表面污染物（如油污、灰塵、銹跡、脫模劑）、增加表面粗糙度以提高機械嵌合力、引入活性基團以改善化學(xué)結(jié)合力、改變表面能以促進膠粘劑浸潤。常見的表面處理方法有：*機械處理：如打磨（砂紙、砂輪）、噴砂、拉絲、機械加工等。主要用于增加表面粗糙度，去除較厚的氧化層或涂層。*化學(xué)處理：*溶劑清洗：使用有機溶劑（如丙酮、乙醇、甲苯等）擦拭或浸泡，去除油脂、污垢等可溶性污染物。操作時需注意安全和環(huán)保。*堿洗：使用堿性溶液（如氫氧化鈉溶液）去除油脂和某些氧化物，尤其適用于金屬和部分塑料。*酸洗：使用酸性溶液（如鹽酸、硫酸、磷酸等）去除金屬表面的銹跡、氧化皮。酸洗后通常需要中和、水洗。*化學(xué)蝕刻：對于難粘塑料（如PE、PP），常用鉻酸等強氧化劑進行蝕刻，以增加表面粗糙度和引入極性基團。*物理化學(xué)處理：*等離子體處理：利用高能等離子體轟擊材料表面，可有效去除污染物，并引入羥基、羧基等活性基團，顯著提高表面能和浸潤性。適用于各種材料，尤其對塑料和復(fù)合材料效果顯著。*電暈處理：原理與等離子體處理類似，主要用于塑料薄膜、板材的表面改性。*火焰處理：通過高溫火焰快速氧化材料表面，增加表面活性。常用于PE、PP等塑料的處理。*涂底涂劑（primer，底膠）：底涂劑是一種專門設(shè)計的稀薄涂層，涂覆在基材表面，能與基材和后續(xù)涂覆的膠粘劑均產(chǎn)生良好的結(jié)合力，起到“橋梁”作用。尤其適用于難粘基材或?qū)φ辰訌姸取⒛途眯砸髽O高的場合。選擇何種表面處理方法，需根據(jù)基材類型、污染物性質(zhì)、膠粘劑類型以及對粘接性能的要求綜合確定。處理后的表面應(yīng)盡快進行施膠，避免再次污染或氧化。第四章：膠粘劑的選擇原則與方法選擇一款合適的膠粘劑，是實現(xiàn)良好粘接效果的首要環(huán)節(jié)。這需要綜合考慮多方面因素，進行系統(tǒng)評估。4.1粘接需求分析在選擇膠粘劑之前，首先要明確具體的粘接需求：*被粘基材是什么？是同種材料還是異種材料？材料的物理化學(xué)特性如何？*粘接接頭的受力情況如何？主要承受拉力、剪切力、剝離力還是