橋梁加固結(jié)構(gòu)膠配方設(shè)計(jì)課件

1、 膠黏劑的組成與配方設(shè)計(jì) 膠黏劑的組成墨江發(fā)現(xiàn)2500年前巖畫舊石器的巫山巖畫阿爾塔米拉巖畫1萬年前墨江發(fā)現(xiàn)2500年前巖畫舊石器的巫山巖畫阿爾塔米拉巖畫膠（膠）：古代“膠”用動物的皮煮制而成。本義：粘性物質(zhì),用動物的皮、角或樹脂制成；膠粘劑（膠黏劑）：通過界面(表面)層分子（原子）間相互作用，把兩個固體材料表面連接在一起的物質(zhì)或材料，稱為膠粘劑。曾用名：粘合劑，粘接劑； 小名：膠，膠水。膠（膠）：古代“膠”用動物的皮煮制而成。古代：天然動物、植物或礦物 （泥、石灰、淀粉、植物油、樹脂、雞蛋、礦物顏料）近代：主要使用合成樹脂、合成橡膠或改性天然高分子 （環(huán)氧、有機(jī)硅、三醛、醇酸樹脂、丙烯酸酯、

2、橡膠）1920年前：誕生期1970年前：發(fā)展期2000年前：功能化和完善2000年后：專用化和環(huán)?；z粘劑的誕生和發(fā)展古代：天然動物、植物或礦物膠粘劑的誕生和發(fā)展三大連接方法：機(jī)械連接 Riveting bolting； 焊接技術(shù) Brazing welding 膠接技術(shù) Bonding膠接技術(shù)(bonding) 膠接技術(shù)特別適用于不同材質(zhì)、不同厚度、超薄規(guī)格和復(fù)雜構(gòu)件的連接。 原位固化：顆粒在懸浮液中的位置不變,靠顆粒之間的作用力或者懸浮體內(nèi)部的一些載體的性質(zhì)的變化,從而使懸浮體從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。三大連接方法：機(jī)械連接 Riveting bolting；原表面物理化學(xué)高分子物理與化學(xué)有機(jī)化學(xué)

3、材料力學(xué)膠接技術(shù)表面物理化學(xué)膠接技術(shù)較短時間內(nèi)能將可溶,可熔的線型或支化結(jié)構(gòu)高分子化合物、預(yù)聚物轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗?，不熔的體型結(jié)構(gòu)，并參與化學(xué)反應(yīng)而成為交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一部分。1. 主料固化劑也稱為基料、黏料，是使兩個被粘物體表面結(jié)合在一起時起到主要作用的組分，它決定著膠黏劑的基本性能。膠料2. 輔料與助劑促進(jìn)劑、增塑劑與增韌劑、稀釋劑與溶劑、填料、偶聯(lián)劑、其他助劑膠黏劑及其組成較短時間內(nèi)能將可溶,可熔的線型或支化結(jié)構(gòu)高分子化合物、預(yù)聚物無機(jī)膠料硅酸鹽硅酸鈉，硅酸鹽水泥 磷酸鹽磷酸氧化銅，磷酸氫氧化鋁氧化銅，磷酸氧化鋅硫酸鹽石膏硼酸鹽硼砂氧化鋅，熔接玻璃 金屬氧化物氧化鋯，氧化鋁，氧化鈣（石灰），氧化鎂氯化

4、鎂，氧化鉛 金屬或硫磺錫鉛合金，硫磺有機(jī)高分子膠料 天然高分子動物 骨膠、皮膠、魚膠、蟲膠、血膠等 植物 淀粉、糊精、纖維素、樹膠、木質(zhì)素、瀝青、生漆、松香,天然橡膠 合成高分子樹脂型熱固型：環(huán)氧，酚醛，脲醛，密胺，不飽和聚酯，反應(yīng)型丙烯酸酯，聚異氰酸酯，有機(jī)硅，聚酰亞胺、聚苯并咪唑等 熱塑型：醋酸乙烯酯，聚氯乙烯，聚丙烯酸及酯類，聚酰胺，聚乙醇縮醛、TPU，EVA，SBR等 橡膠型氯丁、丁腈、聚硫、有機(jī)硅、丁基、丁苯，SBS，SIS，聚氨酯、聚異丁烯，氟硅橡膠 復(fù)合型酚醛-丁腈，酚醛-縮醛，酚醛氯丁，環(huán)氧-丁腈，環(huán)氧-聚酰胺，環(huán)氧-聚硫，環(huán)氧-聚砜，環(huán)氧-聚氨酯等。 無機(jī)膠料硅酸鹽硅酸鈉，硅

5、酸鹽水泥 磷酸鹽磷酸氧化銅，磷酸膠黏劑類型固化原理舉例溶(乳)液(劑)型膠粘 靠溶劑（或水）的揮發(fā)，由液體逐步變?yōu)楣腆w 漿糊塑化 由高聚物吸收增塑劑后成為固體 烙煎餅、氯乙烯熱熔 靠溫度的變化，固體熔體固體 瀝青反應(yīng)型 由低分子量的單體或預(yù)聚物，相互反應(yīng)交聯(lián)形成固體 AB膠，502膠，環(huán)氧膠壓敏膠 彈性體的粘彈性及增粘劑等分子的浸潤性 不干膠膠黏劑固化類型膠黏劑類型固化原理舉例溶(乳)液(劑)型膠粘 靠溶劑（或水）高分子混合液干燥 “干燥”：表面無粘性，指干,自粘性表示 規(guī)定在指定的壓力和時間下，流動不超過指定程度所需的最低粘度。 指干：103PaS； 不粘連：107PaS膠黏劑固化類型-溶劑

6、型開始：溶劑從樹脂溶液揮發(fā)的速度與純?nèi)軇┫嘟?后期：粘度增高，自由體積減小，溶劑的揮發(fā)高分子混合液干燥膠黏劑固化類型-溶劑型開始：溶劑從樹脂溶液揮非均相體系：分散相+分散介質(zhì)；乳膠粒本身不溶于分散介質(zhì)；通過表面活性劑而穩(wěn)定乳膠粒子在微納米級，大于可見光長度，出現(xiàn)反射、折射，外觀為乳白色；粘度較小膠黏劑固化類型-乳液型非均相體系：分散相+分散介質(zhì)；膠黏劑固化類型-乳液型凝聚過程示意圖關(guān)鍵步驟膠黏劑固化類型-乳液型凝聚過程示意圖關(guān)鍵步驟膠黏劑固化類型-乳液型模量溫度T形變高彈態(tài)粘流態(tài)玻璃態(tài)Tg Tm溫度計(jì)鋼球熱熔膠加熱介質(zhì)（不能溶解或溶脹）鋼球鋼環(huán)托板膠黏劑固化類型-熱熔型模量溫度T形變高彈態(tài)粘流

7、態(tài)玻璃態(tài)Tg Tm溫度計(jì)PVC糊樹脂組成：PVC粉，氯醋粉，DBP，DOP，穩(wěn)定劑固化原理：（高溫互溶體系）粉吸收增塑劑（高溫，Tg,355K),軟化溫度降低，相互流動，流平（熱熔性），降溫冷卻，固化人造革、滴塑、涂料膠黏劑固化類型-熱塑型PVC糊樹脂組成：PVC粉，氯醋粉，DBP，DOP，穩(wěn)定劑膠單體樹脂預(yù)聚物現(xiàn)場聚合在被粘物界面處形成高分子固體膜或膠層單組份多組份復(fù)配反應(yīng)條件雙組份（A+B）輻射固化熱固化濕固化厭氧固化壓力固化反應(yīng)條件和形式：膠黏劑固化類型-熱固型單體現(xiàn)場聚合在被粘物界面處形成高分子固體膜或膠層單組份復(fù)配反膠黏劑 固化機(jī)理 舉例 酚醛，糠醛 醛進(jìn)行烷基化反應(yīng) 酚醛，間苯二酚

8、甲醛，糠醛，糠醇 脲醛、三聚氰胺 醛與胺進(jìn)行脫水反應(yīng) 尿醛樹脂，三聚氰胺樹脂 環(huán)氧基 與活潑氫進(jìn)行加成 尿醛樹脂，三聚氰胺樹脂 叔胺催化陰離子聚合 環(huán)氧聚酰胺，環(huán)氧二乙胺，環(huán)氧芳胺，環(huán)氧醚胺，環(huán)氧硫醇；環(huán)氧烯胺濕固化 酸酐催化陽離子聚合 環(huán)氧迪克納；環(huán)氧四氫苯酐；環(huán)氧馬來酸酐,環(huán)氧-甲基迪克納 硫翁鹽，碘翁鹽光催化陽離子聚合 光化環(huán)氧膠 與過渡金屬進(jìn)行配位聚合 異氰酸酯基 與含活潑氫聚合物 聚氨酯雙組份灌封膠、灌注膠、發(fā)泡膠、丙烯酸酯異氰酸脂膠粘劑 與空氣中H2O反應(yīng) 單組份聚氨酯密封膠、反應(yīng)型熱熔膠 雙鍵 過氧化物產(chǎn)生自由基引發(fā) 第二代丙烯酸酯、高溫硫化硅橡膠、不飽和聚酯 光敏劑產(chǎn)生自由基引

9、發(fā) 丙烯酸酯光敏膠、丙烯酸環(huán)氧光敏膠 與活潑氫加成 高溫硫化乙烯與含氫硅油、有機(jī)硅壓敏膠 離子聚合 氰基丙烯酸酯（502）膠 有機(jī)硅烷 硅烷交聯(lián)劑與水生成硅醇再與羥基硅橡膠縮合脫羧型（酸性）硅膠、脫醇、脫肟型（中性）硅膠、脫酮型硅膠、有機(jī)硅灌封膠 反應(yīng)型膠黏劑的固化機(jī)理膠黏劑 固化機(jī)理 舉例 酚醛，糠醛 醛進(jìn)行烷基化反應(yīng) 酚醛，粘接基本原理被粘材料被粘材料被粘材料(B) 粘附破壞Failure of adhesion被粘材料被粘材料膠粘劑內(nèi)聚破壞cohesion failure in adhesive (C) 被粘材料內(nèi)聚破壞cohesion failure in substrate被粘材料（

10、adherend）被粘材料(substrate)被粘材料(D) 混合破壞Mixed failure粘接的目的-傳遞應(yīng)力粘接基本原理被粘材料被粘材料被粘材料(B) 粘附破壞被粘材料(1) 機(jī)械的作用力機(jī)械粘接理論 (mechanical interaction)(2) 分子水平的微觀粘合作用（adhesion between molecular） 界面分子間的相互作用吸附理論 (bond energy-absorption) 界面分子相互溶解和擴(kuò)散層相互作用-擴(kuò)散理論 (mixing and diffusion) 界面分子間電子轉(zhuǎn)移形成雙電層相互作用-靜電理論 (static electrici

11、ty )(3) 粘附表面熱力學(xué) (thermodynamics of adhesion surface) 粘附現(xiàn)象與粘接的吸附理論 粘附現(xiàn)象指的是膠粘劑與被粘物在粘接界面上的相互作用.粘接基本原理(1) 機(jī)械的作用力機(jī)械粘接理論 (mechanical 輔料與助劑促進(jìn)劑：加快固化反應(yīng)速率凡是能夠加快膠黏劑固化反應(yīng)速率的物質(zhì)，均稱為促進(jìn)劑。促進(jìn)劑能縮短固化反應(yīng)時間、降低固化溫度、減少固化劑用量、提高固化反應(yīng)程度。原理：改變固化反應(yīng)路徑。舉例：DMP-30-環(huán)氧樹脂/酸酐固化；2-乙基-4-甲基咪唑-環(huán)氧樹脂/雙氰胺固化。輔料與助劑促進(jìn)劑：加快固化反應(yīng)速率凡是能夠加快膠黏劑固化反應(yīng)2.2 增塑劑與

12、增韌劑增塑劑：增加膠黏劑流動性，并使膠膜具有柔韌性的高沸點(diǎn)液體或低熔點(diǎn)的固體（小分子或低分子，如：鄰苯二甲酸二甲酯（乙酯、丁酯、戊酯、辛酯），磷酸三乙酯（丁酯）。機(jī)理：通過介入主料大分子之間，降低分子間作用力來增加鏈的運(yùn)動能力，提高韌性；膠膜的剛性、強(qiáng)度、熱變形溫度都會降低。增韌劑：本身分子鏈具有柔順性，與主料互溶，固化后部分或全部析出，如：HTBN, CTBN, ATBN,聚硫橡膠、氯丁橡膠、聚氨酯、熱塑性樹脂、液晶聚合物、核殼粒子、互傳網(wǎng)絡(luò)。機(jī)理：通過相分離，提高剪切強(qiáng)度、玻璃強(qiáng)度、柔韌性、沖擊性能，改善脆性和開裂弱點(diǎn)。相關(guān)機(jī)理包括：銀紋-釘錨機(jī)理、銀紋-剪切帶機(jī)理輔料與助劑2.2 增塑劑

13、與增韌劑增塑劑：增加膠黏劑流動性，并使膠膜具有2.3 稀釋劑與溶劑：降低膠黏劑粘度稀釋劑：用來降低膠黏劑粘度的液體?；钚院头腔钚韵♂寗?，環(huán)氧樹脂中常用。溶劑：有機(jī)溶劑，能夠溶解膠料、易揮發(fā)而干燥，性能好。有毒、易燃、易爆炸、污染環(huán)境、危害安全，正在受到限制。橡膠型膠黏劑中使用。輔料與助劑偶聯(lián)劑：改善膠黏劑與被粘表面的界面層其他助劑：防老化劑，防霉劑2.3 稀釋劑與溶劑：降低膠黏劑粘度稀釋劑：用來降低膠黏劑粘填料填料的作用多種多樣，十分重要補(bǔ)強(qiáng)、增稠、阻燃、耐磨、硬度、降低收縮性、減少熱膨脹系數(shù)、增加導(dǎo)熱、導(dǎo)電、觸變性、提高耐水性、耐熱性、耐老化性，延長適用期等。提高抗沖擊性能的填料有：石棉纖維、玻璃纖維、云母粉、鋁粉。提高硬度與抗壓性能的填料有：金屬及其氧化物如石英粉、氧化鉻粉、瓷粉、鐵粉、水泥、碳化硼等。提高耐熱性能的填料有：石棉粉、硅膠粉、酚醛樹脂、瓷粉、二氧化鈦粉。增加粘附力的填科有：氧化鋁粉、瓷粉、鈦白粉。增加導(dǎo)熱性的填料有：鋁粉、銅粉、鐵粉、石墨粉。增加導(dǎo)電性的填料有：銀粉。增加潤滑性的填料有：石墨粉、高蛉土粉、二硫化鋁粉。填料填料的作用多種多樣，十分重要補(bǔ)強(qiáng)、增稠、阻燃、耐磨、a.受力情況：作用力種類、大小b.