膠接基礎(chǔ)知識課件

第二章膠接基礎(chǔ)知識2005年10月包裝工程本科專業(yè)方向課《膠合材料學(xué)》膠接基礎(chǔ)知識本章主要內(nèi)容膠接的各種理論（機(jī)械、物理、化學(xué)、擴(kuò)散、靜電）膠接界面化學(xué)影響膠接強(qiáng)度的因素膠接結(jié)構(gòu)的耐久性膠粘劑的基本條件膠粘劑的選擇膠接基礎(chǔ)知識2-1膠接理論2.1.1機(jī)械膠接理論結(jié)論通過機(jī)械方式（膠釘）產(chǎn)生膠接力；膠釘越多，膠粘劑滲透得越深，孔隙填充得越滿，膠接強(qiáng)度就越高對多孔性材料的膠接貢獻(xiàn)顯著，但對非孔性材料的膠接貢獻(xiàn)不顯著形成膠釘?shù)年P(guān)鍵：液體（流動(dòng)性）；足夠的固體含量局限性：不能解釋許多膠接現(xiàn)象，如孔隙多（表面粗糙）的木材的膠接強(qiáng)度比孔隙少（表面致密）的木材的膠接強(qiáng)度低膠接基礎(chǔ)知識2.1.2吸附膠接理論固體表面由于范德華力的作用能吸附液體和氣體，這種作用即為物理吸附。而它是膠粘劑與被膠接材料間牢固結(jié)合的普遍性原因

分散：液體膠粘劑分子，借助于布朗運(yùn)動(dòng)向被膠接材料表面擴(kuò)散，使二者所有的極性基團(tuán)或鏈節(jié)相互靠近。加強(qiáng)布朗運(yùn)動(dòng)的措施有：升溫、加壓、降低粘度等。吸附力的產(chǎn)生：當(dāng)分子間距<5×10-10m時(shí)，兩種分子便產(chǎn)生吸附作用，并使分子間距進(jìn)一步縮短，達(dá)到能處于最大穩(wěn)定狀態(tài)的距離，從而完成膠接作用。結(jié)論膠接基礎(chǔ)知識范德華力偶極力：極性分子間的引力，即偶極距間的相互作用力。式中：——偶極矩R——距離；T——絕對溫度K——波爾茲曼常數(shù)誘導(dǎo)偶極力：由于受到極性分子電場的作用而產(chǎn)生的。式中：——分子極化率；——偶極矩（永久，誘導(dǎo)）色散力：非極性分子間的作用力。式中：——分子電離能互相抵消在范氏力中起主要作用膠接基礎(chǔ)知識結(jié)論膠粘劑與被膠接材料表面間的距離是產(chǎn)生膠接力的必要條件膠接體系內(nèi)分子接觸區(qū)（界面）的稠密程度是決定膠接強(qiáng)度的主要因素物質(zhì)的極性有利于獲得高膠接強(qiáng)度，但過高會(huì)妨礙濕潤過程的進(jìn)行膠粘劑濕潤被膠接材料的表面產(chǎn)生物理吸附必要非充分條件高的膠接強(qiáng)度H2O膠接基礎(chǔ)知識2.1.3擴(kuò)散理論鏈狀分子所組成的膠粘劑，涂刷到被膠接材料的表面，在膠液的作用下表面溶脹或溶解。由于膠粘劑的分子鏈或鏈段的布朗運(yùn)動(dòng)，使分子鏈或鏈段從一個(gè)相進(jìn)到另一個(gè)相中，二者互相交織在一起，使它們之間的界面消失，變成一個(gè)過渡區(qū)（層），最后在過渡區(qū)形成相互穿透的高分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而得到很高的膠接強(qiáng)度。

溶解度參數(shù)相近擴(kuò)散對某些膠接制品的剪切強(qiáng)度不高，而剝離強(qiáng)度很高的成功解釋。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)過渡區(qū)的形成膠接基礎(chǔ)知識2.1.4化學(xué)鍵膠接理論膠接作用主要是化學(xué)鍵力作用的結(jié)果；膠粘劑與被粘物分子間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而獲得高強(qiáng)度的主價(jià)鍵結(jié)合，化學(xué)鍵包括離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵，在膠接體系中主要是前二者?；瘜W(xué)鍵力比分子間力大得多化學(xué)吸附發(fā)生條件發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵活性基團(tuán)偶聯(lián)劑表面處理

機(jī)械砂磨電暈等離子體化學(xué)藥劑膠接基礎(chǔ)知識R—CH2OH+HO—木質(zhì)材料R—CH2—O—木質(zhì)材料+H2OR—CH2OH+HO—纖維素R—CH2—O—纖維素+H2OR—CH2OH+HO—木素R—CH2—O—木素+H2O被膠接材料中的羥基+膠粘劑中的羥甲基化學(xué)鍵膠接基礎(chǔ)知識2.1.5靜電膠接理論將被膠接材料和固化的膠粘劑層理想化為電容器，即在膠接接頭中存在雙電層，膠接力主要來自雙電層的靜電引力。靜電引力的產(chǎn)生是相1電荷場相2電荷場相互作用的結(jié)果。成功地解釋了粘附功與剝離速度有關(guān)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)

靜電引力（<0.04MPa）對膠接強(qiáng)度的貢獻(xiàn)可忽略不計(jì)無法解釋用炭黑作填料的膠粘劑及導(dǎo)電膠的膠接現(xiàn)象無法解釋由兩種以上互溶高聚物構(gòu)成的膠接體系的膠接現(xiàn)象不能解釋溫度、濕度及其它因素對剝離實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響缺陷貢獻(xiàn)膠接基礎(chǔ)知識2.1.6其它膠接理論從粘接接頭被破壞的情況來分析膠粘劑與被粘表面間形成的薄弱表面層對粘接強(qiáng)度影響很大，必須盡可能除去弱界面層理論粘接作用與材料、膠粘劑的極性有關(guān)極性材料要用極性膠粘劑粘接非極性材料要用非極性膠粘劑粘接極性理論由成鍵的兩個(gè)原子中的一個(gè)原子單獨(dú)提供一個(gè)電子對而形成的共價(jià)鍵，稱為配價(jià)鍵廣義地講，凡是電子供給體與電子接受體相互結(jié)合形成的化學(xué)鍵，都稱配價(jià)鍵。

配位鍵理論膠接基礎(chǔ)知識★配位鍵理論要點(diǎn)在粘接時(shí)，膠粘劑分子、鏈段以及基團(tuán)會(huì)產(chǎn)生微布朗運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)膠粘劑分子帶電荷部分（通常是帶孤對電子或電子的基團(tuán)，如—OH、—NH2、—CN、—COOH等）與被粘材料（如金屬離子、金屬原子、缺電子鏈節(jié)等)帶相反電荷部分之間的距離小于5×10-10時(shí)，就會(huì)相互作用形成配價(jià)鍵。由氫離子形成的氫鍵是特殊的配價(jià)鍵。配價(jià)健有較大的結(jié)合能，很難破壞。膠接基礎(chǔ)知識★配位鍵實(shí)例①金屬的粘接一般金屬原子及其陽離子都是電子接受體，而粘接金屬的膠粘劑分子中都有-CN、-OH、-NH2、-COOH等含孤對電子的基團(tuán)，在粘接過程中，膠粘劑分子與金屬原子或其陽離子形成配價(jià)鍵。②橡膠與金屬的粘接天然橡膠無論在硫化前還是在硫化后，都含有雙鍵（末交聯(lián)雙鍵）。雙鍵上結(jié)合得比較松弛的電子，可以作為電子供給體與金屬形成配價(jià)鍵。因此，天然橡膠分子中雖然沒有極性基團(tuán)和孤對電子，但與金屬也有一定的粘附力。膠接基礎(chǔ)知識③極性膠粘劑與非極性材料粘接以α-氰基丙烯酸乙酯膠與聚苯乙烯粘接為例，雖然α-氰基丙烯酸乙酯能溶解聚苯乙烯，產(chǎn)生分子間的擴(kuò)散作用，但是極性分子與非極性分子之間很難互相滲透、互相吸引，因此無法解釋它們之間的粘接強(qiáng)度達(dá)9.8×106Pa以上這個(gè)事實(shí)。配價(jià)鍵理論認(rèn)為，在聚苯乙烯分子鏈節(jié)中，由于苯環(huán)的存在，可以提供π電子，同時(shí)由于它的影響，與苯環(huán)連接的碳原子的電子云密度就會(huì)降低。這樣，苯環(huán)和-CN分別與對方帶σ電荷的氫原子形成配價(jià)鍵，而且α-氰基丙烯酸乙酯能溶解聚苯乙烯也為形成配價(jià)鍵創(chuàng)造了條件。膠接基礎(chǔ)知識

膠接過程是一個(gè)復(fù)雜的過程，以上幾種膠接理論即有實(shí)驗(yàn)事實(shí)作依據(jù)，又都存在有局限性對于固體和膠粘劑產(chǎn)生膠接作用的原因，可概括為：（1）相1和相2機(jī)械結(jié)合作用。包括：①膠釘理論（anchoring）；②被膠接固體經(jīng)表面處理后產(chǎn)生觸須（whisker）狀凸起，相1與相2糾纏咬合（interlocking）。（2）相1和相2的化學(xué)吸附結(jié)合作用。包括：①通過相互擴(kuò)散，在分子之間產(chǎn)生分子間的拉引作用力（內(nèi)聚力）；②相1相2密切接觸，產(chǎn)生分子間的拉引作用力；③相1和相2通過化學(xué)鍵結(jié)合在一起。膠接效果是主價(jià)力、次價(jià)力、靜電引力和機(jī)械作用力等綜合作用的結(jié)果?？偨Y(jié)膠接基礎(chǔ)知識2.2.1膠接的主要過程2-2膠接界面化學(xué)膠粘劑的液化：因?yàn)槟z粘劑要浸潤到固本間的空隙中，故它必須是可自由改變形狀的液體。因此，可用單體或預(yù)聚物、溶液或乳液、熔融聚合物。流動(dòng)：這是膠粘劑浸透到固體間并嵌入空隙中的過程。在此關(guān)系到膠粘劑粘性等流變學(xué)的性質(zhì)。潤濕：為了使膠粘劑能夠浸潤固體空隙，并潤濕固體表面，膠粘劑對固體的接觸角必須要在90°以下。膠接基礎(chǔ)知識擴(kuò)散、粘接、吸附：這個(gè)過程是與潤濕平行發(fā)生的，它按照在多成分系高分子中，鏈段是通過界面自由能變成最小來吸附和取向的規(guī)則形成膠接層結(jié)構(gòu)的。固化：由于聚合、溶劑的揮發(fā)、冷卻等作用，膠粘劑固化后形成所需強(qiáng)度的過程。粘接體系的變形和破壞：這是在實(shí)際使用直至破壞的過程。膠接基礎(chǔ)知識2.2.2固體表面上液體的平衡

SL

SV

LV液滴圖1—1液體在固體表面上的浸潤狀態(tài)

SV=

LV

cos

+

SL

S=

SV+π式中：

SV──固/氣界面張力；

LV──

液/氣界面張力；

SL──固/液界面張力；

S──

在真空狀態(tài)下固體的表面張力；

π——吸附于固體表面的氣體膜壓力，也稱吸附自由能。對于有機(jī)高分子等低表面能固體，可以忽略不計(jì)。Young公式膠接基礎(chǔ)知識

因此，對于有機(jī)高分子等低表面能固體來講，

S=

SV，則

S

=

SL+

LV

cos

（1—18）當(dāng)

=180°，cos

=－1，表示膠液完全不能浸潤被膠接固體的狀態(tài)，不可能。當(dāng)

=0°，cos

=1，代表完全浸潤狀態(tài)。當(dāng)體系接近完全浸潤狀態(tài)時(shí)，式（1—18）可表示為

S

－（

SL+

LV

）≥0

設(shè)

=

S

－（

SL+

LV

），并稱

為鋪展系數(shù)。用于描述浸潤特性。對于一般有機(jī)物的液/固體系，

SL可忽略不計(jì)，則有

S

≥

LV膠接體系只有滿足上述條件，才有可能出現(xiàn)cos

=1，從而獲得形成良好膠接接頭的必要條件，即是選擇膠粘劑時(shí)的必要條件，即被膠接物表面能大于或等于膠粘劑的表面能。實(shí)際上

LV

和cos

是可以通過實(shí)驗(yàn)測定，而

S

和

SL的測定是非常困難的，可通過臨界表面張力來解決。膠接基礎(chǔ)知識2-3被粘物的表面處理目的：表面處理，有時(shí)也稱表面預(yù)處理，其目的是得到能夠產(chǎn)生牢固耐久接頭的被粘物表面。弱界面層（概念見2-3影響膠接強(qiáng)度的因素）由于有弱界面層的存在，膠粘劑絕不能/往往不能直接與被粘物表面接觸。

膠接基礎(chǔ)知識影響表面處理方法選擇的因素☆零部件尺寸☆設(shè)備適應(yīng)性☆輔助工具☆浸漬浴中化學(xué)藥品濃度的迅速降低☆能形成弱邊界層的浴中異物的沉積接頭設(shè)計(jì)膠粘劑選擇工藝方法表面處理膠接強(qiáng)度膠接基礎(chǔ)知識

適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚韺⑹拐辰咏宇^的薄弱環(huán)節(jié)處于膠層內(nèi)，而不是在被粘物與膠粘劑的界面上。在粘接中這種形式的破壞稱為內(nèi)聚破壞，即膠層殘留在兩個(gè)被粘物的表面上。如果破壞發(fā)生在膠粘劑與被粘物界面上，則稱為粘附破壞（界面破壞）。許多ASTM試驗(yàn)方法都規(guī)定以內(nèi)聚破壞和粘附破壞的百分?jǐn)?shù)表明破壞的類型。從表面處理觀點(diǎn)來看，粘接接頭或試驗(yàn)件的理想破壞形式是100%的內(nèi)聚破壞。膠接基礎(chǔ)知識膠接基礎(chǔ)知識膠接基礎(chǔ)知識一、清潔☆概念“清潔”一詞是指除去灰塵、污物、油脂，以及為粘接表面進(jìn)行專門的化學(xué)清洗?！罾泳鬯姆蚁?PTFE)和其他氟塑料：若只作單純的清潔處理，粘接強(qiáng)度幾乎為零；只有經(jīng)過嚴(yán)格的表面處理，改變表面的化學(xué)和物理性質(zhì)，才能進(jìn)行粘接。鎂：在清潔處理之后，必須進(jìn)行化學(xué)或陽極化處理，形成與鎂緊密結(jié)合的一層無機(jī)薄膜，同時(shí)，又能與有機(jī)物如膠粘劑很好粘合。

膠接基礎(chǔ)知識☆方法溶劑清洗中間清洗化學(xué)處理注：任何表面處理都需要采用上述方法之一種、兩種或三種。溶劑清洗：①蒸汽脫脂；②超聲波蒸汽脫脂；③超聲波液體沖洗；④溶劑擦拭、浸洗或噴淋。膠接基礎(chǔ)知識中間清洗：以物理、機(jī)械或化學(xué)方法除去表面污物，但不改變材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)。如用堿液清洗不銹鋼或以洗滌劑清洗環(huán)氧層壓板?；瘜W(xué)處理：以化學(xué)方法清洗表面的一種工藝過程。這種處理改變了被粘物表面的化學(xué)性質(zhì)，改善了粘接性能?；瘜W(xué)處理之前總要進(jìn)行溶劑清洗，中間清洗常在兩者之間完成。如酸蝕、陽極化等。膠接基礎(chǔ)知識二、底涂☆概念通常是膠粘劑在某種有機(jī)溶劑中的稀溶液，涂布的干膜厚度為0.0015-0.05mm的一種表面處理方法☆作用(1)改善潤濕性。(2)防止被粘物表面清洗后的氧化，延長表面處理與涂膠之間的有效時(shí)間。(3)有助于防腐蝕。(4)改善膠粘劑的某些性能，如剝離強(qiáng)度。(5)用作阻隔層以防止膠粘劑與被粘物間的不利反應(yīng)(6)使膠膜或被粘物在裝配時(shí)定位。膠接基礎(chǔ)知識☆優(yōu)點(diǎn)(1)制造程序較為靈活；(2)接頭可靠性高；(3)固化條件不太嚴(yán)格；(4)膠粘劑選擇范圍廣；(5)接頭耐久性較好。底膠很像膠粘劑，一般在性質(zhì)上有些特殊，但與膠粘劑差別不大。

膠接基礎(chǔ)知識三、聚合物表面的活性氣體處理(等離子處理)☆概念把聚合物表面暴露于輝光放電(即無線電頻率場)產(chǎn)生的低壓等離子惰性氣體(O2、He、N2)里，對于聚乙烯只需很短的處理時(shí)間(約9s)，而其他聚合物如PTFE則需較長的接觸時(shí)間。在處理過程中，聚合物表面原子被消除，形成強(qiáng)韌、潤濕、交聯(lián)的表面層☆優(yōu)點(diǎn)等離子處理的聚合物粘接強(qiáng)度通常比傳統(tǒng)的化學(xué)或機(jī)械處理后的粘接強(qiáng)度高2-4倍。膠接基礎(chǔ)知識膠接基礎(chǔ)知識四、表面處理有效性的評價(jià)方法實(shí)際粘接之前，要進(jìn)行“水膜破壞”試驗(yàn)，或接觸角定量測定，以評價(jià)表面處理的質(zhì)量。粘接之后，表面處理的效果可由粘接接頭的破壞類型判定?！钏て茐膶?shí)驗(yàn)觀察水在清潔的表面(化學(xué)活性或極性表面)上會(huì)形成連續(xù)的水膜，而不是一系列分離的液滴，這稱為水膜不破壞狀態(tài)。水膜破壞則表明表面有油污或污染。試驗(yàn)中應(yīng)使用蒸餾水，滯留時(shí)間30s。膠接基礎(chǔ)知識☆接觸角試驗(yàn)測量聚合物表面和參考液體(如蒸餾水)之間的接觸角也可判定潤濕性。接觸角?。阂后w能很好地潤濕聚合物表面；接觸角大：潤濕性很差。每種表面都有臨界潤濕表面張力。表面自由能低于的液體，接觸角將為零，則完全潤濕表面，而表面自由能高于的液體，則有一定的接觸角。膠接基礎(chǔ)知識例子：未處理材料的接觸角為37-48°，非極性很大的材料如尼龍可高達(dá)100°。非極性的難粘材料硅樹脂和聚乙烯可達(dá)97°。暴露于活性氬等離子體后的PMMA的接觸角將降到40°，尼龍、聚苯乙烯、聚乙烯和室溫硫化硅橡膠(RTV)則降到19°以下。膠接基礎(chǔ)知識五、表面置放時(shí)間(SET)☆概念SET就是表面處理后至實(shí)際粘接時(shí)停放的時(shí)間?！钭⒁馐马?xiàng)①零件表面處理后，在運(yùn)輸和貯存過程中必須防止污染。②清潔的表面決不能用手或帶油污手套觸摸。如果清洗與底涂間隔超過幾小時(shí)，零件應(yīng)該保護(hù)。如果間隔時(shí)間更長，則需用干凈的牛皮紙包覆，直到底涂時(shí)為止。③底涂之后，干燥的表面若不能馬上粘接，應(yīng)再用干凈的牛皮紙包覆，不論是否使用底膠，都應(yīng)該這樣做。膠接基礎(chǔ)知識六、塑料的表面處理☆熱塑性塑料熱塑性塑料與熱固性塑料不同，要獲得良好的粘接，表面往往需要化學(xué)或物理改性。對于結(jié)晶性熱塑性塑料，如聚烯烴(主要是聚乙烯和聚丙烯)、線性聚酯和氟塑料尤其如此。方法：①用化學(xué)或火焰處理使其氧化(前者是最常用的方法)②輝光放電得到比較活性的表面；③惰性氣體等離子體通過交聯(lián)強(qiáng)化表面，增加活性；④金屬離子的處理。

膠接基礎(chǔ)知識☆熱固性塑料大多數(shù)熱固性塑料都很容易粘接，粘接常是熱固性塑料或與其他材料連接的唯一實(shí)用的非機(jī)械方法熱固性塑料表面處理：脫模劑常用洗滌劑清洗、溶劑清洗或溶劑擦拭。然后輕度打磨會(huì)破壞表面的光滑性，最后要用清潔的溶劑和干凈不起毛的布或紙擦拭。溶劑：丙酮、丁酮、甲苯、低沸點(diǎn)石油醚、三氯乙烯和異丙醇。粗化：細(xì)砂紙(砂、金剛砂、氧化鋁、金屬砂或氧化物)、金屬棉(鋼、鋁或鋼)或鋼砂。膠接基礎(chǔ)知識2-3影響膠接強(qiáng)度的因素膠接強(qiáng)度膠粘劑被膠接材料環(huán)境

分子結(jié)構(gòu)配方設(shè)計(jì)

性質(zhì)表面處理操作工藝

環(huán)境介質(zhì)應(yīng)力狀況膠接基礎(chǔ)知識膠接強(qiáng)度被膠接物的表面狀態(tài)弱界面層內(nèi)應(yīng)力交聯(lián)度極性分子量及分子量分布膠粘劑的固化膠層厚度木材比重纖維方向抽提成分膠接基礎(chǔ)知識

表面粗糙度：是產(chǎn)生機(jī)械膠接力的源泉，機(jī)械膠接力是通過濕潤和吸附作用而得到的。粗糙度系數(shù)R↑，有效膠接面積↑，膠接強(qiáng)度↑，但隨后R的↑，膠接強(qiáng)度反而↓。其它因素：加壓、表面潤濕難易程度、材料比重被膠接物的表面狀態(tài)

木材表面纖維橫斷面的形狀：是產(chǎn)生機(jī)械膠接力的源泉，機(jī)械膠接力是通過濕潤和吸附作用而得到的。膠接基礎(chǔ)知識弱界面層

當(dāng)被膠接的材料、膠粘劑及環(huán)境中的低分子物或雜質(zhì)等，通過滲析、吸附及聚集等過程，在部分或全部界面內(nèi)產(chǎn)生這些低分子物的富集區(qū)，這就是弱界面層。膠接力在外力作用下的破壞，必然發(fā)生于弱界面層，這就是膠接破壞中的界面破壞，并使膠接強(qiáng)度嚴(yán)重下降的原因。

膠粘劑與被膠接材料間的膠接力主要來源于物理吸附作用；低分子物在膠粘劑與被膠接材料中有滲析行為，通過滲析作用低分子物遷移界面形成富集區(qū)；低分子物對被膠接物的表面有比膠粘劑分子更強(qiáng)的吸附力，使被膠接物的表面產(chǎn)生新的吸附平衡，并形成低分子吸附層，對膠粘劑分子起了解吸作用。弱界面層的產(chǎn)生條件膠接基礎(chǔ)知識內(nèi)應(yīng)力來源（1）膠粘劑的固化或硬化過程中體積的收縮；（2）膠粘劑與被膠接材料的熱膨脹系數(shù)不同，在溫度變化時(shí)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；（3）被膠接材料的各向異性，在水分變化時(shí)，由于收縮膨脹的不同產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；（4）比重不同的被膠接材料，其體積的收縮膨脹有差異，在大面積膠接中產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。木材

膠層含水率梯度鄰近木材層含水率梯度膠層酸或堿濃度梯度類型及措施收縮應(yīng)力

降低官能團(tuán)濃度加入高聚物增韌劑加填充劑（填料）熱應(yīng)力

較低的固化溫度模量低、延伸率高的膠膠接基礎(chǔ)知識交聯(lián)度交聯(lián)度（即交聯(lián)密度）膠粘劑的內(nèi)聚強(qiáng)度交聯(lián)點(diǎn)數(shù)目的增加，交聯(lián)間距變短以及交聯(lián)分子長度變短膠粘劑硬、脆內(nèi)聚強(qiáng)度降低膠接基礎(chǔ)知識極性一般來說，隨著膠粘劑極性的增強(qiáng)（或極性基團(tuán)的增多），膠接強(qiáng)度在開始時(shí)會(huì)增加，但到了一定程度后，增加極性基團(tuán)，膠粘劑的內(nèi)聚強(qiáng)度增大，膠粘劑不易流動(dòng)，從而對被膠接材料濕潤不良，膠接強(qiáng)度下降。DeBruyne認(rèn)為：膠接非極性膠粘劑非極性材料極性膠粘劑極性材料膠接可能得到很高的膠接強(qiáng)度膠接基礎(chǔ)知識分子量及分子量分布膠粘劑的分子量（聚合度）

膠粘劑性質(zhì)（如固化速度）膠接強(qiáng)度向被膠接材料滲透的速度分子量相同，而分子量分布不同，其膠接強(qiáng)度也是不同的膠接基礎(chǔ)知識膠粘劑的固化

硬化：膠粘劑通過干燥、結(jié)晶等物理過程而變硬的現(xiàn)象

固化：膠粘劑通過化學(xué)反應(yīng)（聚合、縮聚等）提高強(qiáng)度等性能的過程溶液膠粘劑：熱塑性高聚物，溶劑的揮發(fā)，硬化乳液膠粘劑：乳液中的水分滲透或揮發(fā)，膠體凝聚、硬化；環(huán)境溫度>成膜溫度，形成連續(xù)的膠膜熱熔膠粘劑：熱塑性高聚物，加熱熔融、流動(dòng)，濕潤被膠接物表面，冷卻硬化熱固性膠粘劑：體型結(jié)構(gòu)的高聚物，固化膠接基礎(chǔ)知識凝膠化：多官能團(tuán)的原料或預(yù)聚體在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的過程中，隨著分子量增大的同時(shí)還進(jìn)行著分子鏈的支化和交聯(lián)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到一定程度時(shí)，反應(yīng)體系開始出現(xiàn)不溶、不熔凝膠的現(xiàn)象。凝膠時(shí)間（固化時(shí)間）：膠粘劑發(fā)生凝膠（固化）所需的時(shí)間，是膠粘劑一項(xiàng)重要的工藝性能指標(biāo)，它取決于膠粘劑中官能團(tuán)的反應(yīng)活性、官能團(tuán)原料的官能度和濃度。值得注意：在使用熱固性膠粘劑時(shí)，在一定的時(shí)間范圍內(nèi)，延長固化時(shí)間和提高固化溫度并不等效，即降低固化溫度難以用延長固化時(shí)間來補(bǔ)償，降低固化溫度往往要以犧牲樹脂的理化性能為代價(jià)。膠接基礎(chǔ)知識膠層厚度關(guān)鍵：形成連續(xù)膠膜一般認(rèn)為獲得最好的膠接強(qiáng)度和剛性，膠層的厚度在膠層不缺膠的情況下，應(yīng)盡量地薄。因?yàn)椋罕∧z層變形需要的力比厚膠層大；隨著膠層厚度的增加，流變或蠕變的幾率變大；膠層越厚，由膨脹差引起的界面內(nèi)應(yīng)力與熱應(yīng)力大；堅(jiān)硬的膠粘劑，膠接界面在彎曲應(yīng)力作用下，薄膠層的斷裂強(qiáng)度比厚膠層的高；膠層越厚，氣泡及其它缺陷的數(shù)量增加，早期破壞的幾率增加。膠接基礎(chǔ)知識木材比重UF膠接闊葉材：木材比重<0.8時(shí)，膠接強(qiáng)度隨木材比重的增加而提高；>0.8時(shí)，膠接強(qiáng)度與比重幾乎無關(guān)。間苯二酚甲醛樹脂膠接所有針、闊葉材：膠接強(qiáng)度隨木材比重的增加而提高。木材纖維方向一般來說，纖維方向的角度越大，膠接強(qiáng)度越低，如用PF膠接時(shí)，木材纖維方向互相垂直的膠接強(qiáng)度僅是纖維互相平行的1/4。海田金松實(shí)驗(yàn)式：P-纖維方向互相平行的膠接強(qiáng)度Q-纖維互相垂直的膠接強(qiáng)度N-纖維互成θ角度的膠接強(qiáng)度膠接基礎(chǔ)知識木材抽提成分木材抽提成分對膠粘劑的濕潤、滲透、固化等過程都會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的影響。一般來說，抽提成分多的木材，難以充分被膠粘劑所濕潤，膠接強(qiáng)度就差。措施：可預(yù)先對木材進(jìn)行物理或化學(xué)的處理，除去抽提成分，從而改善濕潤狀況，提高膠接強(qiáng)度。膠接基礎(chǔ)知識2-4膠接結(jié)構(gòu)的耐久性膠接結(jié)構(gòu)的耐久性：是標(biāo)志膠接強(qiáng)度在大氣環(huán)境作用下所能保持其實(shí)用強(qiáng)度的一種特性，也是決定膠接結(jié)構(gòu)使用壽命的使用特性。膠接結(jié)構(gòu)的耐久性膠接界面粘附作用的耐久性膠層耐久性被膠接材料的耐久性膠接基礎(chǔ)知識2.4.1水分的作用

水的作用原理（對膠接界面的作用）體積小、極性強(qiáng)的水分子很容易沿著親水物質(zhì)向膠接界面滲透，破壞界面的氫鍵，從而減弱膠粘劑分子與被膠接材料表面間的作用力，導(dǎo)致膠接強(qiáng)度下降。即界面解吸理論。水對膠層的作用一是水分子破壞膠粘劑分子間的氫鍵和其它次價(jià)鍵，對膠粘劑產(chǎn)生增塑作用，從而降低膠粘劑的力學(xué)性能和物理性能二是膠粘劑的化學(xué)鍵被水解，引起膠粘劑的降解如蛋白膠、UF膠等的水解膠接基礎(chǔ)知識2.4.2熱氧化作用升高溫度，膠粘劑的熱氧化加速，膠接強(qiáng)度下降的速度隨之加快，尤其是在氧氣存在條件下，降解與交聯(lián)反應(yīng)更快。通常，有機(jī)高聚物膠粘劑的熱分解溫度比熱氧化分解溫度高50-100度左右。膠粘劑的熱穩(wěn)定性與其所含化學(xué)鍵的鍵能關(guān)系很大，故應(yīng)盡量在高聚物分子主鏈中減少或避免易氧化的化學(xué)鍵和基團(tuán)，如將脂環(huán)、芳香環(huán)或一些雜環(huán)引入到高聚物膠粘劑的分子主鏈上，是改進(jìn)膠粘劑熱穩(wěn)定性的主要途徑。膠接基礎(chǔ)知識2.4.3應(yīng)力作用★由于一些材料（如木材）是各向異性的多孔性材料，其膠接結(jié)構(gòu)的吸水或排水都會(huì)引起膨脹或收縮，從而產(chǎn)生收縮或膨脹應(yīng)力；此外，在環(huán)境溫度變化的情況下，也會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。所有這些應(yīng)力的存在都會(huì)使膠接結(jié)構(gòu)的耐久性降低?！锿瑫r(shí)，應(yīng)力的存在也會(huì)加速濕熱老化和熱老化。膠接基礎(chǔ)知識熱固性酚醛樹脂、苯酚-間苯二酚甲醛樹脂、胺基酚醛樹脂>聚醋酸乙烯乳液>三聚氰胺甲醛樹脂、血粉膠、環(huán)氧樹脂>三聚氰胺尿素甲醛樹脂>脲醛樹脂、大豆蛋、白膠、干酪素膠一些膠粘劑的耐老化性能膠接基礎(chǔ)知識2-5膠接破壞2.5.1膠接破壞原理膠接破壞強(qiáng)度：單位膠接面積或單位長度上所能承受的最大載荷。在脆性固體內(nèi)存在著固有的缺陷，在外力作用下缺陷周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中并造成微小的裂縫，裂縫不斷擴(kuò)展,引起整個(gè)膠接結(jié)構(gòu)的破壞。外應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力的共同作用，造成局部應(yīng)力集中，當(dāng)局部應(yīng)力集中超過局部強(qiáng)度時(shí)，缺陷將擴(kuò)展成裂縫，進(jìn)而導(dǎo)致膠接發(fā)生破壞。膠接基礎(chǔ)知識2.5.2膠接破壞類型（1）（1）被膠接物破壞（2）內(nèi)聚破壞（3）膠接界面破壞（4）混合破壞膠接基礎(chǔ)知識2-6膠粘劑的基本條件2.6.1膠粘劑的濕潤性濕潤性：液體對固體的親和性，一般用液體對固體表面的接觸角（θ）來表示。一般情況下，兩者間的接觸角越小，固體就容易被液體濕潤，其膠接強(qiáng)度就越高。膠粘劑的濕潤性是吸附和擴(kuò)散的前提條件，也是達(dá)到良好膠接的必要條件。膠粘劑的濕潤性是由熱力學(xué)條件和動(dòng)力學(xué)條件所決定的。影響因素：膠粘劑的性質(zhì)、被膠接材料表面的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)及膠接過程中的工作條件等因素。膠接基礎(chǔ)知識膠粘劑表面張力膠粘劑表面張力酸固化酚醛樹脂脲醛樹脂苯酚-間苯二酚樹脂環(huán)氧樹脂（通用型）78714847動(dòng)物膠聚醋酸乙烯乳液環(huán)氧樹脂433830表2-1：膠粘劑的表面張力值（mN/m）膠粘劑接觸角θ值脲醛樹脂水溶性酚醛樹脂醇溶性酚醛樹脂25-3550-6040-50表2-2：膠粘劑接觸角（°）膠接基礎(chǔ)知識2.6.2分子量與分子量分布分子量是很重要的參數(shù)，它對膠接結(jié)構(gòu)的一系列性能起著決定性的作用。分子量應(yīng)在適度范圍內(nèi)為宜，如UF的分子量以400-600為好。分子量分布：即使分子量相同，而分子量的分布不同，其膠粘劑的性能也會(huì)有較大的差別。聚合物分子量（聚合度）對內(nèi)聚力的影響：——聚合度為時(shí)，聚合物的抗張強(qiáng)度；——聚合度為無限大時(shí)的抗張強(qiáng)度；——與聚合物特性有關(guān)的常數(shù)；——數(shù)均聚合度。膠接基礎(chǔ)知識★低聚物含量較高時(shí)，接頭破壞呈內(nèi)聚破壞★高聚物含量較高時(shí)，接頭破壞呈界面破壞硝基纖維膠粘劑膠接玻璃時(shí)，其剝離強(qiáng)度與聚合度之間存在如下關(guān)系：——?jiǎng)冸x強(qiáng)度；——聚合度；——常數(shù)。膠接基礎(chǔ)知識2.6.3膠粘劑的PH值膠粘劑的PH值與膠粘劑的固化時(shí)間、適用期以及膠層的PH值等密切相關(guān)，其最終也影響到膠接強(qiáng)度和耐久性。如強(qiáng)酸或強(qiáng)堿都會(huì)使被膠接材料發(fā)生降解。在生產(chǎn)實(shí)際中，必須注意膠粘劑的PH值與被膠接材料PH值之間的配合（如桉樹與UF膠）。酪蛋白膠、大豆膠引起的是堿性污染，常溫固化PF是由于酸性導(dǎo)致對木材的劣化，強(qiáng)堿性的水泥與混凝土?xí)?dǎo)致酸性固化的脲醛樹脂產(chǎn)生膠接不良等。膠接基礎(chǔ)知識2.6.4膠粘劑的極性膠粘劑的極性在一定程度內(nèi)可有助于膠接強(qiáng)度的提高，但過多地強(qiáng)調(diào)膠粘劑的極性，反而會(huì)降低膠接強(qiáng)度，這是因?yàn)槟z粘劑的極性過強(qiáng)會(huì)妨礙濕潤過程的進(jìn)行。極性物質(zhì)纖維素、木材、酚醛樹脂、脲醛樹脂、聚酯樹脂、甘油、水、玻璃、金屬氧化物等非極性物質(zhì)橡膠、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、尼龍、石蠟、金屬、醚、苯等膠接基礎(chǔ)知識2.6.5膠粘劑的粘度一般，熱固性樹脂膠粘劑的粘度：與固體含量、縮合度成比例關(guān)系。粘度對膠性能的影響：無直接關(guān)系，但★粘度過低，加壓時(shí)易透膠、缺膠，膠接不良；★涂飾性能：噴膠、淋膠等粘度要低，輥涂粘度應(yīng)高，但不宜過高，否則流動(dòng)性差，不易形成均勻的膠層。膠接基礎(chǔ)知識2-7膠粘劑的合理選擇2.7.1按膠接制品的要求選擇

膠接強(qiáng)度和耐水性膠接強(qiáng)度：使膠接件中膠粘劑與被膠接物界面或鄰近處發(fā)生破壞所需要的應(yīng)力。膠接制品的使用環(huán)境和使用目的不同，對膠粘劑的強(qiáng)度和膠接強(qiáng)度也有不同的要求。一般要求膠接強(qiáng)度稍高于被膠接物的強(qiáng)度和膠粘劑的強(qiáng)度。耐水性：膠接件經(jīng)水分或濕氣作用后能保持其膠接性能的能力。分室內(nèi)、外、包裝等。膠接耐久性：膠粘劑和膠接制品的耐久性決定了制品的使用壽命。膠接制品的毒性：對室內(nèi)使用的膠粘劑更為重要，應(yīng)為低毒或無毒。膠接基礎(chǔ)知識2.7.2按膠粘劑使用特性選擇

膠粘劑的固體含量和粘度：它們是決定膠接質(zhì)量的重要因素。決定著施膠量、施膠的均勻性、膠液的流動(dòng)性和滲透性、施膠方法、施膠設(shè)備及膠接的工藝條件等，最終決定膠接的質(zhì)量。膠粘劑適用期：是指配制后的膠粘劑所能維持其可用性能的時(shí)間，與固化時(shí)間和PH值相關(guān)。在人造板生產(chǎn)中，一般要求膠粘劑的固化時(shí)間盡可能短，而適用期盡可能長。與其形態(tài)（粉狀或液狀）有關(guān)。固化條件和固化時(shí)間：隨膠種或配方和制造工藝的不同而不同。固化條件主要有固化溫度、壓力、材料含水率、材料性質(zhì)及材料尺寸等。固化溫度和時(shí)間主要是指膠粘劑通過化學(xué)反應(yīng)或物理變化形成高膠接強(qiáng)度所要求的溫度和時(shí)間（如UF、PF）。膠接基礎(chǔ)知識☆（1）紙質(zhì)包裝材料及其膠粘劑的選擇2.7.3包裝用材料及其膠粘劑的選擇紙質(zhì)包裝種類

瓦楞紙箱紙桶和紙盒紙袋紙品硬紙板盒書籍裝訂紙質(zhì)包裝在商品包裝中占40%以上，如日本49%，美國42%以上，我國用于包裝的紙和紙板約占其總量的40%左右。膠接基礎(chǔ)知識紙質(zhì)包裝成型接合方式

釘合：如釘書針，簡便，強(qiáng)度較高，但易銹蝕，部分國家已禁用。

膠帶紙接合：如膠帶封箱，容器兩邊無需接頭，節(jié)約部分原料，但影響外觀。（打包帶）

膠粘劑接合：適應(yīng)機(jī)械化生產(chǎn)，采用最多（如瓦楞紙箱封合）膠接基礎(chǔ)知識紙質(zhì)包裝用膠粘劑的選擇原則：①同種容易吸水的紙，且不需要考慮耐水性時(shí)，可用淀粉等天然的水溶性膠粘劑；②同種容易吸水的紙，但需要有耐水性時(shí)，可用聚乙酸乙烯乳液（PVAc乳液）；③同種加工紙等難以吸水的紙，用乙烯-乙酸乙烯共聚乳液（VAE乳液）；④一邊是容易吸水的紙，另一邊是不吸水的紙，則應(yīng)選擇對不吸水面粘合性好的膠粘劑，如乙烯-乙酸乙烯共聚乳液；⑤兩邊都是不吸水的層壓紙，則用熱熔膠、熱封膠。膠接基礎(chǔ)知識紙質(zhì)包裝用膠粘劑選擇時(shí)的注意事項(xiàng)：①紙張的主要成分：纖維素——極性膠粘劑；造紙助劑（施膠UF、MUF及填料等）——紙表面性狀的改變；多孔性。②植物纖維素的吸水性：水基膠粘劑（包括水溶液型和水乳液型）導(dǎo)致的起皺問題——保水劑（羥乙基纖維素、藻元酸鈉等）。③紙與紙之間的粘接：容易，價(jià)格低廉的水基膠即可。④紙與其他材料的粘接：較復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)各種材料的表面性質(zhì)選用合適的膠粘劑，如紙-親水性材料（淀粉、PVA水溶液），紙與-塑料、金屬（乙酸乙烯-丙烯酸酯共聚物、VAE共聚物、橡膠型等）。膠接基礎(chǔ)知識⑤非天然纖維紙或經(jīng)表面涂塑的天然纖維紙的粘接：較難，可選用硅烷偶聯(lián)劑等對紙表面進(jìn)行預(yù)處理。⑥酸堿作用原理的考慮：紙或其他被膠接物為酸性，則選用堿性膠，反之亦然；紙和堿性材料的粘接宜采用酸性膠（如氯乙烯共聚物）；紙和酸性材料的粘接宜采用堿性膠（乙酸乙烯、丙烯酸酯的聚合物或共聚物等）。⑦紙的楊氏模量（10～104MPa）的考慮：與大部分高分子材料由玻璃態(tài)至高彈態(tài)轉(zhuǎn)化溫度區(qū)域的楊氏模量相當(dāng)，高彈態(tài)（橡膠態(tài)）膠涂紙表面——凸起，玻璃態(tài)膠——凹陷。膠接基礎(chǔ)知識酸性材料

纖維素（紙）聚氯乙烯聚丙烯腈丁腈橡膠硝化纖維堿性材料

聚乙酸乙烯聚丙烯酸酯醇酸樹脂聚酯膠接基礎(chǔ)知識紙質(zhì)包裝用膠粘劑

淀粉骨膠干酪素天然膠粘劑水基膠粘劑壓敏膠粘劑熱熔膠粘劑PVAc乳液

VAE乳液乙酸乙烯-丙烯酸酯共聚乳液改性橡膠乳液合成橡膠乳液

PVA

聚丙烯酰胺

橡膠型（天然、再生、氯丁橡膠等）聚乙烯基醚

聚乙烯

EVA樹脂氯乙烯共聚物聚酰胺甲基丙烯酸酯丙烯酸樹脂膠接基礎(chǔ)知識表紙用膠粘劑的應(yīng)用與分類膠接基礎(chǔ)知識應(yīng)用膠粘劑注意事項(xiàng)紙盒——PVAc乳液、淀粉——紙杯等牛奶容器被石蠟浸漬PVAc乳液、淀粉亦可用熱封膠硬紙板一般硬紙板聚乙烯醇PVAc粘合速度快耐水硬紙板PVAc乳液粘合后可以浸石蠟層合紙紙/鋁箔PVAc乳液可以與酪朊并用玻璃紙/鋁箔乙酸乙烯共聚乳液鋁箔襯里紙管用熱熔膠聚丙烯酸酯涂布量1-3g/m2表紙用膠粘劑的應(yīng)用與分類（續(xù)表）膠接基礎(chǔ)知識☆（2）塑料包裝材料及其膠粘劑的選擇膠接基礎(chǔ)知識☆（3）木質(zhì)包裝材料及其膠粘劑的選擇膠接基礎(chǔ)知識☆（4）金屬包裝材料及其膠粘劑的選擇膠接基礎(chǔ)知識☆（5）玻璃陶瓷包裝材料及其膠粘劑的選擇膠接基礎(chǔ)知識2.8膠粘劑組成與分類2.8.1膠粘劑的組成★粘料：膠粘劑配方中，使兩被膠接物結(jié)合在一起時(shí)起主要作用的成分。要求粘料具有良好的粘附作用、濕潤性和相容性?！锕袒瘎┖痛龠M(jìn)劑：使膠粘劑發(fā)生固化或促進(jìn)膠粘劑固化的物質(zhì)?！锾畛鋭ㄌ盍希航档湍z粘劑固化過程中的體積收縮率或賦予膠粘劑某些性能的物質(zhì)。它