膠黏劑—膠合原理與膠粘劑

1、膠合原理與膠粘劑,林學院：張曉燕,內容提要： 1 膠粘劑的概念和分類 2 膠粘劑的發(fā)展簡史 3 膠粘劑在木材加工中的作用 4 膠粘劑的發(fā)展趨勢,緒 論,1 膠粘劑的概念和分類 概念:通過粘附作用，能使被膠接材料的表面緊密地膠合在一起的物質叫膠粘劑。用膠粘劑把兩個被膠接物牢固連接在一起稱為膠接。 分類：根據起膠接作用的物質種類分： 天然膠粘劑：原料來源廣，成本低，不耐水。如植物膠、動物膠（以動物的皮、骨、筋等為原料，將其中所含的膠原蛋白經過部分水解，萃取和干燥制成的固體蛋白質。）。 合成膠粘劑：膠合強度高，耐水性好。如合成樹脂、合成橡膠。,4,優(yōu)點： 可實現不同種類或不同形狀材料之間的連接，尤其

2、是薄片材料； 粘接為面際連接，應力分布均勻，不易產生應力破壞，延長結構壽命； 密封性能良好，有很好的耐腐蝕性能（隔開被粘物，可減少不同金屬連接的電位腐蝕）；,5,優(yōu)點： 提高生產效率，降低成本； 減輕結構質量。通過交叉粘接能使各向異性材料的強度質量比及尺寸穩(wěn)定性得到改善，得到撓度小，結構差異小、質量輕的結構； 可賦予被粘物體以特殊的性能（導電膠、導磁膠、耐高溫膠、電絕緣膠）。,6,缺 點,耐候性差； 膠接的不均勻使得扯離和剝離強度低，容易在接頭邊緣首先破壞； 與機械物理連接法相比，溶劑型膠粘劑的溶劑易揮發(fā)，而且某些溶劑易燃、有毒，會對環(huán)境和人體產生危害。 膠接質量因受多種因素的影響，不夠穩(wěn)定。

3、,7,膠粘劑的污染問題,常見的膠粘劑質量問題主要是溶劑揮發(fā)產生的有害物質： 苯是一種致癌物質，人吸入過量，會出現頭暈、惡心、乏力、皮膚干燥、意識模糊等現象，重者可導致昏迷甚至死亡。 甲苯和二甲苯：對皮膚和粘膜刺激性大，長期接觸易引起膀胱癌。 甲醛揮發(fā)較慢，吸入后會引起惡心，導致支氣管炎，甚至出現肺水腫； 鹵代烴也是致癌物質，長期吸入會損傷肝臟等器官。,2 膠粘劑的發(fā)展簡史 早期的膠粘劑以天然高分子物質為材料，多屬水溶性，沿用了幾千年。如我國古代勞動人民在很早就使用天然動、植物膠膠接各種材料。 早在2000多年前，秦朝人以糯米漿與石灰制成的灰漿用作長城基石的膠黏劑。 公元前200年，西漢人用糯米

4、制成的膠粘劑作棺木的密封劑，再配用防腐劑，使尸體保存完整，肌肉和關節(jié)仍有彈性。 古埃及人從金合歡樹中提取阿拉伯膠，從鳥蛋、動物骨骼中提取骨膠，從松樹中收集松脂制成膠黏劑，還用白土與骨膠混合，再加上顏料，用于棺木的密封及涂飾。,2 膠粘劑的發(fā)展簡史 20世紀，化學工業(yè)的發(fā)展，出現了以合成高分子物質為基礎的新型膠粘劑合成膠粘劑，使膠粘劑進入了一個嶄新的發(fā)展時期。 1912年美國的L.H.貝克蘭首先將酚醛樹脂作為膠粘劑用于木材的粘接； 20年代末至30年代初，脲醛樹脂作為膠粘劑也用于木材工業(yè)； 從此，膠粘劑開始了以合成樹脂膠粘劑為主的發(fā)展階段。,2 膠粘劑的發(fā)展簡史 4050年代，不飽和聚酯、環(huán)氧樹

5、脂和聚氨酯膠粘劑問世，合成橡膠和熱塑性樹脂在粘接領域得到廣泛應用； 此后，又開發(fā)了合成橡膠改性的合成樹脂膠粘劑，即橡膠樹脂膠粘劑，并成功的用于粘接飛機機身部件。于是膠粘劑進入了粘接金屬結構部件的發(fā)展階段； 以后，合成膠粘劑又增加了新品種，如50年代末，單液型，在常溫下能快速（幾十秒）固化的氰基丙烯酸酯膠粘劑實現工業(yè)化生產。,2 膠粘劑的發(fā)展簡史 目前世界合成膠粘劑品種已達5000余種，總產量超過1000萬噸，銷售額年均增長5%。產量水系膠占45%，熱熔膠占20%，溶劑膠占15%，反應型膠占10%，其它10%。 隨著膠粘劑工業(yè)的發(fā)展，膠合理論的研究也逐漸得到人們的重視。為了解釋膠接現象，自20世

6、紀40年代以來，人們提出了多種關于膠接機理的理論：吸附理論、機械膠接理論、靜電理論、擴散理論、化學鍵理論等。,膠粘劑的應用方面： 汽車工業(yè) 航空航天 電子、電器工業(yè) 機械工業(yè) 建筑工業(yè) 輕工業(yè) 造船工業(yè) 醫(yī)療,3 膠粘劑在木材加工中的作用,13,（1）汽車工業(yè)的應用 現代汽車工業(yè)的技術進步要求結構材料輕量化、駕駛安全化、節(jié)能環(huán)?；?、美觀舒適化等，因此一定采用鋁合金、玻璃鋼、蜂窩夾層結構，塑料、橡膠等新型材料，必然要大量以粘接代替焊接，膠粘劑用量明顯增加。,3 膠粘劑在木材加工中的作用,14,（2）航空航天的應用 航空工業(yè)是最早使用膠粘劑的行業(yè)，飛機制造業(yè)是結構膠粘劑的主要用戶。 宇航工業(yè)和空間

7、技術等都大量采用蜂窩結構、高強度高模量復合材料、玻璃鋼、泡沫材料、密封材料等，這些材料的制造和連接都離不開膠粘劑和密封材料。,3 膠粘劑在木材加工中的作用,15,（3）電子、電器工業(yè)的應用 集成電路、計算機等電子元器件、零部件和整機生產與組裝中，都要使用膠粘劑和密封膠，如光刻膠、導電膠、導磁膠等。 各種家用電器設備，大量使用膠粘劑和密封膠，如洗衣機、冰箱（柜）、空調、電飯煲、吸塵器等。,3 膠粘劑在木材加工中的作用,16,（4）機械工業(yè)的應用 代替焊、鉚、螺栓連接等，可以節(jié)約原材料減輕質量，減少應力集中，縮短工期，簡化工藝，從而提高效率，降低成本； 鑄件砂眼，零件缺陷能修復后再用，可以減少廢品

8、；,3 膠粘劑在木材加工中的作用,17,（5）建筑工業(yè)的應用 各種裝修材料的粘貼與固定都要大量的膠粘劑和密封劑。 膠粘劑用于修補混凝土結構件缺陷、裂縫，操作簡便，不僅保證使用性能，而且外觀平整。,3 膠粘劑在木材加工中的作用,18,（6）輕工業(yè)的應用 制鞋工業(yè) 家具工業(yè) 紡織工業(yè)：無紡布 包裝工業(yè)：如箱、桶、盒、袋、紙薄膜復合包裝（密封） 印刷工業(yè)：無線裝訂 此外，工藝美術、兒童玩具、體育用品、衛(wèi)生器具、嬰兒尿布、文教用品等,3 膠粘劑在木材加工中的作用,19,（7）造船工業(yè)的應用 在船舶裝配時不論是玻璃鋼、木材，還是金屬結構件都要用到膠粘劑。 除了用常規(guī)的膠粘劑進行零部件的結構粘接之外，由于

9、船舶航行于江、湖、海的特殊環(huán)境，還大量使用密封劑用于甲板縫、艙孔、舷窗以及各種油、水管路和電纜貫通的密封。,3 膠粘劑在木材加工中的作用,8、醫(yī)療方面的應用 接骨植皮、修補臟器、代替縫合、有效止血、粘接血管；以及牙齒的粘接、鑲嵌、填充、美飾等。,3 膠粘劑在木材加工中的作用,木材加工業(yè)對膠粘劑的要求： 原料來源廣泛，價格便宜； 對木材沒有侵蝕性； 具有適當的流動性，對木材表面有很好的潤濕性。因為潤濕是膠接的首要條件，流動性能保證膠粘劑均勻地分布于木材表面，適當的粘度可保證膠層有足夠的膠量。,木材加工業(yè)對膠粘劑的要求： 使用方便，如適用期長，固化時間短，常溫固化，壓力低等。 固化時能形成堅固的膠

10、層，膠接強度大。 固化后膠層有一定彈性，使膠接制品能進行彎曲加工并抵抗膨脹收縮產生的應力，提高耐久性。,4 膠粘劑的發(fā)展趨勢 甲醛類膠粘劑： 脲醛樹脂膠減緩樹脂老化，降低收縮率，降低低甲醛釋放，提高膠合耐水性和耐老化性能； 酚醛樹脂膠降低堿含量，降低固化溫度，提高固化速度，降低成本； 三聚氰胺樹脂膠提高樹脂韌性，降低成本，開發(fā)新型浸漬用樹脂。,4 膠粘劑的發(fā)展趨勢 乳液膠粘劑： 是膠粘劑發(fā)展的趨勢，各種性能優(yōu)良的樹脂都被研究制備成乳液應用，膠粘劑有由溶液型向乳液型轉變的傾向。 熱熔膠粘劑：降低熔融粘度，提高其對被膠接材料的粘附性，調節(jié)收縮應力，調節(jié)共聚物中單體的比例，分子量以合成出理想的共聚物

11、。 總之，膠粘劑向快固化、單組分、高強度、耐高溫、無溶劑、低粘度、不污染、省能源、多功用等方向發(fā)展。,第一章 木材膠接基礎,內容提要：,1.1 膠接的各種理論 1.2 膠接結構的耐久性與膠接破壞 1.3 影響膠接強度的因素 1.4 膠粘劑的組成與分類 1.5 木材膠粘劑的合理選擇,1.1 膠接的各種理論,1.1.1 吸附理論 1.1.2 機械膠合理論 1.1.3 擴散理論 1.1.4 靜電理論 1.1.5 化學鍵理論,1.1.1 吸附理論,理論提出年代：20世紀40年代。 理論基礎：表面吸附理論、分子極性（相異）理論、聚合物分子運動及分子間作用理論等。 吸附理論內容：膠接作用是膠粘劑分子與被膠

12、接物分子在界面層上相互吸附產生的。膠接作用是物理吸附和化學吸附共同作用的結果。而物理吸附則是產生膠接作用的普遍性原因。,吸附理論認為膠接過程分兩個階段 ： 膠粘劑分子通過布朗運動，向被膠接物體表面移動擴散，使二者的極性基團或分子鏈段相互靠近。在此過程中，升溫、降低膠粘劑的粘度和施加接觸壓力等都有利于布朗運動的進行。 吸附引力的產生。當膠粘劑和被膠接物體的分子間距達到510-10m以下時，便產生分子間引力，即范德華力。,1.1.1 吸附理論,范德華力和氫鍵是產生膠接力的根源： 范德華力：作用能E如公式所示： 包括 偶極力 誘導偶極力 色散力 氫鍵：屬于弱的化學鍵?？梢园ㄔ诜兜氯A力之內，看作是一

13、種特殊的偶極力，也可以不包括在范德華力內，看作是一種弱的配位鍵。,式中： 分子偶極矩； 分子極化率； I分子電離能； R分子間距離； K玻爾茲曼常數； T 絕對溫度。,1.1.1 吸附理論,不足之處 把膠接力與分子間力結合在一起，在一定的范圍內解釋了膠接現象。 吸附理論把膠接作用主要歸于分子間的作用力。它不能圓滿地解釋膠粘劑與被膠接物之間的膠接力大于膠粘劑本身的強度相關這一事實。 在測定膠接強度時，為克服分子間的力所作的功，應當與分子間的分離速度無關。事實上，膠接力的大小與剝離速度有關。 吸附理論不能解釋極性的-氰基丙烯酸酯能膠接非極性的聚苯乙烯類化合物的現象；對高分子化合物極性過大，膠接強度

14、反而降低的現象也都無法解釋。,1.1.1 吸附理論,理論基礎： 由Mcbain，Hopkis提出，是膠接領域中最早提出的膠接理論。 任何物體的表面即使肉眼看起來十分光滑，但放大看還是十分粗糙，有些材料還是多孔性的。 理論內容：液態(tài)膠粘劑充滿被膠接物表面的縫隙或凹陷處，或者在毛細管張力的作用下，從表面敞開的管孔滲到細胞腔內，固化或硬化后在界面產生嚙合連接。,1.1.2 機械膠接理論,注意要點： 機械連接形式與浸潤、分子間作用力無關，通常稱為錨固作用或緊固作用。 對于木材來講，機械結合理論顯得更為重要。因為木材是多孔性材料，木材表面存在大量的紋孔和暴露在外的細胞腔，這是木材膠接形成膠接力（膠釘作用

15、）的有利條件。 佐伯等人利用掃描電子顯微鏡觀察經過化學處理后的婆羅洲樟木膠合板的膠接層，發(fā)現由導管腔至細胞壁紋孔的各種木材組織內腔中都有膠粘劑滲入。,1.1.2 機械膠接理論,貢獻及不足之處： 對多孔性材料的膠接有貢獻。 機械結合理論不能解釋非多孔性材料，如表面光滑的玻璃等物體的膠接現象，也無法解釋由于材料表面化學性能的變化對膠接作用的影響。 不能解釋空隙多的木材比孔隙少的木材膠接強度低，表面粗糙的比經刨床精加工的膠接強度低。 許多事實證明，機械結合力與物理吸附和化學吸附作用相比，它是產生膠接力的第二位主要原因。,1.1.2 機械膠接理論,1.1.3 擴散理論,理論基礎：Voyutskii基于

16、高分子鏈段越過界面相互擴散產生分子纏繞強化結合而產生膠接強度，提出擴散理論。擴散理論對于同屬于線性高分子的膠接體系或輕度交聯(lián)的高分子膠接體系是有效的。 擴散理論內容：膠粘劑和被膠接物分子通過相互擴散而形成牢固的接頭，且膠接作用與它們的互溶特性有關。,貢獻及不足之處 貢獻：它能圓滿解釋許多工藝因素（溫度、時間等）對膠接性能的影響，而且也能解釋膠粘劑組分對膠接強度的影響。 因為在膠接體系中，適當降低分子量，有助于提高擴散系數，改善膠接性能。提高兩種聚合物的接觸時間和膠接溫度，都將增強擴散作用，從而提高膠接強度。 局限性：它不能解釋金屬和陶瓷、玻璃等無機物的膠接現象。,1.1.3 擴散理論,1.2.

17、4 靜電理論,理論基礎：1949年前蘇聯(lián)學者根據膠膜從被粘物表面剝離時的放電現象，提出了靜電理論。 理論內容：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。當膠粘劑從被粘物剝離時，兩個表面間產生了電位差，并且隨著被剝離距離的增大而增加。達到一定的極限時，便產生放電現象。,將雙電層等效為電容器的極板，粘附功就等于電容器瞬時放電的能量?？砂聪率接嬎悖?式中：WA 粘附功； Q 電荷的表面密度； h 放電距離 （相當于電容器的極板間距）； 介質的介電常數。,1.2.4 靜電理論,貢獻及不足之處 解釋了粘附力與剝離速度有關的實驗事實，克服了吸附理論的不足。 因為當膠接接頭以極慢的速度剝離時，

18、電荷可以從極板部分逸出，降低了電荷間的引力，減少了剝離時消耗的功。當快速剝離時，電荷沒有足夠的逸出，粘附功偏高。 靜電引力對膠接強度的貢獻可以忽略不計。 靜電作用僅存在于能形成雙電層的膠接體系中，不具有普遍現象。,1.2.4 靜電理論,1.2.5 化學鍵理論,理論內容：膠接作用主要是化學鍵力作用的結果。膠粘劑與被粘物通過分子間化學反應產生主價鍵結合而獲得高強度。化學鍵包括離子鍵、共價鍵和金屬鍵。在膠接體系中主要是前二者?；瘜W鍵力比分子間力大得多。 膠接體系產生化學鍵連接時，將有利于提高膠接強度，防止裂縫擴展，也能有效地抵抗應力集中和氣候環(huán)境老化等因素的影響。,成鍵形式： 化學鍵是在化學反應中形

19、成的。膠接界面的化學鍵可通過下述途徑發(fā)生化學反應而形成： 通過膠粘劑和被膠接物中的活性基團形成化學鍵 通過偶聯(lián)劑使膠粘劑與被粘物分子間形成化學鍵 通過表面處理獲得活性基團與膠粘劑形成化學鍵,1.2.5 化學鍵理論,1 活潑氫與NCO、COOH及COCl反應：,2 羥基與NCO，RCHCH2，及RCH2，OH反應 O,偶聯(lián)劑，一般含有兩類反應基團。其中一類可與膠粘劑分子發(fā)生化學反應；另一類基團或其水解形成的基團。 偶聯(lián)劑有若干類型，應用最多的是硅烷及其衍生物。其通式為：X3Si（CH2）nY，其中X為可水解的基團，水解后生成羥基并與被膠接表面的基團發(fā)生反應。Y是能與膠粘劑發(fā)生反應的基團。 硅烷基

20、過氧化物偶聯(lián)劑，它在熱的作用下分解成自由基，可與烯類聚合物發(fā)生作用，從而促進烯類聚合物的膠接。,通過偶聯(lián)劑使膠粘劑與被粘物分子間形成化學鍵,1.2.5 化學鍵理論,許多被膠接表面經過表面處理后可獲得活性基團，在膠接過程中與膠粘劑分子發(fā)生化學反應。 例如聚乙烯薄膜經電暈放電處理可產生OH、ONO2，、NO3，等活性基團，膠接時，與相應的膠粘劑分子可發(fā)生化學反應。金屬材料的表面處理，如氧化、陽極化處理或酸洗處理均可產生活性氧化層，與水可以形成水合結構MeOH。膠接時，與膠粘劑可發(fā)生化學反應。,通過表面處理獲得活性基團與膠粘劑形成化學鍵,1.2.5 化學鍵理論,貢獻與不足 化學鍵理論為許多事實所證實

21、，在相應的領域中是成功的。但是，它的不足也是顯而易見的。它無法解釋大多數不發(fā)生化學反應的膠接現象。,1.2.5 化學鍵理論,1.2 膠接結構的耐久性與膠接破壞,1.2.1 膠接耐久性 1.2.2 膠接破壞 接頭的結構 膠接接頭的破壞類型 影響接頭破壞的因素,1.2.1 膠接耐久性,概念：膠接結構的耐久性是標志膠接結構在大氣環(huán)境作用下所能保持實用強度的一種特征，也是標志膠接結構使用壽命的特征。 影響膠接結構耐久性的因素 應力作用： 水分作用： 熱氧化作用：,1.2 膠接結構的耐久性與膠接破壞,應力作用：包括收縮膨脹應力和熱應力。 木材的多孔性及親水性會使膠接結構在吸水和排水時產生膨脹或收縮，不同

22、樹種及不同組織細胞的膨脹收縮有很大差別，在某些部位產生很大的膨脹收縮應力；環(huán)境溫度變化的情況下，會產生熱應力。 應力的作用會加速濕熱老化和熱老化。因為應力會在膠接界面或膠層中產生裂紋有助于水分的進一步滲透，而水的進入又促進裂紋進一步增大。,水分的作用： 水分作用于膠接界面處，體積小，極性強的水分子很容易沿著親水性物質向膠接界面滲透，破壞界面氫鍵，減弱膠粘劑分子與被膠接材料表面的作用力。 水對膠層有水解作用，也是降低膠接耐久性的一個因素。因為水能滲透到膠層的本體中，破壞膠粘劑分子間的氫鍵，降低膠粘劑的力學性能和物理性能；水還可以使膠粘劑的化學鍵水解，引起膠粘劑降解。,熱氧化作用： 膠粘劑受熱產生

23、兩種作用： 化學變化，表現為熱分解； 軟化和熔融 膠粘劑受熱超過熱變形溫度或玻璃化溫度時，膠粘劑軟化，力學性能會顯著下降，如果受熱溫度達到膠粘劑的分解溫度，膠粘劑就失去作用。,1.2.2 膠接破壞,接頭結構：膠接接頭在材質上不完全連續(xù)，通常是應力集中部位，在外力和環(huán)境應力作用下，可能導致接頭破壞。單位膠接面積或單位膠接長度上所能承受的最大載荷稱為接頭的破壞強度。 1，9被膠接物 2，8被膠接物的表面 3，7膠粘劑與被膠接物的界面層 4，6受界面影響的膠粘劑層 5膠粘劑 膠接接頭結構組成示意圖,1.2 膠接結構的耐久性與膠接破壞,膠接接頭的破壞類型 根據接頭破壞的位置可以劃分為四種類型。 膠接頭

24、破壞類型示意圖 （1）被膠接物破壞（2）內聚破壞 （3）界面破壞 （4）混合破壞,1.2.2 膠接破壞,膠接接頭的破壞類型,（1）被膠接物破壞：發(fā)生在膠接部位的鄰近處，那里應力最為集中。主要取決于二種材料自身的強度。當然還與材料內部的缺陷、構成接頭后體系內部膠層厚度，被膠接表面處理狀況，組分間相互作用等有關。此時，接頭強度并不等于材料自身強度。一般略低于材料強度。 （2）內聚破壞：即膠粘劑層破壞，取決于膠粘劑自身的內聚強度。,（3）界面破壞：是由被膠接材料的可粘性差造成的。由于材料的非均一性及表面處理、工藝實施等環(huán)節(jié)的不均一性，完全的界面破壞是不存在的。在理想的條件下，即沒有界面區(qū)存在時，其破

25、壞強度主要取決于膠粘劑與被膠接物之間的粘附強度，還與膠粘劑和被膠接物的表面強度有關。 （4）混合破壞： 在膠接結構各部分的強度相近時特別容易發(fā)生。也是內聚破壞和界面破壞的一種過渡狀態(tài)。,膠接接頭的破壞類型,接頭破壞類型會隨著各種條件的變化而轉變。對于粘彈性高聚物，當溫度升高時，分子鏈段熱運動增加，應力松弛過程加快，受載時變形較大而強度較低。同樣加載速度降低，外力作用時間增加了，應力松弛更充分，因此受載時，變形較大，強度較低。 大量的測試結果表明，膠膜變厚、慢速測試和升高測試溫度三者是等效的，往往導致內聚破壞；膠膜變薄、快速測試和降低測試溫度也是等效的，結果導致界面破壞。,1.2.2 膠接破壞,

26、影響接頭破壞的因素 （1） 弱界面層 弱界面層理論認為被膠接材料和膠粘劑中，由于材料表面與內部存在著性質上的差異而造成結構不均勻性“弱界面層”。它也可能由于體系的低分子物或雜質通過擴散、吸附或聚集，在界面內產生低分子物富集的“弱界面層”。 接頭在外力的作用下出現膠接的弱界面破壞或膠接強度的急劇下降。實質上是低分子物質解吸界面區(qū)內膠粘劑分子的過程。,（2）內應力 膠接結構的內應力主要指收縮應力和熱應力兩種。在膠接過程中如何減少或緩和內應力是一個非常重要的課題。 內應力的來源： 膠粘劑的固化或硬化過程中體積的收縮； 膠粘劑與被膠接材料的熱膨脹系數不同，在溫度變化時產生熱應力； 被膠接材料的各向異性

27、，在水分變化的情況下收縮膨脹的不同產生內應力； 比重不相同的被膠接材料，其體積的收縮膨脹往往有差異，在大面積膠接中產生較大的內應力。,（3）環(huán)境應力 包括外界的機械作用力，溫度波動的熱沖擊，以及油、水等介質對膠接界面的化學作用。 油在膠接過程中形成弱界面層，降低接頭強度，導致接頭界面破壞。 水能解吸膠粘劑體系，接頭在外力和水分的共同作用下，其破壞類型可能由膠粘劑的內聚破壞轉化為界面破壞。 多種環(huán)境因素的聯(lián)合作用。當水分被接頭材料和膠粘劑吸收時，在氧氣存在下可能生成酸性物質，進而腐蝕接頭。,1.3 影響膠接強度的因素,1.3.1與木材相關的因素 密度和樹種 濕潤性 木材含水率 膠接面的紋理與纖維

28、方向 表面粗糙度與加工精度 抽提物 木材缺陷、生長特性 膠接面的污染及其它,1.3.2 與膠粘劑有關的因素 分子量及其分布 粘度 浸透性 極性 pH值 膠層厚度,1.3.1 膠接與木材相關的因素,木材膠接制品的膠接性能好壞，除了遵循一般膠接原理外，在很大程度上受木材自身的性能所左右。影響木材膠接性能的因素除了木材固有的因素之外，還有被膠接材在加工過程中所產生的因素。前者包括木材的密度、樹種、濕潤性、抽提物等，后者包括被膠接材的含水率、表面粗糙度等。,1.3.1 膠接與木材相關的因素,（1） 密度和樹種 木材破壞率（木破率）：通常將木材破壞面積占整個膠接面積的比率叫做木材破壞率，它和膠接強度一起

29、作為評價木材膠接性能的重要指標。 不同密度的樹種，評價其膠接好壞的指標木破率不同。 密度低的樹種，木破率高，則認為膠接良好； 密度高的樹種，木破率低，如果膠接強度足夠高，也認為膠接良好。,（2）濕潤和濕潤性 濕潤性表征的是某些液體（水、膠粘劑、染色劑、油漆涂料等）與木材接觸時，在木材表面上潤濕、鋪展及粘附的難易程度和效果。 被膠接材料的濕潤性不好其膠接也不好。抽提物含量高的及含松脂樹種的木材，濕潤不好，容易引起膠接阻礙，油漆性能也不好。,1.3.1 膠接與木材相關的因素,（3） 含水率 膠接木質材料時，含水率是一個重要的參數，選擇吸附性因木材含水率的不同而不同。 從選擇吸附性的角度出發(fā)，膠接木

30、材時其含水率應保證在適當的范圍內。若被膠接材的含水率過高，涂布后的膠粘劑被稀釋，粘度下降，向木材內部過度浸透產生缺膠，導致膠粘劑固化遲緩。 膠接木材時的適宜含水率因膠粘劑種類、性狀、膠接條件的不同而不同，一般為7%15%。,1.3.1 膠接與木材相關的因素,（4） 膠接面的紋理與纖維方向 膠接力受被膠接材表面紋理方向組合的影響變化較大。膠接端切面時，膠粘劑向導管等內腔的浸透量大，為不便其缺膠，應在被膠接材的兩個端切面上都涂膠。 木材的強度因纖維方向的不同而異，這種方向性差異也直接影響其膠接性能。一般說來，纖維方向的角度越大，膠接強度越低。纖維方向相互平行膠接時，膠接力最大，纖維相互垂直膠接對其

31、膠接力最小。,1.3.1 膠接與木材相關的因素,（5） 表面粗糙度與加工精度 表面的粗糙度與膠接性能的關系受被膠接材的種類、膠粘劑的韌性、涂膠量、粘度、加壓壓力、熱壓溫度以及膠粘劑的種類等影響。 被膠接表面越平滑涂膠量越少，即使在較低的壓力作用下也容易得到良好的膠接；材面若粗糙，必須增大涂膠量、提高加壓壓力、還要使用適當的填充劑才能獲得滿意的膠接效果。,1.3.1 膠接與木材相關的因素,（6） 抽提物 抽提物是阻礙木材膠接的特殊成分，它影響膠粘劑的濕潤、或者阻礙膠粘劑的固化，造成膠接困難。 抽提物造成膠接困難的原因： 阻礙濕潤，導致膠粘劑層和木材之間的界面破壞； 使膠粘劑固化不良，導致膠粘劑層

32、的內聚破壞； 使膠粘劑過度滲透，導致界面缺膠。,1.3.1 膠接與木材相關的因素,（7）木材缺陷和生長特征 木材自身的缺陷，即天然缺陷，如節(jié)子等一般會使膠接力下降。然而，如針葉樹的應力木因其壓縮強度大，也有使其膠接力提高的情況。不過由于應力木縱向收縮率異常地大，同正常木材混用，會導致翹曲、變形和開裂。 旋轉紋理和交錯紋理其表面如果采用凈光刨刨削后，不會對膠接產生影響，可是這種木材加工困難，通常的加工表面粗糙，結果導致膠接性能下降。,1.3.1 膠接與木材相關的因素,（7）木材缺陷和生長特征 樹脂道中樹脂的擴散阻礙濕潤，致使此部位不能被膠接，這是導致針葉材膠合板鼓泡及放炮的原因之一。 脆心材其纖

33、維呈破損狀，拉伸強度異常地低，不能做結構材用。這種木材膠接后，雖然木破率很高，但是膠接力極低。 濕心材其心材的含水率很高，加工后由于其反常收縮，導致變形、翹曲，造成膠接不良。 邊心材，心材在某種程度上含有樹脂與抽提物，與邊材相比其膠接性不好。,1.3.1 膠接與木材相關的因素,（8）被膠接面的污染及其他 被膠接面的污染對膠接性能影響很大。材面受污染首先妨礙膠粘劑的濕潤，致使膠接不能順利進行。 被膠接材表面切削或研磨后長時間放置，會導致膠接性能下降。其原因是阻礙膠接的樹脂或抽提物析出表面、光劣化等造成表面鈍化。,1.3.1 膠接與木材相關的因素,（8）被膠接面的污染及其他 膠合板與素材或者其他材

34、料膠接時，采用砂光等處理將木材表面的污染物除去，可提高膠接效果。特別是膠合板，應注意其因熱壓表面受脫模劑等的污染，所以在表面裝飾、貼面等二次加工時，尤其應予以注意。 用溶劑清拭表面時，對于多孔性材料應注意由于殘余溶劑蒸發(fā)而導致的水分凝結，常常會造成膠接不良。,1.3.1 膠接與木材相關的因素,1.3.2 膠接與膠粘劑相關的因素,（1）分子量及其力布 聚合物的分子量大小及其分布對膠接性能有較大的影響，而且還影響膠粘劑向被膠接材料里滲透的速度及在被膠接材料表面的的固化速度，也影響膠粘劑的內聚強度。 一般膠粘劑所用聚合物應具有相應的分子量大小或聚合度范圍，膠粘劑才能有良好的膠接性能和較高的膠接內聚強

35、度。 聚合物的平均分子量相同而分子量分布不同時，其膠接強度也不同。低聚物含量較高時，接頭破壞呈內聚破壞；高聚物含量高時，接頭破壞呈界面破壞。,（2） 粘度及交聯(lián)度 粘度與膠接性能無直接關系。只是粘度過低時，加壓的時候膠粘劑容易從膠接層滲出，向木材中過度浸透，造成缺膠。 受粘度影響最大的是膠粘劑的涂飾性能。涂飾方式不同時，粘度的適宜范圍是不同的。 水溶性膠粘劑的粘度可以通過添加增量劑、填充劑或者加水來進行調節(jié)。,1.3.2 膠接與膠粘劑相關的因素,（3） 浸透性 膠粘劑向木材中進行一定程度的浸透可以提高木材這種多孔性材料之間的機械結合力。但是，浸透過度，膠粘劑將在木材中擴散，不能形成均勻的膠接層

36、，產生表面缺膠，造成膠接不良。 膠粘劑的粘度對其浸透性影響很大，但是所用溶劑的種類、膠粘劑的濃度等也有影響。當被膠接體是木材時，特別是水溶性膠粘劑其浸透性受木材含水率的影響較大。,1.3.2 膠接與膠粘劑相關的因素,（4） 極性 被膠接材料的極性與濕潤性關系極大。用極性的膠粘劑膠接極性材料，用非極性膠粘劑膠接非極性材料，都可得到很好的膠接強度。且表面極性越強的纖維材料，與膠粘劑形成氫鍵的能力越強，膠接強度越高。 木材膠接用膠粘劑最常用的是熱固性樹脂，如脲醛樹脂、三聚氰胺樹脂和酚醛樹脂等，這些都是極性物質，可以獲得良好的膠接。,1.3.2 膠接與膠粘劑相關的因素,（5） pH值 膠粘劑與膠接層呈

37、極端的強酸性或強堿性時，會導致木材自身的脆弱化、或者變色，這是造成膠接性能低下、污染的原因。 脲醛樹脂固化時殘留的酸導致木材老化，它作為催化劑加速了樹脂的水解，將這些酸中和，可大大地提高其膠合耐水性。 膠粘劑的固化若受pH影響非常大時，由于膠粘劑選擇不當可能導致膠接失敗。,1.3.2 膠接與膠粘劑相關的因素,（6） 膠接層的厚度 一般認為獲得最好的膠接強度和剛性，膠層的厚度在膠層不產生缺膠的情況下，應該盡量的薄，并且均勻才能獲得良好膠接。一般希望膠接層的厚度在2050m。其理由為： 膠接層越薄，凝聚力降低，可減少膠接層中的應力集中點； 在膠接層中產生的內應力變小，而且能使其易于向被膠接材移動，

38、老化性也降低。,1.3.2 膠接與膠粘劑相關的因素,（6） 膠接層的厚度 由于被膠接體表面形狀的原因，不得不增加膠接層的厚度時，應使用空隙填充性膠粘劑，或者通過添加填充劑賦予它填充性。,1.3.2 膠接與膠粘劑相關的因素,1.4 膠粘劑的組成與分類,1.4.1 膠粘劑的組成 膠料（基料、主劑） 固化劑木材含水率 增塑劑和增韌劑 填充劑（填料） 稀釋劑、溶劑 其它助劑,1.4.2 膠粘劑的分類 固化方式分 按物理形態(tài)分 按化學成分分 按用途分 按耐水性分,1.4.1 膠粘劑的組成,實際膠接所用的膠粘劑是以基料為主劑，配合各種固化劑、增塑劑、稀釋劑、填料以及其它助劑等配制而成。 最早使用的膠粘劑大

39、都是來源于天然的膠接物質，如淀粉、糊精、骨膠、魚膠等，以水作溶劑，通過加熱配制而成。由于組分單一，不能適應各種用途上的要求。 當今的膠粘劑大都是采用合成高分子化合物為主劑，制成的膠粘劑有良好的膠接性能，可供各種膠接場合使用。,1.4.1 膠粘劑的組成,（1） 膠料（主劑、基料） 是膠粘劑的主要成分，起膠接作用，決定膠粘劑的基本特性，也是區(qū)分膠粘劑類別的重要標志。 膠粘劑要求膠料有良好的粘附作用、濕潤性和相容性。因為膠接制品的強度、耐久性、耐水性、耐候性等，取決于粘料的物理、化學及力學等方面的特性。,（1） 膠料（主劑、基料） 作為膠粘劑的膠料有： 熱固性樹脂（酚醛樹脂、脲醛樹脂等）； 熱塑性樹

40、脂 （聚醋酸乙烯乳液等）； 熱熔性樹脂（乙烯熱熔膠等）； 合成橡膠（氯丁橡膠、丁腈橡膠等）； 天然高分子（淀粉、蛋白質、天然橡膠等）； 無機化合物（硅酸鈉、磷酸鹽等）。,1.4.1 膠粘劑的組成,1.4.1 膠粘劑的組成,（2）固化劑和促進劑 固化劑是直接參與化學反應，使膠粘劑發(fā)生固化的成分，是某些膠粘劑的主要添加成分 促進劑（催化劑）是加速粘料與固化劑反應或促進粘料自身反應、縮短固化時間、降低固化溫度的一種添加劑。 固化劑的選擇，要根據膠料分子結構中特征基團的反應特性，不同的膠料用不同的固化劑，同種膠料，固化劑的種類和用量不同時，都可能產生性能差異懸殊的膠粘劑?？傊?，參照膠料的性質、固化條件

41、及膠接制品的要求妥善采用。,1.4.1 膠粘劑的組成,（3）增塑劑和增韌劑 增塑劑是一種高沸點液體或低熔點固體化合物，因而能增加膠粘劑的流動性，有利于濕潤、擴散和吸附。能與樹脂混溶，但不參與固化反應，主要通過隔離、屏蔽或偶合作用削弱聚合物分子間作用力而達到增塑目的。 常用增塑劑有鄰苯二甲酸二丁酯、磷酸三苯酯等。,1.4.1 膠粘劑的組成,（3）增塑劑和增韌劑 增韌劑是一種粘稠液體，屬于單官能團或多官能團的化合物，能與膠粘劑的粘料起反 應，成為固化體系的一部分，對增進膠粘劑的抗沖擊和伸長率以及開裂等缺陷有較好效果。 常用增韌劑有不飽和聚酯、橡膠類、聚酰胺樹脂、縮醛類樹脂及聚氨酯樹脂等。重要的結構

42、膠粘劑，都是以體型結構的熱固性樹脂為粘料，并配以熱塑性樹脂或橡膠膠粘劑等增韌劑。例如，酚醛-縮醛膠粘劑、酚醛-氯丁橡膠膠粘劑等等。,1.4.1 膠粘劑的組成,（4）填充劑 （填料） 概念：為改善膠粘劑的加工性、耐久性、強度及其它性能或降低成本而加入的非粘性固體物質。 使用填充劑的目的是改善膠粘劑的某些特性，降低膠粘劑固化過程中的體積收縮率，降低成本或賦予膠粘劑某些性能。,1.4.1 膠粘劑的組成,（4）填充劑 （填料） 填充劑的作用： 提高機械性能：如金屬粉末、金屬氧化為和礦物質可提高膠粘劑的抗壓強度，降低收縮率，橡膠中加入炭黑可提高抗張強度、硬度、耐磨性。 賦予膠粘劑以新的性能：如膠粘劑中加

43、入銀粉可導電；用銅粉、鋁粉作填充劑，可改善膠粘劑的導熱性。,1.4.1 膠粘劑的組成,（4）填充劑 （填料） 填充劑的作用： 提高粘度，改善操作工藝。 填充劑可起到增粘作用，適應垂直、懸置施工，避免膠液因在固化過程中的流動、滲透而造成膠接界面缺膠或透膠現象。纖維狀填充劑增粘作用比較顯著。 降低收縮應力和熱應力： 填充劑可調節(jié)膠粘劑固化或硬化過程中的收縮率，減少膠粘劑與被膠接物間熱膨脹系數的差別，并防止裂縫的產生和延伸，因此可提高膠接強度。,1.4.1 膠粘劑的組成,（4）填充劑 （填料） 填充劑的作用： 補強作用： 有些膠粘劑分子間的作用力弱，內聚能低，因而力學性能不高。選擇適當顆粒大小的填充

44、劑與膠料大分子鏈相互結合形成交聯(lián)結構，當其中一條分子鏈受到應力作用時，可通過交聯(lián)點將應力分散傳遞到其他分子上。 其他作用：蛋白質或含有單寧的填充劑，有降低甲醛系膠粘劑的游離甲醛的作用； 面粉還有延長膠粘劑適用期的作用，但加量過大會降低膠粘劑耐水性。,1.4.1 膠粘劑的組成,（5）稀釋劑和溶劑 稀釋劑是一種用來降低膠粘劑粘度、增加膠粘劑滲透能力、改進工藝性能的物質。 稀釋劑種類 活性稀釋劑： 分子中含活性基團，在稀釋過程中參加反應，同時還能起增韌作用?；钚韵♂寗┒嘤糜诃h(huán)氧樹脂，其它類型膠粘劑用得較少。 非活性稀釋劑（溶劑）： 分子中不含活性基團，在稀釋過程中不參加反應，只是起到降低粘度的作用。它多用于橡膠類膠粘劑、酚醛樹脂、聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂等。常用的非活性稀釋劑有乙醇、丙酮、甲苯等。,1.4.1 膠粘劑的組成,（6）偶聯(lián)劑 偶聯(lián)劑在膠粘劑與被膠接材料間起架橋作用，通過它把膠粘劑的表面與被膠接材料的表面連接起來。 偶聯(lián)劑有若干類型，以硅烷及其衍生物為主。不同的偶聯(lián)劑所具有的官能團也是不同的，官能團的活性不同，對膠接強度的改善也不同。 偶聯(lián)劑與膠粘劑的膠料的相溶性十分重要。相容性好的偶聯(lián)劑，可在被膠接材料的表面形成一個均一的面，對粘料有最好的