技術(shù)員看過來，一文全面帶你了解膠粘劑開發(fā)、設(shè)計(jì)解析

發(fā)布日期：2017-10-19  來源：互聯(lián)網(wǎng) 瀏覽次數(shù)：253
核心提示：膠粘劑的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，涉及到建筑、包裝、航天、航空、電子、汽車、機(jī)械、設(shè)備、醫(yī)療衛(wèi)生、輕紡等國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。正是由于膠粘劑應(yīng)用的廣泛性，所以膠粘劑的種類數(shù)以千計(jì)，那么實(shí)際生產(chǎn)中，如何開發(fā)設(shè)計(jì)一
膠粘劑的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，涉及到建筑、包裝、航天、航空、電子、汽車、機(jī)械、設(shè)備、醫(yī)療衛(wèi)生、輕紡等國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。正是由于膠粘劑應(yīng)用的廣泛性，所以膠粘劑的種類數(shù)以千計(jì)，那么實(shí)際生產(chǎn)中，如何開發(fā)設(shè)計(jì)一款合適的膠粘劑呢?

本文將從以下五個方面為大家簡單介紹膠粘劑開發(fā)設(shè)計(jì)的基本原理和步驟。

一、膠黏劑開發(fā)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識

二、膠黏劑開發(fā)設(shè)計(jì)原理

三、配方優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法

四、膠黏劑固化工藝的設(shè)計(jì)

五、改變膠黏劑性能的設(shè)計(jì)原則

在開發(fā)設(shè)計(jì)膠粘劑種類之前，我們先了解下關(guān)于膠粘劑的一些基礎(chǔ)知識。

一、膠黏劑開發(fā)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識

膠黏劑的定義：通過界面的粘附和物質(zhì)的內(nèi)聚等作用，能使兩種或兩種以上的制件或材料連接在一起的天然的或合成的、有機(jī)的或無機(jī)的一類物質(zhì)，統(tǒng)稱為膠黏劑(adhesive)又叫粘合劑，習(xí)慣上稱為膠。(通過黏合作用。能使被粘物結(jié)合在一起的物質(zhì))

粘結(jié)(粘合)：指兩個表面靠化學(xué)力、物理力或者兩者兼有的力使之結(jié)合在一起的狀態(tài)。

膠黏劑首先必須在被粘物表面粘附，這是由于兩相之間產(chǎn)生粘合力，該力來源于次價鍵力或主價鍵力。

內(nèi)聚：即單一物質(zhì)內(nèi)部各粒子靠主價鍵力(包括離子鍵、共價鍵、配位鍵、金屬鍵等)、次價鍵力(包括范德華力、氫鍵)結(jié)合在一起的狀態(tài)。膠黏劑的內(nèi)聚力與分子間力、相對分子質(zhì)量、交聯(lián)程度、結(jié)晶和分子纏繞等因素有關(guān)。

膠黏劑的要求：

1：不論出于何種狀態(tài)，當(dāng)涂布時都應(yīng)呈液態(tài)

2：對被粘結(jié)物表面能夠完全鋪展，充分潤濕

3：必須能夠通過某種方式而使液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w或凝膠狀態(tài)，形成堅(jiān)韌而穩(wěn)定的膠層

4：固化后應(yīng)有一定的強(qiáng)度。能夠可靠的連接，傳遞應(yīng)力，抵抗破壞

5：可耐 0℃以上的溫度，并經(jīng)受一定時間的考驗(yàn)

1.1膠黏劑的分類

1.1.1：按照外觀分類

1：溶劑型

2：乳液型(水性)

3：膏狀或糊狀

4：固體型

5：膜狀型

1.1.2：按照固化方式分

水基蒸發(fā)型、溶劑揮發(fā)型、熱熔型、化學(xué)反應(yīng)型、壓敏型

1.2膠黏劑的基本組成：

膠黏劑的組分包括基料、固化劑、溶劑、增塑劑、填料、偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑、促進(jìn)劑、增韌劑、增粘劑、增稠劑、稀釋劑、防老劑、阻聚劑、阻燃劑、引發(fā)劑、光敏劑、消泡劑、防腐劑、穩(wěn)定劑、絡(luò)合劑、乳化劑。

1.2.1 基料的種類：

基料是膠黏劑的主要成分、主劑或主體聚合物，起粘合作用。按照化學(xué)的成分的不同，基料的來源有無機(jī)化合物和有機(jī)化合物。有機(jī)化合物是高分子合成類的高分子基料。

1.2.1.1常用的有機(jī)化合物

熱固性合成樹脂：酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、聚氨酯樹脂、不飽和聚酯和丙烯酸樹脂。

特點(diǎn)：低相對分子量的高聚物或預(yù)聚物制成膠黏劑后，在使用過程中通過加熱或加入固化劑，或兩者均有的條件下，固化成為不溶或不熔的網(wǎng)狀高分子，其特點(diǎn)是施膠時膠液易擴(kuò)散滲透、固化后粘結(jié)強(qiáng)度高、韌性好、耐蠕變性、耐熱性好。但是熱固性樹脂膠黏劑固化過程中易產(chǎn)生體積收縮和內(nèi)應(yīng)力，使粘結(jié)強(qiáng)度下降。可以加入填料等改性劑加以彌補(bǔ)。

熱塑性合成樹脂：橡膠類基料、天然高分子材料、水性膠乳類

特點(diǎn)：高相對分子質(zhì)量的高聚物或預(yù)聚物，但是相對分子質(zhì)量不能太高，否則在施膠時，膠液不易擴(kuò)散滲透，主要應(yīng)用在對粘結(jié)強(qiáng)度不高的場合。

橡膠類基料膠黏劑：

橡膠的特點(diǎn)：高彈性、粘結(jié)時成膜性能良好、膠膜富有柔韌性、具有優(yōu)異的耐屈繞性、抗震性和蠕變性能，適用于動態(tài)下部件的粘結(jié)和不同熱膨脹系數(shù)材料之間的粘結(jié)，

常用的橡膠有：天然乳膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠、丁苯橡膠、丁基橡膠、SBS等

1.2.1.2膠黏劑基料的選擇原理

根據(jù)膠黏劑應(yīng)用的對象、應(yīng)用的場合及應(yīng)用的性能選擇。同時分子基料的分子結(jié)構(gòu)與粘結(jié)性能的關(guān)系甚為密切。

1：高分子材料的極性

含有極性基團(tuán)的基材膠黏劑對極性材料的粘結(jié)性能較好，而對非極性材料較差;反之相同。

2：高分子材料的結(jié)晶性能

適當(dāng)?shù)慕Y(jié)晶性能能夠提高高分子材料本身的內(nèi)聚強(qiáng)度和粘結(jié)力，有利于粘結(jié)。但是結(jié)晶性能太高，分子中的極性基團(tuán)受束縛，不利移動，其溶解性能也差，粘結(jié)性能變差

3：高分子材料的分子量

分子量小，分子的活動能力和膠液對被粘材料的濕潤能力強(qiáng)，但是太小，材料的內(nèi)聚力太低，造成粘結(jié)強(qiáng)度偏低。一般選擇分子量較為均勻的樹脂。

1.2.2固化劑(硬化劑)

使基態(tài)原料通過化學(xué)反應(yīng)，發(fā)生聚合、縮聚或交聯(lián)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性高聚物或者網(wǎng)狀高聚物，是膠接接頭具有力學(xué)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的物質(zhì)。

固化劑的選擇：

1：最好是液體的無毒、無色、無味的物質(zhì)

2：固化劑與被固化物反應(yīng)要平穩(wěn)，放熱量少，以減少膠層的內(nèi)聚力

3：耐熱性，選用分子中具有反應(yīng)基團(tuán)較多的固化劑

4：韌性，選用分子鏈較長的固化劑

1.2.3膠黏劑溶劑

指能夠降低某些固體或者液體分子間力，而使被溶物質(zhì)分散為分子或離子均一體系的液體，常用的溶劑為低粘度的液體物質(zhì)。

主要有脂肪烴、芳香烴、鹵代烴、酯類、醇類、酮類、酸類、醚類、萜烯烴、酰胺類和水類。

但是多數(shù)的有機(jī)溶劑有一定的毒性、易燃性、易爆性、對環(huán)境有污染、對安全又隱患、對人體有危害。

作用：

1聚合反應(yīng)的介質(zhì)：是反應(yīng)緩和、溫度易于控制、

2 溶解基料：制備溶劑型膠黏劑

3：稀釋劑：稀釋膠黏劑使其達(dá)到一定的黏度，有利于濕潤、便于涂布

4：調(diào)節(jié)膠黏劑的揮發(fā)速度

5：防止凝膠，用來增加貯存穩(wěn)定性

6：粘結(jié)前的表面清潔處理劑

7：直接粘結(jié)，某些塑料

8：降低成本、提高效益

選擇

1：極性：選擇與基料極性相同或相近的溶劑(相似相容的原理)

2：溶解度參數(shù)(與極性有關(guān)):溶劑的溶解度參數(shù)和高分子基體的溶解度參數(shù)相近

3：溶劑的揮發(fā)性：選擇揮發(fā)度適當(dāng)?shù)娜軇┗蚩炻旌系娜軇?/span>

溶劑揮發(fā)太快：膠液表面易成膜、膜下溶劑不易揮發(fā);揮發(fā)是一個吸熱的過程，太快膠膜表面的溫度降低而凝結(jié)水汽，影響粘結(jié)質(zhì)量溶劑揮發(fā)太慢：表干時間慢，影響工效

溶劑的選擇要考慮到價格、毒性和來源

1.2.4增塑劑

是一種降低高分子化合物玻璃化溫度和熔融溫度，改善膠層脆性、增進(jìn)熔融流動性的物質(zhì)。

作用：

1：屏散高分子化合物的活性基團(tuán)，減弱分子間作用力，從而降低分子之間的相互作用

2：增加高分子化合物的熱性、延伸性和耐寒性，降低其內(nèi)聚強(qiáng)度、彈性模量及耐熱性。

選擇：

1：極性：極性大小影響增塑劑與主體材料的相容性，其原理同溶劑作用。

2：持久性：由于滲出、遷移、揮發(fā)二損失影響膠的物理機(jī)械性能。選擇高沸點(diǎn)的或高分子量的增塑劑

3：分子量及狀態(tài)：分子量越高，粘結(jié)強(qiáng)度越好

常用的增塑劑：鄰苯二甲酸酯、磷酸酯類、己二酸酯和癸二酸酯等

1.2.5填料

在膠黏劑中不與基體起化學(xué)反應(yīng)，但是可以改變其性能，降低成本的固體材料

常用的填料分為有機(jī)填料和無機(jī)填料：

有機(jī)填料：改善樹脂的脆性、吸濕性高、耐熱性能低

無機(jī)填料：使膠的相對密度增加、脆性增加、但耐熱性、介質(zhì)性能、收縮率等都會有所改善。

填料的選擇：

1：無活性與膠黏劑的其他組分不發(fā)生反應(yīng)

2：分散性好與基料有良好的潤濕性

3：不含水分、有害物質(zhì)、油脂，無吸濕性

4：顆粒均勻。無毒

5：來源廣泛、加工方便、價格低廉

6：填料的密度與基料的密度不能相差太大

7：用量適宜

常用的填料：二氧化硅、碳酸鈣、碳酸鎂、鋁粉、酚醛樹脂等

1.2.6偶聯(lián)劑

能同時與極性物質(zhì)和非極性物質(zhì)產(chǎn)生一定結(jié)合力的和化合物，其特點(diǎn)是分子中同時具有極性和非極性部分的物質(zhì)。

常用的偶聯(lián)劑有有機(jī)鉻偶聯(lián)劑、有機(jī)硅偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑。

在膠黏劑中常用的是硅烷偶聯(lián)劑。

偶聯(lián)劑的作用

1增加主體樹脂

本身的分子間的作用力，提高膠黏劑的內(nèi)聚強(qiáng)度

2增加樹脂與被粘合物之間的結(jié)合，起了一定的架橋作用。

不同的偶聯(lián)劑具有不同的反應(yīng)基團(tuán)，反應(yīng)基團(tuán)不同對粘結(jié)性能的影響也不同。

1.2.7其他助劑

引發(fā)劑：在一定的條件下能分解產(chǎn)生自由基的物質(zhì)，一般含有不飽和鍵的化合物中加入引發(fā)劑，常用的引發(fā)劑有過氧化二苯甲酰、過氧化環(huán)己酮、過氧化異丙苯、偶氮二異丁氰等

促進(jìn)劑(催化劑)：能夠降低引發(fā)劑的分解溫度或加速固化劑與樹脂橡膠反應(yīng)的物質(zhì)。

防老劑：能延緩高分子化合物的老化的物質(zhì)，對于高溫、暴曬下使用的膠黏劑由于容易老化變質(zhì)，在配膠時加入防老劑

增稠劑：粘度低的膠黏劑，增加使其粘度增加的物質(zhì)

阻聚劑和穩(wěn)定劑：阻止或延緩含有不飽和鍵的聚合物、單體在貯存過程中自行交聯(lián)的物質(zhì)(對苯二酚)

1.3膠黏劑的選用原則

1.3.1根據(jù)被粘材料的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行選擇膠黏劑

A. 被粘材料的分子結(jié)構(gòu)選擇(基團(tuán)的類型)

B.被粘材料的極性選擇

極性的大小有分子結(jié)構(gòu)的正負(fù)電荷中心重合程度決定的。

強(qiáng)極性材料：金屬、剝離、陶瓷、云母和含有極性基團(tuán)(-OH、-NH2 、-COOH、-CN、-CO-NH2 、-SH)的聚合物選擇極性膠黏劑

極性材料使用膠黏劑：酚醛 -丁腈膠、酚醛-縮醛膠、環(huán)氧膠、丙烯酸聚酯、無機(jī)膠、聚氨酯膠、聚酰亞胺膠、不飽和聚酯膠、氯丁-酚醛膠、脲醛樹脂膠、聚乙烯醇膠、聚醋酸乙烯乳膠、

非極性材料：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚苯醚、硅樹脂、硅橡膠、和含氟聚合物

非極性材料使用膠黏劑：聚異丁烯膠、EVA熱熔膠、聚氨酯膠、丙烯酸聚酯膠、有機(jī)硅膠、硅橡膠

弱極性材料：有機(jī)玻璃、聚碳酸酯、氯化聚醚、聚氯乙烯、 ABS、天然橡膠、丁苯橡膠

弱極性材料的使用的膠黏劑：聚氨酯膠、丙烯酸聚酯膠、氯丁膠

C、綜合考慮被粘物的種類和性質(zhì)選擇膠黏劑

對被粘物了解的越透徹、選用的膠黏劑會越合適、粘結(jié)的效果會越好。

D、根據(jù)被粘材料的結(jié)晶性選擇膠黏劑(被粘結(jié)物多屬于結(jié)晶材料)

在粘結(jié)強(qiáng)度要求不高時，結(jié)晶聚合物可選用非極性或弱極性材料的膠黏劑對粘結(jié)強(qiáng)度要求高的時候，被粘材料經(jīng)適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砗螅蛇x擇極性膠黏劑

1.3.2、根據(jù)被粘材料的物理性能進(jìn)行選擇膠黏劑

A根據(jù)被粘材料的表面張力選擇膠黏劑

膠黏劑的臨界表面張力應(yīng)小于被粘材料的臨界表面張力(浸潤性決定作用)

B 根據(jù)被粘材料的溶解度參數(shù)選擇膠黏劑

二者的溶解度參數(shù)差不應(yīng)大于 0.5

C 根據(jù)被粘材料的脆性和剛性選擇膠黏劑

質(zhì)地硬脆的材料：選用強(qiáng)度高、硬度大切不易變形的熱固性膠黏劑。

環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯等膠黏劑。

堅(jiān)韌、強(qiáng)度高的剛性材料：選用強(qiáng)度高、沖擊強(qiáng)度好切剝離強(qiáng)度也好的膠黏劑。

熱固性樹脂和橡膠復(fù)合型膠黏劑(酚醛-丁腈膠、酚醛-縮醛膠、環(huán)氧-丁腈膠)

D 根據(jù)被粘材料的彈性和韌性選擇膠黏劑

彈性形變大的材料：選用有相應(yīng)的彈性和韌性的膠。如氯丁橡膠、聚氨酯膠、氯丁-酚醛膠

質(zhì)地柔軟的材料：選用韌性優(yōu)良的膠黏劑(氯丁橡膠、聚氨酯、聚乙烯醇縮醛、聚醋酸乙烯等膠黏劑)

1.3.3根據(jù)膠黏劑的效能選擇膠黏劑

膠黏劑的性能指標(biāo)：狀態(tài)、粘度、適用期、固化條件、使用溫度、粘結(jié)工藝、粘結(jié)強(qiáng)度、使用溫度、收縮率、膨脹系數(shù)、耐腐蝕性、耐水性、耐油性、耐介質(zhì)(水、酸、堿、油、溶劑)、耐老化性能等

1.3.4根據(jù)接頭的功能要求選擇膠黏劑

接頭的功能：機(jī)械強(qiáng)度(拉伸、剪切、剝離強(qiáng)度等)

耐熱性能：200℃以下

耐油特性、耐水特性、光學(xué)特性

1.3.5根據(jù)許可的固化條件選擇膠黏劑

固化過程的溫度、壓力、時間是影響粘結(jié)強(qiáng)度及其他性能的三個主要因素。

1.3.6其他因素

A:粘結(jié)的目的與用途

膠黏劑具有連接、密封、固定、定位、修補(bǔ)、填充、堵漏、嵌縫、防腐、灌注、罩光以及滿足某種特殊要求等多種功效。

B：粘結(jié)件受力的情況

外力：拉伸、剪切、撕裂、剝離四種力，力的大小、方向、頻率、時間。

C:粘結(jié)件的使用環(huán)境

溫度、濕度、介質(zhì)、真空度、輻射計(jì)戶外老化

D:工藝的可能性

粘結(jié)工藝：室溫固化、加熱固化、加壓固化、加熱加壓固化、固化時間的長短

E:考慮是否經(jīng)濟(jì)和來源難易

1.4膠黏劑的粘結(jié)工藝

粘結(jié)的一般工藝程序

確定被粘結(jié)物——選擇膠黏劑——表面處理————配膠——涂膠——涼置——粘結(jié)——固化——檢查——整修

1.4.1表面處理

改變被粘結(jié)物表面不利的粘結(jié)狀態(tài)。

表面處理法法：機(jī)械處理、物理處理(火焰處理、放電處理、等離子放電) 化學(xué)處理(酸堿等化學(xué)處理劑)、輻射接枝處理

金屬材料的表面處理：

1：除油(堿液、有機(jī)溶劑、電解、超聲波)

2、除銹(化學(xué)侵蝕、電化學(xué)侵蝕)

表面處理的檢驗(yàn)(水膜)

表面處理的有效時間

1.4.2配膠

單組份直接使用

雙組分：按照比例進(jìn)行配膠。A、B成分相對誤差不超過 2~5%

1.4.3涂膠

涂膠遍數(shù)(1 、2~3)、涂膠量(0.08~0.15mm)、涂膠方法(刷涂、噴涂、浸涂、注入、漏涂、滾涂、刮涂等)

1.4.4涼置

使溶劑蒸發(fā)、粘度增大、促進(jìn)固化

溶劑膠(3~5min)

1.4.5粘結(jié)

粘結(jié)后以擠出微小膠圈為好，表示不缺膠。

1.4.6固化

初固化、基本固化、后固化

固化因素：固化溫度(室溫、低溫、高溫)、固化壓力、固化時間

1.4.7檢查

目測法、敲擊法、溶劑法

1.4.8：修整

二、膠黏劑開發(fā)設(shè)計(jì)原理

2.1膠黏劑基料的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其與性能的關(guān)系

膠黏劑的配方設(shè)計(jì)是根據(jù)其用途與功用，選擇合適的材料配臵成膠黏劑。或者是根據(jù)高分子材料分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)與材料物性之間的相互關(guān)系，合成具有所需功能的材料配臵成膠黏劑分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是研究粘結(jié)特性與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系

2.1.1高分子主鏈結(jié)構(gòu)

高分子的主鏈元素一般為C-C鍵組成的飽和、不飽和的烷烯炔等直鏈、環(huán)狀結(jié)構(gòu)的高分子材料。有時還包含 O、Si 、鹵素等雜原子組成的化合物。

主鏈結(jié)構(gòu)決定聚合物的剛?cè)嵝浴?/span>

1：單鍵組成的柔性大

2：含有芳雜環(huán)結(jié)構(gòu)的剛性大、耐熱性能好

3: 孤立雙鍵的大分子也具有柔性

4：共軛雙鍵的化合物，不能夠旋轉(zhuǎn)，剛性大

柔順性：

鏈長：分子鏈越長，柔韌性越好

重鍵：不易內(nèi)旋，為剛性鍵

取代基團(tuán)：基團(tuán)的極性小、內(nèi)旋容易、柔順性好;距離遠(yuǎn)好

分子間作用力：小，柔順性好

2.1.2高分子側(cè)鏈結(jié)構(gòu)

側(cè)鏈的引入可以對高分子聚合物進(jìn)行改性，

提高粘性：引入極性基團(tuán)–Cl 、-P 等

疏水性： 引入F、Si、-O- 等

側(cè)鏈的極性大小對聚合物分子內(nèi)和分子間的吸引力有決定性的作用：

基團(tuán)的極性好、吸引力低、分子柔韌性好;極性大、聚合物分子內(nèi)和分子間的吸引力高，聚合物的內(nèi)聚強(qiáng)度變高，柔性降低。

側(cè)鏈基團(tuán)的體積大小決定其位組作用的大小：體積大、位組大、具有剛性

但是側(cè)鏈基團(tuán)為直鏈狀時，鏈長增加，位阻減小，柔韌性增加。側(cè)鏈基團(tuán)連接在同一個C原子上時，位阻大

2.1.3交聯(lián)度

在線性長分子鏈之間產(chǎn)生化學(xué)交聯(lián)時，聚合物的粘結(jié)性能和其他性能都發(fā)生改變。

交聯(lián)度越低，柔韌性越好、越高，硬度越大，剛性和脆性越大。

交聯(lián)類型：

1：在聚合物分子鏈上任意鏈段位臵的交聯(lián)。(聚合物的主鏈結(jié)構(gòu)、交聯(lián)劑的種類和數(shù)量、交聯(lián)工藝條件等)

2：通過聚合物末端的官能團(tuán)進(jìn)行硫化(交聯(lián)度取決于相對質(zhì)量的大小)

3：通過側(cè)鏈官能基團(tuán)進(jìn)行交聯(lián)。(交聯(lián)度取決于側(cè)鏈基團(tuán)的數(shù)目)

4：物理交聯(lián) (加熱熔融形成聚集點(diǎn))

2.1.4結(jié)晶性

結(jié)晶性對玻璃化溫度和軟化點(diǎn)有很大的影響。粘結(jié)性能的影響取決于：結(jié)晶度、晶粒的大小及晶體的結(jié)構(gòu)。

聚合物晶態(tài)的形成主要是受氣分子結(jié)構(gòu)的影響：

1：化學(xué)結(jié)構(gòu)越簡單，越易結(jié)晶

2：分子鏈越規(guī)整，越易結(jié)晶

3：鏈上取代基的空間位阻越小，越易結(jié)晶

4：鏈段間的相互作用力越大，越有利于結(jié)晶

結(jié)晶性與膠黏劑的特性之間的關(guān)系：

1：高結(jié)晶的聚合物：分子鏈排列緊密有序。孔隙率較低，結(jié)晶時分子間的相互作用力增大，分子鏈難以運(yùn)動并導(dǎo)致聚合物硬化和脆化，粘結(jié)性能下降。但是結(jié)晶化提高了聚合物的軟化溫度，聚合物的的力學(xué)性能對溫度變化的敏感性能減少。

2：聚合物球莖尺寸的大小：打球晶的存在時聚合物內(nèi)部有可能產(chǎn)生較多的空隙和缺陷，并降低其力學(xué)性能

3：伸直鏈組成的纖維狀的聚合物結(jié)晶，能使聚合物有較高的力學(xué)性能

4：加熱某些結(jié)晶聚合物，可使結(jié)晶體中按一定規(guī)則 排列的分子發(fā)生混亂，是分子運(yùn)動變的容易向熔融狀態(tài)過度。此類聚合物可以作為熱熔膠使用。

5：在某些情況下，結(jié)晶作用也可以用于提高粘結(jié)強(qiáng)度。(氯丁橡膠)

2.1.5分子鍵能

實(shí)驗(yàn)表明內(nèi)聚力必須大于21kj/mol，它與極性表面的粘附力才足夠大，此類聚合物才可以作為膠黏劑的基料。

2.1.6相對分子質(zhì)量及其分布

相對分子質(zhì)量比較小的聚合物，粘度低、熔點(diǎn)低、粘附性能良好、但是內(nèi)聚能低，導(dǎo)致粘結(jié)內(nèi)聚強(qiáng)度不高。

相對分子質(zhì)量較大的聚合物，難以溶解，熔點(diǎn)高、粘度大，粘附性能較差，但是內(nèi)聚強(qiáng)度較大，可獲得粘結(jié)內(nèi)聚強(qiáng)度較高的膠黏劑。

聚合物的相對分子質(zhì)量相同但是相對分子質(zhì)量的分布不同，其粘結(jié)強(qiáng)度也不相同。低聚物含量較高時，接頭破壞成內(nèi)聚破壞，高聚物含量較高時，接頭破壞成界面破壞

2.1.7分子的極性

高能表面：基料分子的極性越強(qiáng)、膠黏劑的粘結(jié)強(qiáng)度越高。

低能表面：基料分子的極性越弱、膠黏劑的粘結(jié)強(qiáng)度越高。

2.2高聚物的組成與力學(xué)性能

大多數(shù)膠黏劑的基料成分為非晶態(tài)聚合物(晶態(tài)聚合物的粘附性差)

2.2.1非晶態(tài)聚合物的力學(xué)性能

應(yīng)力：單位面積承受的作用力，其基本形式有拉伸應(yīng)力、剪切應(yīng)力和流體靜壓力。

聚合物的力學(xué)性能決定于其分子運(yùn)動:

1：分子鏈中鍵角的改變會引起材料的彈性形變，其特點(diǎn)是速度快、形變可逆范圍在1%的數(shù)量級

2：鏈段圍繞主軸旋轉(zhuǎn)，分子構(gòu)像發(fā)生變化，引起可逆的高彈性形變(100%)

3：分子鏈之間相對位臵發(fā)生變化所引起的是塑性形變，是不可逆的。

2.2.2膠黏劑的基本組成與力學(xué)性能的關(guān)系

除了粘結(jié)界面結(jié)合力外，粘結(jié)強(qiáng)度與膠層內(nèi)聚強(qiáng)度(膠黏劑的強(qiáng)度)有關(guān)。

各影響因素對制備綜合力學(xué)性能的膠黏劑的影響：

1：聚合物相對分子質(zhì)量：機(jī)械強(qiáng)度、低溫韌性、粘度提高，浸潤速度減慢

2：高分子的極性增加：內(nèi)聚力、對極性表面吸附、耐熱性、粘度增加，耐水性下降

3：交聯(lián)密度提高：耐熱性、耐介質(zhì)性、模量、低溫脆性增加;但蠕變、延伸率降低

4：增塑劑用量增加：沖擊強(qiáng)度、蠕變增加;粘度、耐熱性、內(nèi)聚強(qiáng)度增降低

5：增韌劑用量增加：韌性、剝離強(qiáng)度增加，內(nèi)聚強(qiáng)度、耐熱性下降

6：填料用量增加：硬度、粘度、脆性增加;固化收縮率降低，成本下降

7：偶聯(lián)劑的加入： 粘附性、耐濕熱老化性能提高;有時耐熱性降低

2.2.3非晶態(tài)聚合物的聚集狀態(tài)與組成設(shè)計(jì)

線性或網(wǎng)狀非晶相的聚合物都具有玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)三種不同的力學(xué)聚集狀態(tài)。實(shí)際上他是材料力學(xué)性能受溫度影響而發(fā)生的力學(xué)聚集狀態(tài)。

2.2.4高聚物內(nèi)聚強(qiáng)度與基料的選擇

聚合物內(nèi)聚強(qiáng)度的決定因素

1：基料的分子結(jié)構(gòu)、分子間的作用力

2：材料的強(qiáng)度也與材料中的缺陷大小及分布有關(guān)。

提高膠黏劑的強(qiáng)度：

1：增強(qiáng)聚合抵抗裂縫擴(kuò)展的能力(內(nèi)聚力、機(jī)械強(qiáng)度、韌性增加)

2：減少材料中的缺陷

三、配方優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法

單因素優(yōu)選法、多因素輪流優(yōu)選法、正交實(shí)驗(yàn)法

3.1單因素優(yōu)選法

在膠黏劑的幾個組分中，將(n-1)個因素固定，逐步改變一個因素的水平，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)評定該因素的最優(yōu)水平，依次求取體系中個因素的最優(yōu)水平，最后將各因素的最優(yōu)水平組合成最好的配方。

最基本的方法。黃金分割法(0.168法)和分?jǐn)?shù)法。

3.2多因素輪流優(yōu)選法

其實(shí)質(zhì)是每次去一個因素，按照 0.168法優(yōu)選，依次進(jìn)行達(dá)到各因素優(yōu)選。

3.3正交實(shí)驗(yàn)法

對各因素選取數(shù)目相同的幾個平均值，按照均勻搭配的原則，同時按排一批實(shí)驗(yàn)，然后對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究各因素間的交互作用，尋找最佳配方。

四、膠黏劑固化工藝的設(shè)計(jì)

4.1膠黏劑的固化方法

物理固化和化學(xué)固化

壓力、溫度、時間是固化過程的三個主要參數(shù)

4.2熱熔膠的固化工藝設(shè)計(jì)

熱熔膠的粘結(jié)時由熔融高分子浸潤被粘表面后通過冷卻發(fā)生固化，使用時必須控制熔融溫度和涂膠后的涼置時間。

1：聚合物是結(jié)晶性的，冷卻速度要控制

2：熱熔膠本身的相對分子質(zhì)量制約著溫度的控制，熱熔膠的強(qiáng)度和本體粘度是相互制約的

3：增粘劑和蠟的加入降低熱熔膠的熔體粘度，改善使用工藝

4.3溶劑型膠黏劑的固化與溶劑選擇

溶劑型膠黏劑的固化過程是高分子溶液浸潤被粘物表年后，隨著溶劑的揮發(fā)，溶液粘度不斷增大直至達(dá)到一定的強(qiáng)度而固化。其中關(guān)鍵的是溶劑的選擇和混合溶劑組分及配比。溶劑的要求包括溶解度、揮發(fā)性、與被粘材料的兼容型及毒性。

溶解度參數(shù)相近，分子結(jié)構(gòu)相似，才能形成真正的聚合物溶液，對被粘表面有良好的浸潤作用。

4.4熱固性膠黏劑的固化工藝設(shè)計(jì)

熱固性樹脂是具有三項(xiàng)交聯(lián)結(jié)構(gòu)的聚合物，他具有耐熱性好、耐水、耐介質(zhì)優(yōu)良、蠕變低等優(yōu)點(diǎn)。

4.4.1熱固性膠黏劑的固化方法

1：把現(xiàn)行高分子交聯(lián)起來，如橡膠的硫化

2：由多官能團(tuán)的單體或預(yù)聚體聚合成三相交聯(lián)結(jié)構(gòu)的樹脂，如環(huán)氧樹脂膠黏劑。

配方和固化周期對固化產(chǎn)物性能都有很大的影響

4.4.2凝膠化及凝膠化的影響因素

凝膠化：多官能提案單體或預(yù)聚體進(jìn)行聚合反應(yīng)時，隨著分子量的增大，同時進(jìn)行著分子鏈的支化和交聯(lián)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到一定的程度時，體系中開始出現(xiàn)不熔、不溶的凝膠。

凝膠化的速度取決于官能團(tuán)的反應(yīng)活性以及多官能團(tuán)單體的濃度和官能度。

4.4.3凝膠化后的反應(yīng)

1：可溶性樹脂增長反應(yīng)

2：可溶性樹脂分子間反應(yīng)變成凝膠

3：可溶性樹脂與凝膠之間的反應(yīng)

4：凝膠內(nèi)部進(jìn)一步反應(yīng)時交聯(lián)密度提高

4.4.4固化溫度和時間對膠黏劑性能的影響

基料和固化劑的交聯(lián)反應(yīng)都是在一定的溫度下進(jìn)行，在此溫度范圍內(nèi)：溫度越高、反應(yīng)速率越快、反應(yīng)進(jìn)行的越完全，所需的固化時間越短。

克服化學(xué)能壘：固化溫度要高，但是放熱反應(yīng)，固化溫度不能太高以免局部過熱、造成膠層內(nèi)部的交聯(lián)密度、化學(xué)成分的區(qū)域間的巨大差異、進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。

五、改變膠黏劑性能的設(shè)計(jì)原則

5.1粘結(jié)強(qiáng)度的改進(jìn)設(shè)計(jì)

1：選擇粘結(jié)力和內(nèi)聚力都大的樹脂(環(huán)氧樹脂、聚氨酯)

2：加入增韌劑、降低脆性、增加膠層韌性，減小內(nèi)應(yīng)力

3：熱固性樹脂和熱塑性樹脂或橡膠并用，熱固性樹脂提供強(qiáng)力和耐熱元素，而熱塑性樹脂提供粘性和韌性元素。綜合結(jié)果會得到較高的粘結(jié)強(qiáng)度

4：引入極性基團(tuán)或加入相容性能好、極性大的樹脂，可提高橡膠型膠黏劑的粘結(jié)強(qiáng)度

5：適當(dāng)?shù)慕宦?lián)劑。

6：添加適量適當(dāng)?shù)奶盍稀⒔档褪湛s率，晶須或納米田納西奧效果極佳

7：加入適當(dāng)?shù)呐悸?lián)劑

8：加入稀釋劑，降低粘度，增大濕潤性

5.2耐熱性的改進(jìn)設(shè)計(jì)

1：采用耐高溫性能好的樹脂或橡膠(酚醛樹脂、有機(jī)硅、氟橡膠、雜環(huán)聚合物)

2：提高環(huán)的密度，

3：增加交聯(lián)劑

4：適當(dāng)?shù)靥岣呓Y(jié)晶度

5：使用耐高溫性能好的固化劑

6：加入耐熱填料

7：減少高溫氧化分解，加入抗氧劑

8：添加硅烷偶聯(lián)劑

5.3耐寒性的改進(jìn)設(shè)計(jì)

1：選用耐寒性的聚合物，如聚氨酯

2：加入增塑劑或增韌劑

3：降低交聯(lián)度

4：降低結(jié)晶性

5：減少填料用量

5.4耐溶劑性的改進(jìn)設(shè)計(jì)

1：采用耐溶劑好的樹脂或橡膠

2：增加交聯(lián)度

3：適當(dāng)增大填料的用量

4：少用或者不用增塑劑

5.5耐酸堿性的改進(jìn)設(shè)計(jì)

1：提高交聯(lián)度

2：選用惰性填料

3：提高填料的用量

4：酯類增塑劑不耐酸

5.6耐水性改性設(shè)計(jì)

1：選用分子中含有-CN、-NH2、-OH、 -COO-等基團(tuán)少的聚合物吸水性低，不易被水解。

2：增加膠黏劑基料的用量

3：使用耐水性固化劑

4：提高交聯(lián)密度

5：所用填料為吸水性較小的品種

6：加入偶聯(lián)劑，改善界面性質(zhì)

5.7耐老化性的改進(jìn)設(shè)計(jì)

1：選用耐水性、耐候性和耐老化性能好的基料

2：提高交聯(lián)度

3：加入活性填料

4：某些膠黏劑中可適當(dāng)?shù)募尤敕览蟿┗蚩寡趸瘎?/span>

5：加入適量的有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑

6：使用高溫固化劑

5.8：阻燃性的改進(jìn)設(shè)計(jì)

1：選用阻燃性的樹脂和橡膠味基料

2：采用阻燃性的增塑劑

3：加入阻燃劑，如三氧化二銻、硼酸鋅

4：使用阻燃性固化劑。

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