长春工业大学材料科学与工程学院 课件制作：徐世伟 指导教师：刘耀东 焊接成型原理 长春工业大学材料科学与工程学院 课件制作：徐世伟 指导教师：刘耀东

第十章 胶接原理与工艺 胶接是用胶粘剂将被胶接物表面联接在一起的过程。胶枯剂亦称粘接剂，俗称“胶”。凡是能形成一薄膜层，并通过这层薄膜将一物体与另一物体的表面紧密联接起来，起着传递应力的作用，而且满足一定的物理、化学性能要求的媒介物质统称胶接剂。 其主要优点是操作简单、生产率高;工艺灵活、快速、简便;接头可靠、牢固、美观产品结构和加工工艺简单;省材、省力、成本低、变形小。容易实现修旧利废接技术可以有效地应用于不同种类的金属或非金属之间的联接等。

Contents 10.1 胶接接头的形成机理 10.2 影响胶接强度的因素 10.3 胶粘剂的组成与分类 10.4 胶接工艺

§10.1 胶接接头的形成机理 胶接过程是一个比较复杂的物理、化学过程。胶接质量的好与坏用胶接力来衡量。胶接力的大小主要与胶粘剂的技术状态、被胶接物表面特征和胶接过程的工艺条件等有关。 10.1.1 实现胶接的条件 两个被胶接物表面实现胶接，必要条件是胶粘剂应与被胶接物表面紧密地结合在一起，也就是通过胶粘剂能充分地浸润物体表面，并形成足够的胶接力，就可得到满意的接头强度。那么被胶接物体表面充分的浸润和胶接力是如何形成的呢?

1. 胶接剂对被胶接物体必须具有浸润性 当一滴液体与固体表面接触后，接触面自动增大的过程称为浸润。浸润的程度可由液体与固体的接触角来判一断。而接触角的大小是由液体和固体的界面张力所决定的，对液体称为界面张力，固体则称为界面能。图10—1为液体与固体表面接触角的关系图，θ 为接触角。 图10一1液体与固体表面接触兔的关系

接触角θ是通过固一液一气三相交点所作液体曲面切线与液滴接触一侧固体平面的夹角。当θ= 00 时，说明固体表面完全浸润;当 0<θ<900叮时，固体表面呈浸润状态;θ>900时，固体表面不浸润;当θ=1800时，固体表面绝对不浸润。 界面张力小的液体能良好地浸润在界面张力大的固体表面。表10.1 中给出了部分常用材料的界面张力。 金属及其氧化物、无机盐的界面张力一般都比较大，而固体聚合物、胶粘剂、有机物、水等的界面张力比较小，所以，金属及其氧化物、无机盐很容易被胶粘剂浸润。 影响浸润的因素除了胶粘剂与被胶接物的界面张力外，还与工艺条件、环境温度等因素有关。

2. 胶接力的形成 被胶接物体表面涂胶后，胶粘剂通过流动、浸润、扩散、和渗透等作用，当间距小于5×10-10m时，被胶接物体在界面上就产生了物理和化学的结合力。它包括化学键、氢键、范德华力等。化学键是强作用力，范德华力是弱作用力。其中结合力大小顺序为化学键>氢键>范德华力。

10.1.2 胶接具备的条件 1.胶粘剂必须容易流动。 流动是高分子链段在熔体空穴之间协同运动的结果，并受链缠结、分子间力、增强材料的存在和交联等因素所制约。从物理化学的观点看，胶粘剂的粘度越低越有利于界面区分子的接触。 2.液体对固体表面的湿润。 当液体与被胶接物在表面上接触时浸润能够自动均匀地展开，液体与被胶接物体的表面浸润得越完全，两个界面的分子接触的密度越大，吸附引力越大。

3.固体表面的粗糙化。 胶接主要发生在固体和液体表面薄层，固体表面的特征对胶接接头强度有着直接的影响。在被胶接物表面适当地进行粗糙处理或增加人为的缝隙，可增大胶粘剂与被胶接物体接触的表面积，提高胶接强度。界面有了缝隙，可将缝隙视为毛细管，表面产生毛细现象对浸润是非常有利的。 4.被胶接物和胶粘剂膨胀系数差要小。 胶粘剂本身的膨胀系数与胶层和被胶接物的膨胀系数差值越大，固化后胶接接头内的残余内应力也越大，工作中对接头的破坏也越严重。

5.形成胶接力 形成胶接力是建立胶接接头的一个因素，固化后胶层或被胶接物本身的内聚强压是建立胶接接头的另一个因素。胶粘剂在液相时内聚强度接近等于零。因此，液相胶裂剂必须通过蒸发(溶剂或分散介质)、冷却、聚合或其它各种交联方法固化以提高内聚弛度。

10.1.3 几种胶接现象的理论解释 胶接机理最早足从浸润角的热力学概念提出来的，已有将近200年。19世纪初期，Dupr提出了平衡时最大热力学粘附功与自由表面能的关系式。20世纪中期，W.A.Zisman又提出浸润角与表面能的关系式。与此同时，各派学者又提出了静电理论、扩散理论、弱界面层理论等。20世纪40年代后期以来各国学者提出三种不同的解释。

1.吸附理论 吸附理论是20世纪40年代末提出来的，也是应用最普遍的理论。吸附理论是以表面能为基础，认为粘附作用主要来源是胶粘剂分子和被胶接物分子问的作用力。 吸附理沦认为，胶粘剂分子与被胶接物表面分子产生的胶接力，首先是胶粘剂中的大分子通过链段与分子链的运动逐渐相互靠近，达到胶粘剂分子由微布朗运动向被胶接物表面扩散;当胶粘剂与被胶接物两种分子间的距离小于5×10-10m时，分子间就产生了范德华力或氢键的结合，胶粘剂高分子被吸附，形成胶接。在这个过程中对胶接接头进行加热、施加压力和降低胶粘剂的粘度等都有利于胶粘剂的扩散。

产生胶接力的最主要的力是分子间作用力。吸附理论正确地把胶接现象与分子间力的作用联系起来。但用吸附理论不能解释胶粘剂与被胶接物之间的胶接力有时大于胶粘剂本身强度和极性胶粘剂在非极性表面上胶接等问题。 2. 扩散理论 扩散理论是以胶粘剂与被胶接物在界面处相互扩散溶解为依据提出的。认为高分子材料胶接时，由于胶枯剂分子或链段与被胶接物表层的分子或链段能够相互扩散，这种扩散是通过胶粘剂和被胶接物的界面相互深人到对方内部进行的。扩散结果粘附界面形成交织网络，界面消失产生了过渡区，形成了牢固的接头。

（1）扩散与相溶性 从热力学角度来说，相溶性是指任何比例混合后所形成均相休系的能力;从工艺角度来说，相溶性是指两种聚合物之间容易相互分散而得到性能稳定的混合物的能力。两种聚合物的混合过程和其它物化过程一样，均服从热力学相溶性。 影响两种物质相互扩散的因素有物质的溶解度参数、胶粘剂的相对分子质量大小和界而张力等。胶粘剂与被胶接物两者的溶解度参数值相差越小，相溶性越好，越有利于扩散作用的产生，其胶接体系的胶接力越高，适当降低胶粘剂的相对分子质量有助于提高分子的扩散。界面张力越小，温度越高，表面张力越小，相溶性越好，扩散效果越好。

聚合物的相互扩散速度主要与相溶性和聚合物相对分子质量有关，相溶性越好，相对分子质量越小，扩散速度越大。相对分子质量增大一个数量级，扩散系数可下降两个数量 (2)影响溶解性的因素 高聚物的结构形态、链的长短、链的柔性、结晶性等是影响溶解性的重要因素。 从高聚物的结构形态来看，线型或支化的高聚物可以溶解，体型的高聚物由于网络接点的束缚只能溶胀，不能溶解，其主要原因是结点密度大，溶剂分子不易进人。

链段的运动可增加扩散，扩散能力越大、溶解得越好。高聚物大分子链扩散能力差，是因为高聚物分子链的体积大，运动困难，不能及时向溶剂中分散，其溶解只能靠链段的逐渐运动进行，因此，它必须先经过溶胀，后缓慢分散溶解。柔顺的高聚物分子链运动和扩散，有助于溶解。聚乙烯醇和纤维素分子与水的亲和性差不多，但聚乙烯醇溶于水，是因为它是柔性链，而纤维素分于是刚性链，所以不溶于水。强极性高聚物与强极性溶剂作用可能形成氢键，有热量放出，如果放出的热量能破坏晶格的束缚，就可促进溶解;此外高聚物的分子的链越长，溶解性也越差，这是因为链越长，相对分子质量越大，聚合物分子间的内聚力越大的缘故等。

3.静电理论 静电理论是由前苏联科学家B.B.Raruch等提出的， 后由科学家进一步完善，其理论认为高分子胶粘剂与被胶 接物金属相互接触时，组成一种电子的接受体和供给体的 组合形式。在胶粘剂和金属界面两侧产生接触电势，并形 成了双电层，双电层电荷的性质相反，从而产生了静电引 力。但是，静电力仅存在于某些特殊胶接体系，该理论有 很大的局限性。

§10.2 影响胶接强度的因素 除了以上理论对胶接强度有影响外，还有许多因素对胶接强度有显著的影响。其中胶接过程的物理作用、化学作用以及胶接过程中的工艺条件和被胶接物表面的性质等，与胶接强度有着密切的联系。

1.被胶接物表面的清洁度 物体的胶接主要发生在被胶接物表而和胶粘剂的界面，界面存在油脂、污染物、氧化物等将显著影响胶接的强度。 例如，金属的表面易形成氧化膜，氧化膜吸水性强，如果膜是Fe2O3，此膜很疏松，强度极低;如果膜是Cr2O3，其胶接活性很差，胶接强度低等，这些杂质的存在都会阻碍胶粘剂的充分浸润，降低胶接强度。 2.被胶接物的表面粗糙度和表面形态 适当增加被胶接物的表面粗糙度、就相当于增加了接触的表面积，接触的表面积越大，胶接的强度越高。

被胶接物表面在能良好润湿的前提下，胶接前采用喷砂、机械或化学等方法对其进行适当粗化处理，增加表面积，同时，使被胶接物表面生成有极性、结构致密、结合牢固的产物，提高被胶接物的表面能，有利于形成低能量的结合，提高胶接强度。 但过于粗糙会在胶接面产生胶层断裂或存有气泡，反而影响了胶接强度。图10-4为表面粗糙度对强度的影响。对被胶接物表面不能润湿的低能固体表面，粗糙化处理是无效的。 图10一4表面粗糙度对胶接强度的 影响(酚醛一缩醛胶与硬铝胶接)

3. 内应力 内应力是影响胶接强度和耐久性的重要因素之一。内应力包括收缩应力和热应力。 收缩应力产生原因:主要是胶粘剂在固化过程中伴随着溶剂的挥发和化学反应中释放出挥发性低分子化合物，导致发生了体积收缩产生收缩应力。例如，不饱和聚醋树脂固化过程中因两个双键由范德华力结合转变为共价键结合，原子间距离缩短，产生较大的体积收缩，其体积收缩率达10%。

热应力产生的原因:由于被胶接物和胶粘剂的热膨胀系数不同，在固化过程和使用时遇到温度变化就会在胶接界面产生热应力。热膨胀系数相差越大、温度变化越大，热应力就越大。此外，材料的物理状态和弹性模量对热应力也有不同程度的影响。 这两种应力的存在必然会降低胶接强度，甚至当内应力大子胶接力时，胶接接头会自动脱开。为了减少界面上的内应力，可采用在胶粘剂中加人增韧剂，使柔性链节移动，逐渐减少或消除内应力;在胶粘剂中加入无机填料，调节热膨胀系数，降低内应力。

4.弱界面层 被胶接物体和胶粘剂在无外界因素影响的条件下，胶接力大小主要取决于两界面的润湿程度和胶接特性。当被胶接物体、胶粘剂及环境中的低分子物或杂质，通过渗析、吸附及聚集过程，在部分或全部界而内产生了这些低分子物的富集区，在拉应力的作用下会在低分子物和杂质富集区产生破坏，这个区就称弱界面层。 例如，用聚乙烯胶接铝，实验结果证明，其胶接后的接头强度仅为聚乙烯本身拉伸强度的百分之几。如果除去聚乙烯中的含氧杂质或低分子物，其胶接强度有明显的提高。为防止弱界面层产生，可采用CASING法(在惰性气体中活化交联)使聚乙烯表面的低分子物转化成高分子交联结构，提高胶接强度。

5.胶层厚度 被胶接物的联接是由胶粘剂完成的。胶层的厚薄对胶接强度均有一定的影响。胶层过厚，使胶层内形成气泡等缺陷的倾向增大，同时胶层过厚使胶粘剂的热膨胀量增加，引起的热应力也增加;当然胶层厚度也不是越薄强度越高。因此，胶层厚度应根据胶粘剂的类型来确定，大多数合成胶粘剂以0.05～0.10mm为宜，无机胶粘剂以0.1～0.2mm为宜。在实际操作时，可用涂胶量和固化时加压来保证厚度要求。

此外，当胶接接头承受单纯的拉应力、压缩或剪切时，胶层越薄强度越高，对脆、硬的胶粘剂更为明显。对受冲击负荷小，而弹性模量小的胶来说，胶层稍厚则冲击强度高;弹性模量大的胶，冲击强度与胶层厚度无关。 确定胶层的厚度要根据胶种和实际的条件经过实验来确定。 除了以上因素影响胶强度外，还有环境作用、胶粘剂本身的粘度等。

10.2.2 化学因素的影响 1.聚合物的极性 物质中原子在构成分子时，若正负电荷中心不重合，则分子存在两极(偶极)，即为极性结构;若正负电荷重合，分子的电性为中性， 即为非极性结构，分子偶极中的电荷e和两极之间距离L的乘积称为偶极矩 μ= e ×L，见图10-5（a）。 图10.5 极性分子的偶极

当极性分子相互靠近时，同性电荷互相排斥，异性电荷互相吸引，故极性分子之间的作用力是带方向性的次价键结合力，见图10-5（b）。对非极性分子来说，其次价键力没有方向性，见图10-5（c）。 某些理论认为高表面能被胶接物的胶接力是随着胶粘剂的极性增强而增大的。低表面能被胶接物的胶接力则是随着极性增强而胶接体系的湿润变差，胶接力下降。这是因为低能的非极性材料不易再与极性胶粘剂形成低能结合，故浸润不好，胶接强度受到影响。 对非极性材料，可采用化学表面处理方法〔如采用萘钠处理聚四氟乙烯)，使其表面产生极性，以便采用极性胶粘剂进行胶接。

2. 相对分子质量与相对分子质量分布 聚合物的性能不仅与相对分子质量有关，而且与相对分子质量的分布有关。通常，聚合物的性能，如强度和熔体粘度主要决定于相对分子质量较大的分子。相对分子质量越低，粘度越小，流动性能越好，浸润物体越好，易获得良好的胶接强度。 以直链状不支化结构的聚合物为例，有两种情况。 其一是胶接体系均为内聚破坏的情况下，胶接强度随相对分子质量增加而升高，升高到一定范围后渐渐趋向一个定值;

其二是：当相对分子质量较低时，会发生内聚破坏，当相对分子质量增大到使胶层的内聚力等于界面的胶接力时，会发生馄合破坏，相对分子质量继续增大，胶层内聚力高，粘度也增加，不利于浸润，导致发生界面破坏等。 由此看出，聚合物的相对分子质量在一定范围内时，才能既有良好的粘附性，又有较大的内聚力，胶接强度才能达到要求。 表10.3是聚异丁烯相对分子质量与胶接强度的关系。

图10-6 是用聚丙烯酸酷胶粘剂胶接钢与聚丙烯或者胶接钢与聚氧乙烯时，剥离强度与聚合度(聚合物相对分子质量)的关系图。图中可知，胶接温度低于150℃时，高相对分子质量胶粘剂的流动和湿润性不好，所以，胶粘剂相对分子质量越大，胶接接头强度越低;随胶接温度升到200℃时，胶粘剂的流动性和湿润能力增强，胶接接头强度随相对分子质量的增大逐渐提高，并趋向定值。 图10一6 剥离强度与聚合度的关系 1一100℃;2一200℃(粘接温度）

低聚物与少量高聚物混合时，胶层往往呈内聚破坏。当高聚物含量增高时，由于胶层内聚力的增加，转而呈界面破坏。 3 低聚物与少量高聚物混合时，胶层往往呈内聚破坏。当高聚物含量增高时，由于胶层内聚力的增加，转而呈界面破坏。 3.主链结构 一般高分子的主链多有一定的内旋转自由度，可以使主链弯曲而具有柔性，并由于分子的热运动，柔性链的形状可以不断改变。聚合物的柔性大，有利于其分子或链段的运动或摆动，使胶接体系中两种分子容易相互靠近并产生吸附力。刚性聚合物在这方面的性能较差，但耐热性好。

聚合物分子主链若全部由单键组成，由于每个键都能发生内旋转，因此，聚合物的柔性大。此外，单键的键长和键角增大，分子链内旋转作用变强，聚硅氧烷有很大的柔性就是此原因造成的。 主链中如含有芳杂环结构，由于芳杂环不易内旋转，故此类聚合物刚性较大，如聚砜、聚酰亚胺等。 含有孤立双键的大分子，虽然双键本身不能内旋转，但它使邻近单键的内旋转易于产生，如聚丁二烯的柔性大于聚乙烯等。

含有共扼双键的聚合物，其分于没有内旋转作用，刚性大、耐热性好，但其胶接性能较差。 胶粘剂中含有苯基的聚合物会降低链节的柔顺性，妨碍分子的扩散，从而使胶接力下降，但提高了耐热性。 表10.4是某些主链结构的刚柔性。

4. 侧链结构 胶粘剂聚合物含有侧链的种类、体积、位置和数量等对胶粘剂的胶接强度也有较大影响。 侧链基团的极性小，吸引力低，分子的柔性好。如果侧链基团为极性基团，聚合物分于内和分子间的吸引力高，而柔性降低; 两个侧链基团在主链上的间隔距越远，它们之问的作用力及空间位阻作用越小，分子内旋作用的阻力也越小，柔性好; 侧链基团体积越大，位阻也越大，刚性也越大; 直链状的侧链，在一定范围内随其链长增大，位阻作用下降，聚合物的柔性增大，如果侧链过长，使其柔性及胶接性能下降; 侧链基团的位置也影响聚合物的胶接性能。

5.聚合物的交联 交联型聚合物的化学反应、交联点密度和溶解性质对反应活性有重要的影响。聚合物经化学交联形成体型网状结构常可提高材料的性能。例如，橡胶交联后具有高弹性，而适应各方而的要求;线型结构的聚合物分子易于滑动，内聚力低，可溶可熔，耐热、耐溶剂性能差，若把线型结构交联成体型结构，则可显著地提高其内聚力，一般随交联密度的增加而增大。聚合物的交联密度可以有所不同，硫化橡胶中的交联密度比较低，而硬质橡胶的交联密度较高。但交联密度过大，交联间距太短，则聚合物刚性过大，导致变脆、变硬，强度反而下降。线形和支化聚合物都是热塑性的，可是经交联的三维网状聚合物是热固性聚合物。

胶粘剂聚合物的交联作用，一般包括以下几种不同的类型: ①在聚合物分子链上任意链段位置交联； ②通过聚合物末端的官能基团进行硫化(橡胶工业中交联反应称为硫化)，硫化过程可以使天然或合成橡胶形成交联结构，从而改善其弹性，提高强度和耐热性； ③通过侧链官能基进行交联。

6. 结晶度 高聚物大分子借分子间力的作用聚集成固体，又按其分子链的排列有序和无序而形成晶态和非晶态的物质。结晶是聚合物分子呈有规则排列的聚集状态。晶体结构的不同，使同一种聚合物可以具有不同的性质。结晶作用与聚合物胶接性能有密切关系，尤其是玻璃化温度到熔点之间的温度区间内有很大影响。结晶性对胶接性能的影响决定于其结晶度(结晶部分的含量)、晶粒大小及晶体结构。 结晶的聚合物，其分子链排列紧密有序，孔隙率较低，结晶使分子间的相互作用力增大，分子链难于运动并导致聚合物硬化和脆化，胶接性能下降。 在某些情况下，结晶作用也可以提高胶接强度。 Contents

§10 .3 胶粘剂的组成与分类 10.3.1 胶粘剂的组成 现在使用的胶粘剂均是采用多种组分合成树脂胶粘剂，单一组分的胶粘剂已不能满足使用中的要求。其组分通常是以具有胶接性或弹性体的天然高分子化合物和合成高分子化合物为粘料，加人固化剂、增塑剂，或增韧剂、稀释剂、填料等组成。 胶粘剂的组成根据具体的要求与用途还可包括阻燃剂、促进剂、发泡剂、消泡剂、着色剂和防腐剂等。总而言之，除了粘料是胶粘剂中必加之外，其它成分可根据其用途和状况条件来决定取舍。

胶粘剂的物理、化学性能包括凝胶强度、耐热性、耐寒性、耐油性、耐水性、导电性、绝缘性、耐蚀性、耐老化性、耐溶剂性、收缩性和密封性等。 1 胶粘剂的物理、化学性能包括凝胶强度、耐热性、耐寒性、耐油性、耐水性、导电性、绝缘性、耐蚀性、耐老化性、耐溶剂性、收缩性和密封性等。 1. 粘料 粘料是胶粘剂的基本组分，它对胶粘剂的胶接性能，如胶接强度、耐热性等起着决定性的作用。通常用的粘料有: 1）天然高分子化合物 如蛋白质、皮胶、鱼胶、松香、桃胶、骨胶等。

2)合成高分子化合物 ①热固性树脂，如环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、脲醛树脂、有机硅树脂等。 ②热塑性树脂，如聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇及缩醛类树脂、聚苯乙烯等。 ③弹性材料，如丁腈胶、氯丁橡胶、聚硫橡胶等。 ④各种合成树脂、合成橡胶的混合体或接枝、镶嵌和共聚体等。

2.固化剂 固化剂又称硬化剂，它是胶粘剂中最主要的配合材料。它的作用是直接或通过催化剂与主体聚合物进行反应，固化后把固化剂分子引进树脂中，使原来是热塑性的线型主体聚合物变成坚韧和坚硬的体形网状结构。 固化剂的种类很多，不同的树脂、不同要求采用不同的固化剂。 胶接的工艺性和其使用性能是由加人的固化剂的性能和数量来决定的。

3.增韧剂 增韧剂的活性基团直接参与胶粘剂的固化反应，并进入到固化产物最终形成的一个大分子的链结构中。没有加人增韧剂的胶粘剂固化后，其性能较脆，易开裂，实用性差。加入增韧剂的胶接剂，均有较好的抗冲击强度和抗剥离性。不同的增韧剂还可不同程度地降低其内应力、固化收缩率，提高低温性能和柔韧性等。 常用的增韧剂有聚酰胺树脂、合成橡胶、缩醛树脂、聚砜树脂等。

4. 稀释剂 稀释剂的主要作用是降低胶粘剂粘度，增加胶粘剂的浸润能力，改善工艺性能。有的能降低胶粘剂的活性，从而延长使用期。但加人量过多，会降低胶粘剂的胶接强度、耐热性、耐介质性能。 常用的稀释剂有丙酮、漆料等多种与粘料相容的溶剂。 5. 填料 使用填料可以提高胶接接头的强度、抗冲击韧性、耐磨性、耐老化性、硬度、最高使用温度和耐热性，降低线膨胀系数、固化收缩率和成本等。 常用的填料有氧化铜、氧化镁、银粉、瓷粉、云母粉、石棉粉、滑石粉等。

10.3.2 胶粘剂的分类 胶粘剂的品种繁多，组成不同，用途各异，分类方法如下。 1.按来源可分为天然胶粘剂和合成胶粘剂。 10.3.2 胶粘剂的分类 胶粘剂的品种繁多，组成不同，用途各异，分类方法如下。 1.按来源可分为天然胶粘剂和合成胶粘剂。 天然胶粘剂的原料主要来自天然，如动物胶有骨胶、虫胶、鱼胶等;植物胶有淀粉、松香等。合成胶粘剂就是由合成树脂或合成橡胶为主要原料配制而成的胶粘剂，如热固型胶粘剂有环氧、酚醛、丙烯酸双脂、有机硅、不饱和聚酯等。橡胶型胶粘剂有氯丁橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶等。热塑性胶粘剂有聚醋酸乙烯脂、乙烯，醋酸乙烯脂等。

2. 按用途可分为通用胶粘剂和专用胶粘剂。 通用胶有一定的胶接强度，对一般材料都能进行胶接，如环氧树脂等。专用胶粘剂中有金属用、木材用、玻璃用、橡胶用、聚乙烯泡沫塑料用等胶粘剂。 3.按胶接强度可分为结构胶粘剂和非结构胶枯剂。 结构胶枯剂胶接的接头抗剪切强度可达7MPa，不仅有足够的剪切强度，而且具有较高的不均匀扯离强度，能长时间内承受振动、疲劳和冲击等载荷，同时还具有一定的耐热性和耐候性。非结构胶粘剂在较低的温度下有一定的强度，随着温度的升高胶接强度迅速下降，所以这类胶粘剂主要用于胶接不重要的零件，或用于临时固定。

4. 按胶粘剂固化温度可分为室温固化胶粘剂、中温固化胶粘剂、高温固化胶粘剂。室温是指温度小于30℃，中温是指30～99℃，高温是指大于100℃以上能固化的胶粘剂。 5. 按胶粘剂基料物质可分为树脂型、橡胶型、无机及天然 胶粘剂等。 6. 按其它特殊性能可分为导电、导磁、点焊胶粘剂等。 Contents

§10.4 胶接工艺 10.4.1 胶接前的准备 胶接工艺包括胶接前的准备、接头设计、配制胶粘剂、涂敷、合拢、固化和质量检测等。 §10.4 胶接工艺 胶接工艺包括胶接前的准备、接头设计、配制胶粘剂、涂敷、合拢、固化和质量检测等。 10.4.1 胶接前的准备 胶粘剂对被胶接材料胶接强度的大小，主要取决于胶枯剂与被胶接物之间的机械连接，分子间的物理吸附，相互扩散及形成化学键等因素综合作用的结果。被胶接物表面的结构状态对胶接接头强度有着直接的影响。 被胶接物在加工、运输、储存过程中，表面会存在氧化、油污、灰尘及其它杂质等，在胶接前必须清除干净。

常用的表面清除方法有脱脂处理法、机械处理法和化学处理法。 1 常用的表面清除方法有脱脂处理法、机械处理法和化学处理法。 1.表面脱脂处理法 有机溶剂去油，目前用的脱脂方法有有机溶剂法、碱液法与表面活性剂法。常用的脱脂溶剂有丙酮、甲苯、二甲苯、三氯乙烯、四氯化碳、醋酸乙脂、香蕉水、汽油等。对于大批量小型胶接件，可采用三氯乙烯蒸气槽内放置半分钟左右除油脂。对于大面积的胶粘表面，采用从上至下或从左到右一个方向清洗。采用溶剂脱脂时，应有一定的晾干时间，防止胶接表面残留溶剂影响接头强度。对采用碱液清洗的胶接表面，清洗后必须再用热水、冷水把表面的碱液冲洗于净，后用热风干燥。

使用后的胶接物，表面容易吸附或沉积油污。如果允许高温处理，可将胶接物置于200～250℃热风干燥箱中，使油脂渗出，然后用于净棉纱揩擦，再用溶剂除油。特别强调的是溶剂一定要离开火源，以防意外事故。 2.机械处理法 机械处理常用的手工工具有钢丝刷、铜丝刷、刮刀、砂纸、风动工具等;机械方法有车削、刨削、砂轮打磨、喷砂等。采用机械方法处理表面，给表面提供了适当的粗糙度，增加了有效的胶接面积，改善了胶接性能。

3. 化学处理法 化学处理法有酸性溶液和碱性溶液两种处理方法。经化学处理的金属可在表面形成一层均匀致密、坚固的活性层，该活性层容易使胶粘剂润湿展开，可明显提高胶接强度。对允许化学处理的聚合物，如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、氟橡胶等，可使表面变成带有极性集团，提高了表面的自由能，增加了润湿性，能大幅度地改善胶接强度。

10.4.2 胶接接头设计 1. 胶接接头几种受力形式 一个胶接接头在实际的使用中，不会只受到一个方向的力，而是一个或几种力的集合。为了便于受力分析，把实际的胶接接头受力简化为剪切力、拉力、剥离、劈裂几种形式(图10-7）。 图10-7 胶接接头的几种受力形式

2.设计胶接接头时应遵守以下原则 制造一个高质量的胶接接头主要与胶粘剂的性能、合理的胶接工艺和正确的胶接接头形式等三个方面有着密不可分的关系。设计胶接接头时应考虑以下几点。 1）尽可能使胶接接头胶层受压、受拉伸和剪切作用，不要使接头受剥离和劈裂作用，如图10-8所示。图10-8(b)接头胶层的受力要好于图10-8(a)。对于不可避免受剥离和劈裂的，应采用图10-9所示的措施来降低胶层的受剥离和劈裂作用。

图10一8接头受力对比 图10-9降低胶层受剥离和劈裂的措施 2)合理设计较大的胶接接头面积，提高接头承载能力。 3)为了进一步提高胶接接头的承载能力，应采用胶-焊、胶-铆、胶-螺栓等复合联结的接头形式，如图10-10所示。

图10- 10 复合联接形式

4)设计的胶接接头应便于加工，表10.5是几种常用的胶接接头形式。

10.4.3 胶粘剂的配制与涂敷 1.胶粘剂的配制 胶粘剂配制的性能的好坏将直接影响胶接接头的实用性能，因此，配制胶粘剂要科学理，配制要按合理的顺序进行。 胶粘剂有单组分、双组分和多组分等多种类型。单组分的胶粘剂可直接使用。配制双组分或多组分的胶粘剂时，必须准确计算、称取各组分的质童，质量误差不得超过 2%～5%。固化剂用量过多，会使胶层变脆;加人量不足则胶粘剂的固化不完全。

胶粘剂在配制前，应放在温度为15～25℃(特殊的品种例外)、阴暗不透明、对胶粘剂没有破坏作用的密闭容器内。 配制胶粘剂要根据用量而定。用量小可采用手工搅拌;用量较大时，应选用电动搅拌器进行搅拌。搅拌中各组分一定要均匀一致。对一些相容性差、填料多、存放时间长的胶粘剂，在使用前要重新进行搅拌。对粘度变大的还需加人溶剂稀释后搅拌。

2.胶粘剂的涂敷 涂敷就是采用适当的方法和工具将胶钻剂涂敷在胶接部位表面。涂敷方法有刷涂、浸涂、喷涂、刮涂等。 根据胶粘剂使用目的，胶粘剂的粘度，被胶接物的性质，可选用不同的涂胶方法。如果配制时的气温过低，胶粘剂枯度过大，可采用水浴加热或先将胶枯剂放人烘箱中预热。 涂敷的胶层要均匀，为避免粘合后胶层内存有空气，涂胶时均采用由一个方向到另一个方向涂敷，速度以2～4cm/s为宜。胶层厚度一般为0.08～0.15mm。

对溶剂型胶接剂和带孔性的被胶接物，需涂胶2～3遍，在涂敷第二道前，要准确掌握第一道胶溶剂挥发完全后再涂第二遍。如果胶层内残存过多的溶剂会降低胶接强度，但过分干燥胶层会失去粘附性。 对于不含溶剂的热固性胶粘剂，涂敷后要立即粘合，避免长时间放置吸收空气中的水分，或使固化剂(如环氧胶粘剂的脂肪胺类固化剂)挥发。

10.4.4 胶黏剂的固化 所谓固化就是胶粘剂通过溶剂挥发、熔体冷却、乳液凝聚等物理作用，或通过缩聚、加聚、交联、接枝等化学反应，使其胶层变为固体的过程。 胶接物合拢后，为了获得硬化后所希望的联接强度，必须准确地掌握固化过程中压力、温度、时间等工艺及参数。 1. 固化压力 加压有利于胶粘剂对表面的充分浸润、排出胶层内的溶剂或低分子挥发物、控制胶层厚度、防止因收缩引起的被胶接物之间的接触不良、提高胶粘剂的流动性等。

适中的压力可很好地控制胶层厚度，充分发挥胶粘剂的胶接作用，保证胶层中无气孔等。加压的大小与胶粘剂及被胶接物的种类有关，对于脆性材料或加压后易变形的塑料，压力不易过大。一般情况下，对无溶剂胶粘剂比溶剂性胶粘剂加压要小;对环氧树脂胶粘剂，采用接触压力即可。图10-11为常用的几种加压方法简图。 图10-11 常用加压方法

2. 温度和时间 固化温度主要根据胶粘剂的成分来决定。固化温度过低，基体的分子链运动困难，致使胶层的交联密度过低，固化反应不完全，要使固化完全必须增加固化时间;如果温度过高会引起胶液流失或使胶层脆化。固化温度高低均会降低接头的胶接强度。对一些可在室温下固化的胶粘剂，通过加温可适当加速交联反应，并使固化更充分、更完全，从而缩短固化时间。 固化温度与固化时间是相辅相成的，固化温度越高，固化时间可短一些;固化温度越低，固化时间应长一些。表10.6是几种胶粘剂的固化条件、使用温度。

本章小结 1.被胶接物胶接的技术条件:首先是被胶接物表面能充分地浸润，当θ=O0时，固体表面可以完全浸润 ；O0<θ<900，所选用界面张力小的液体能良好地浸润界面张力大的固体表面; 其次是键的作用距离越短结合力越强、键能越高，所以形成主价键的结合力越牢固，形成的胶接力越大，结合力大小的顺序为化学键>氢键>范德华力。机械结合力、界面静电引力，分子扩散形成的结合力等都对胶接力有很大的影响。

2.胶接具备的条件:胶接剂流动性越大，粘度越小，胶粘剂越易形成均匀的液体薄层，对胶接越有利;液体对固体表面湿润越完全，吸附力越大;对被胶接表面适当地进行粗化处理或增加人为的缝隙，可增加接触表面积，提高胶接强度;胶粘剂和被胶接物膨胀系数差值越小，胶接接头的内应力越小。 3.吸附理论、扩散理论、静电理论等称为几种胶接理论。吸附理沦认为，胶粘剂分子通过链段与分子链运动逐渐相互靠近，达到胶粘剂分子由微布朗运动向被胶接物表面扩散，当两种分子间距离小于5×10-10时，分子问就产生了范德华力或氢键的结合，胶粘剂高分子被吸附，

4.目前的胶粘剂均为多种组分合成树脂胶粘剂。通常包括天然的和合成的高分子材料粘料、固化剂、增塑剂、稀释剂、填料等。各成分在胶枯剂中所起的作用不同，可根据胶粘剂性能、用途和要求进行调整。 5.胶粘剂按不同的标准有各种分类方法，如根据来源可分为天然胶粘剂和合成胶片剂;根据用途口和要求分为通用胶与专用胶;根据粘接强度可分为结构胶与非结构胶等。 6.胶接工艺包括胶接前准备、接头设计、配胶、涂敷、合拢、固化和质检等过程。 7.表面清除方法包括脱脂处理、机械处理和化学处理，处理效果对胶接质量影响很大。

8.胶接接头设计应考虑使胶接接头受压、受拉伸和剪切作用，应具有较大的胶接接;面积，便于施工并可采用胶一焊、胶一铆、胶一螺栓等复合联接形式。 9.胶粘剂配制应根据胶粘剂种类和组成不同，采用不同的配制步骤，但应注意配制量、温度、粘度和搅拌均匀性。 10.胶粘剂涂敷时可采用刷涂、浸涂、喷涂、刮涂等方法。涂层要均匀,避免胶层内有空气,涂敷速度以2～4cm/s为宜，厚度一般为0.08 ～ 0.15mm，对溶剂型胶粘剂和带孔性被胶接物，需涂胶2 ～ 3遍，此时要注意两遍之间的时间。

11.胶粘剂在固化时，应根据胶粘剂和被胶接材料种 类，确定、掌握固化过程中压力、温度、时间等工艺参数。 11.胶粘剂在固化时，应根据胶粘剂和被胶接材料种 类，确定、掌握固化过程中压力、温度、时间等工艺参数。 12.为达到高强度的胶接，必须根据被胶接物正确选择不同性质的胶粘剂，考虑胶接的物理因素、化学因素、环境因素，制定合理的胶接工艺。

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