胶接基础(1.4).ppt

胶接理论发展简史： ? 大约3 个世纪前，牛顿对胶接现象作了科学的论述。 ? 大约100 年前，Young 通过表面张力的研究，提出了著名的Young 方程。 ? 稍后，Dupre 研究了表面张力与粘附功的关系，奠定了古典热力学胶接理论的基础。 ? Cooper 首先提出了湿润的概念。 ? 20 世纪40 年代以来，胶接理论的研究出现了高潮：40 年代，A..D. Mclaren等人提出的吸附理论；Deryaguin 等人得出的静电理论；Voyutskii 等人提出的扩散理论，等等。 ? 60 年代以来，胶接界面化学、胶接破坏机理等方面的研究也取得很大进展：建立并逐步完善了化学键理论、弱界面层理论、机械结合理论和胶粘剂流变学理论等。 胶接接头：被胶接材料通过胶粘剂进行连接的 部位。 胶接接头的结构形式很多。从接头的使用功能、受力情况出发，有以下几种基本形式。 胶接接头的基本形式 （1）搭接接头（lap joint）： 由两个被胶接部分的叠合， 胶接在一起所形成的接头 (2) 面接接头（surface joint） 两个被胶接物主表面胶接 在一起所形成的接头 (3) 对接接头（butt joint） 被胶接物的两个端面与 被胶接物主表面垂直 (4) 角接接头（angle joint） 两被胶接物的主表面端部 形成一定角度的胶接接头 接头胶层在外力作用时，有四种受力情况。 ①拉应力：外力与胶接面垂直，且均匀分布于整个胶接面。 ② 剪切力：外力与胶接面平行，且均匀分布于胶接面上。 ③剥离力：外力与胶接面成一定角度，并集中分布在胶 接面的某一线上。 ④ 劈裂力（不均匀扯离力）：外力垂直于胶接面，但不 均匀分布在整个胶接面上。 为了分析方便，上述四种应力尚可简化为拉应力和剪 切力两类。拉应力包括均匀扯离（正拉）力，不均匀扯 离（劈裂）力和剥离力。 第一节 形成胶接的条件 1. 胶接的基本过程 1.1 理想的胶接 理想的胶接是当两个表面彼此紧密接触之后，分子间 产生相互作用，达到一定程度而形成胶接键，胶接键可能 是次价键或主价键，最后达到热力学平衡的状态。 理想的胶接强度，可以在一些假定的前提下计算出来。因为这是从理想状态出发的，没有考虑一系列可能影响胶接强度的实际因素，所以理想的胶接强度比实际测得的胶接强度要大几个数量级。理想的胶接有理论意义，有利于分析理解胶接的机理，对实际的胶接过程有重要的指导意义。 在大多数聚合物的分子相互作用，只存在色散力的情 况下，一般Z0 = 0.2 nm， Wa =10-5J／cm2，于是 σa ≈ 1500 MPa 如果分子相互作用力不仅是色散力，还有氢键力，诱 导力甚至化学键力的话，则值更要大得多。即使如此， 这一计算出来的理想胶接胶接强度，也要比实际胶接强 度大两个数量级以上。 1.2 实际的胶接 实际的胶接，大多数都要使用胶粘剂，才能使两个固体 通过表面结合起来。聚合物处于橡胶态温度以上时(未达熔 融态)，通过加压紧密接触，使两块处于橡胶态的聚合物， 通过界面上分子间的扩散，生成物理结点或分子相互作用 引力，这时不需要胶粘剂也可能使聚合物胶接起来。 不过，由于所需要的压力大，时间长，又要消耗热能， 而且有许多降低胶接力的影响因素并未排除，使分子间 不易达到紧密接触，得到的胶接强度并不理想。 金属、无机材料不存在橡胶态，在固态的情况下，即 使加压、加热，也不可能达到分子接触，这就更需要依 靠胶粘剂来实现胶接。 在胶接过程中，由于胶粘剂的流动性和较小的表面 张力，对被粘物表面产生润湿作用，使界面分子紧密接 触，胶粘剂分子通过自身的运动，建立起最合适的构型， 达到吸附平衡。 随后，胶粘剂分子对被粘物表面进行跨 越界面的扩散作用，形成扩散界面区。 对高分子被粘物而言，这种扩散是相互进行的；金 属或无机物由于受结晶结构的约束，分子较难运动，但 胶粘剂在硬化前，分子可以扩散到表面氧化层的微孔中 去，达到分子的紧密接触，最后仍能形成以次价力为主 的或化学键的胶接键。这就是胶接的基本过程。全过程 的关键作用是润湿、扩散和形成胶接键。 2 润湿 为形成良好的胶接，首先要求胶粘剂分子和被胶接材 分子充分接触。为此，一般要将被胶接体表面的空气、 或者水蒸气等气体排除，使胶粘剂液体和被胶接材接 触。即将气—固界面转换成液—固界面，这种现象叫做 润湿，其润湿能力叫做润湿性。 胶粘剂在涂胶阶段应当具有较好的流动性，而且其表面 张力应小于被粘物的表面张力。这意味着，胶粘剂应当在 被粘物表面产生润湿，能自动铺展到被粘物表面上。 当被粘物表面存在凹凸不平和峰谷的粗糙表面形貌时，