定義：膠粘劑又稱粘合劑，簡稱膠（bonding agent, adhesive），是使物體與另一物體緊密連接為一體的非金屬媒介材料。在兩個被粘物面之間膠粘劑只占很薄的一層體積，但使用膠粘劑完成膠接施工之后，所得膠接件在機(jī)械性能和物理化學(xué)性能方面，能滿足實際需要的各項要求。能有效的將物料粘結(jié)在一起。

歷史：考古學(xué)證據(jù)顯示粘合劑的應(yīng)用歷史已經(jīng)超過6000多年，我們可以看到在博物館里展出的許多物體在經(jīng)

過3000多年后依然由粘合劑固定在一起。進(jìn)入20世紀(jì)，人類發(fā)明了應(yīng)用高分子化學(xué)和石油化學(xué)制造的“合成粘結(jié)劑”，其種類繁多，粘結(jié)力強(qiáng)。產(chǎn)量也有了飛躍發(fā)展。

膠粘劑的應(yīng)用和分類

應(yīng)用：電子，汽車，工業(yè)，化工，建筑業(yè)等各個領(lǐng)域都有用到膠粘劑。

分類：膠粘劑種類繁多，組分各異，有不同的分類方法。

1 按化學(xué)類型分類

無機(jī)膠粘劑（sauereisen的高溫水泥）

有機(jī)膠粘劑：分為天然膠粘劑和合成膠粘劑

合成膠粘劑按化學(xué)成分主要分為：Epoxy, PU, Silicone, Acrylic, etc.

2 按物理形態(tài)分類

水基型：基料分散于水中形成水溶液或乳液，水揮發(fā)而固化。

溶液型：基料在可揮發(fā)溶劑中配成一定黏度的溶液，靠溶劑揮發(fā)而固化。

膏狀和糊狀：基料在可揮發(fā)溶劑中配成高黏度的膠粘劑，用于密封和嵌縫。

固體型：把熱塑性合成樹脂制成粒狀或塊狀，加熱熔融，冷卻時固化。

膜狀：將膠粘劑涂于基材上，呈薄膜狀膠帶

3 按固化方式分類

熱固化：通過加熱的方式使粘合劑發(fā)生聚合反應(yīng)而固化，溫度和時間根據(jù)不同的產(chǎn)品有很大區(qū)別。

濕氣固化：與空氣中的水汽發(fā)生聚合反應(yīng)達(dá)到固化。

UV固化：光引發(fā)劑紫外光照射下，形成自由基或陽離子從而引發(fā)粘合劑的聚合反應(yīng)而固化。

厭氧固化：在隔絕空氣的條件下，發(fā)生自由基聚合反應(yīng)，空氣存在會阻礙聚合反應(yīng)。

催化固化：在催化劑作用下使粘合劑發(fā)生聚合反應(yīng)達(dá)到固化。

4 按工藝分類

粘合劑（Adhesive）：特殊有導(dǎo)電膠，導(dǎo)熱膠，芯片的粘結(jié)。

密封劑（Sealant）

灌封膠（Potting & Encapsulation）

敷形涂敷（Conformal Coating）

底部填充膠（Underfill）

頂部包封（Glob Top）

5 按受力情況

（1）結(jié)構(gòu)膠（2）非結(jié)構(gòu)膠

常見膠粘劑的固化機(jī)理

1 環(huán)氧樹脂（Epoxy）

固化機(jī)理：固化劑分兩類：胺類及其衍生物，和酸酐類。

其中胺類固化劑是與高分子鏈中的環(huán)氧基發(fā)生開還聚合反應(yīng)，酸酐類固化劑是與高分子鏈上的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)，最終都是形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

常見的環(huán)氧樹脂是：雙酚A型最典型，線型甲酚型，酚醛環(huán)氧樹脂等。

2 聚氨酯（PU）

無溶劑型單組分聚氨酯：是以一NCO為端基的聚氨酯預(yù)聚物為主體的聚氨酯膠粘劑。

固化機(jī)理：水氣固化。利用空氣中微量水分及基材表面微量吸附水而固化，還可與基材表面活性氫基團(tuán)反應(yīng)形成牢固的化學(xué)鍵。

溶劑型單組分聚氨酯：以熱塑性聚氨酯彈性體為主體的聚氨酯膠粘劑，主成分為高分子量端OH基線型聚氨酯，羥基數(shù)很小。

固化機(jī)理：通過溶劑揮發(fā)達(dá)到固化。加熱可促進(jìn)固化。當(dāng)溶劑開始揮發(fā)時膠的粘度迅速增加，產(chǎn)生初粘力。當(dāng)溶劑基本上完全揮發(fā)后，就產(chǎn)生了足夠的粘接力，經(jīng)過室溫放置，多數(shù)該類型聚氨酯彈性體中鏈段結(jié)晶，可進(jìn)一步提高粘接強(qiáng)度。這種類型的單組分聚氨酯膠一般以結(jié)晶性聚酯作為聚氨酯的主要原料。

雙組分聚氨酯膠粘劑：主劑一般為聚氨酯多元醇或高分子聚酯多元醇。

固化機(jī)理：通過化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)固化。含端NCO基團(tuán)的固化劑與主劑中的活性氫羥基發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而固化。兩組分的配比以固化劑稍過量，即有微量NCO基團(tuán)過剩為宜，如此可彌補(bǔ)可能的水分造成的NCO損失，保證膠粘劑產(chǎn)生足夠的交聯(lián)反應(yīng)。

3 常見異氰酸酯：MDI, TDI（在不影響性能的情況下，能用MDI，就不再用TDI）

TDI沸點(diǎn)低，易揮發(fā)，毒性很大。MDI毒性很小，揮發(fā)很少，應(yīng)用比較安全。

4 硅膠（silicone）

硅橡膠按其硫化機(jī)理可分為：加熱硫化型、室溫硫化型（縮合型）和加成反應(yīng)型三大類。

加熱硫化硅膠：基礎(chǔ)膠料是高分子量的聚硅氧烷，以過氧化物為交聯(lián)劑。

機(jī)理：過氧化物引發(fā)的自由基交聯(lián)反應(yīng)。

室溫硫化硅膠：基礎(chǔ)膠料是羥基封端的低分子量聚硅氧烷。

室溫硫化硅膠按包裝形式可分為單組分和雙組分兩種。

單組分室溫硫化硅膠固化機(jī)理：

是膠料中的羥基遇到空氣中的水氣，水解成不穩(wěn)定的羥基，再與交聯(lián)劑發(fā)生縮合反應(yīng)。按照交聯(lián)劑類型不同可以分為以下幾種：

（1）脫醋酸型（2）脫肟型（3）脫醇型（4）脫丙酮型

雙組分室溫硫化硅膠固化機(jī)理：

縮合型機(jī)理：膠料中的羥基在催化劑（有機(jī)錫鹽，如二丁基二月桂酸錫、辛酸亞錫等）作用下與交聯(lián)劑（烷氧基硅烷類，如正硅酸乙酯或其部分水解物）上的烷氧基縮合反應(yīng)而成。以脫醇型最為常見。

加成型機(jī)理：在催化劑的作用下，發(fā)生加成交聯(lián)。固化過程沒有副產(chǎn)物，但易催化劑中毒。

5 丙烯酸（Acrylic）

固化機(jī)理：在光或熱作用下，引發(fā)劑作用下促使丙烯酸中的雙鍵打開，進(jìn)行自由基鏈?zhǔn)郊映煞磻?yīng)。還可以氧化固化：在氧氣作用下引發(fā)自由基鏈?zhǔn)骄酆戏磻?yīng)。

6 氰基丙烯酸鹽的粘合劑（CA）既瞬干膠

固化機(jī)理：固化時基材表面要有一定的濕度，濕氣中和酸性穩(wěn)定劑后，單體在水氣的作用下，在基材表面發(fā)生陰離子聚合反應(yīng)。

從固化機(jī)理可以看出：升高溫度不會加快瞬干膠的固化，因為溫度高，濕度就小，就不能快速完全的破壞酸性穩(wěn)定劑。

7 厭氧膠的固化機(jī)理

是自由基聚合反應(yīng)，氧氣的存在會起阻聚作用。其阻聚機(jī)理：引發(fā)劑引發(fā)單體產(chǎn)生自由基后，容易吸收氧再與另一自由基結(jié)合，生成穩(wěn)定的過氧化物；隔絕氧氣后，能迅速進(jìn)行自由基聚合，實現(xiàn)固化。

8 UV固化機(jī)理

紫外線丙烯酸型：光引發(fā)化劑在紫外光照射下形成自由基，自由基引發(fā)丙烯酸單體聚合。

紫外線陽離子（環(huán)氧）型：光引發(fā)化劑在紫外光照射下形成陽離子，陽離子引發(fā)環(huán)氧鏈接形成聚合物。

前者存在氧氣抑制作用：生成的自由基會和氧氣反應(yīng)，影響聚合反應(yīng)的速率。

后者會受濕氣影響：空氣中的水汽或堿性表面會終止陽離子的活性，影響反應(yīng)速率。

不同化學(xué)類型粘合劑的主要優(yōu)缺點(diǎn)

環(huán)氧樹脂

優(yōu)點(diǎn)：

1 力學(xué)性能高。環(huán)氧樹脂內(nèi)聚力強(qiáng)，化學(xué)結(jié)構(gòu)致密。

2 粘結(jié)性能優(yōu)異。

3 固化體積收縮率小。線脹系數(shù)也很小，因此內(nèi)應(yīng)力小

4 工藝性好。固化時基本不產(chǎn)生低分子量揮發(fā)物。

5 電性能好。

6 穩(wěn)定性好。不含鹽，堿等雜質(zhì)，一般不會變質(zhì)。

7 耐熱性一般。

缺點(diǎn)：

1 不增韌時，固化物一般偏脆，抗剝離、抗開裂、抗沖擊性能差。

2 對極性小的材料（如PP、PP、氟塑料等）粘接力小。必須先進(jìn)行表面活化處理。

3 有些原材料如活性稀釋劑、固化劑等有不同程度的毒性和刺激性

聚氨酯

優(yōu)點(diǎn)：

1 硬度范圍寬。邵A15~邵D90

2 機(jī)械性能高

3 耐磨，抗沖擊性高。

4 低溫柔韌性好。

5 彈性好。

6 耐候性，耐油性好

7 耐生物老化

缺點(diǎn)：高溫，高濕條件易水解

硅膠

優(yōu)點(diǎn)：

1 好的電性能。

2 適用的溫度范圍寬（-50, -100~+200）。

3 柔韌性好，應(yīng)力低。

4 固化時不放熱5低毒。

6 固化后收縮性小。

7 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐腐蝕。

8 耐臭氧，耐候性好。

9 憎水性。

弱點(diǎn)：

1 粘結(jié)性能相對于Epoxy較差。

2 相對于Epoxy，硬度也較低。

3 會有固化抑制或固化中毒的現(xiàn)象。

固化劑中毒：指膠體部分不固化或者整個膠體不固化。產(chǎn)生的原因是某些材料、化合物、固化劑和增塑劑會阻礙有機(jī)硅的固化。主要包括：有機(jī)錫和其他金屬有機(jī)化合物；含有機(jī)錫催化劑的硅酮橡膠；硫，聚硫類，聚砜類或其他含硫化合物；胺，氨基甲酸乙酯或其他含胺物品；不飽和的炭氫增塑劑；一些助焊劑殘余物。

解決方法是用清洗劑清洗要粘接和涂敷的表面，然后再點(diǎn)膠。

粘結(jié)的過程

1 潤濕：為使被粘物表面易被潤濕，需清洗處理，除去油污。

2 粘膠劑分子的移動和擴(kuò)散：膠粘劑分子按布朗運(yùn)動的規(guī)律向被粘物表面移動。

3 粘膠劑的滲透：粘接時膠粘劑向被粘物的縫隙滲透，從而增大了接觸面積。

4 物理化學(xué)結(jié)合：化學(xué)鍵結(jié)合，范德華力結(jié)合。

粘結(jié)強(qiáng)度的影響因素

粘接接頭的強(qiáng)度取決于三個基本因素：

1 膠粘劑的內(nèi)聚強(qiáng)度。

2 被粘材料的內(nèi)聚強(qiáng)度。

3 膠粘劑與被粘材料之間的粘合力。

圖1：不同分子之間的吸引力

圖2：相同分子之間的吸引力

基材條件：

1 基材（表面能）：表面能越大，基材潤濕性越好，越易粘結(jié)。

2 表面粗糙程度/間隙：要有一定的粗糙度，金屬表面還應(yīng)去除氧化膜。

3 表面的清潔：表面需除去污漬和油脂等污染物。

工序條件：

時間，溫度，壓力，濕度等

潤濕的機(jī)理

圖3：潤濕機(jī)理

θ：為接觸角

接觸角越小，潤濕越好

不同基材的表面能

金屬（高表面能）：

–鋼，銅，鐵，鋁等等。

高表面能量塑料：

–聚碳酸酯，丙稀氰/丁二烯/苯乙稀共聚物，丙烯酸酯等。

低表面能量塑料：

–聚丙烯（PP），聚乙烯（PE），鐵弗龍（PTFE聚四氟乙烯），硅橡膠等。

表面能比較低的基材的粘結(jié)一般要進(jìn)行表面處理，需要打底涂劑。

TDS常見術(shù)語

粘度viscosity：量度流體內(nèi)部阻止流動的阻力Water=1Cps（水）Honey=8,000–10,000Cps（蜂蜜）。

觸變性thixotropy：流體由于受力運(yùn)動（例如攪拌）而引起粘度變化但靜置能復(fù)原的性質(zhì)。

表觀密度Specific Gravity：一給定體積的物質(zhì)相對于相同體積的水的密度。

硬度Durometer Hardness：膠水的硬度高低通常用肖氏硬度（Shore）來表示，硬度高的通常用Shore DXX表示，Shore A和Shore D也可以換算的，ShoreD30相當(dāng)于Shore A80，肖氏硬度的測試方法：用肖氏硬度計插入被測材料，表盤上的指針通過彈簧與一個刺針相連，用針刺入被測物表面，表盤上所顯示的數(shù)值即為硬度值。

Physical Properties：

抗張強(qiáng)度（Tension Strength）

剪切強(qiáng)度（Shear Strength）

剝離強(qiáng)度（Peer Strength）

壓縮強(qiáng)度（Compression Strength）

劈裂強(qiáng)度（Cleavage Strength）

熱膨脹系數(shù)（CTE）：單位為in/in-F時表示：每一英寸長度物體在溫度每變化一華氏度時，其長度變化的英寸量。單位為ppm/°C時表示溫度每變化1°C材料長度變化的百分率。

玻璃轉(zhuǎn)化溫度（Tg）：玻璃轉(zhuǎn)化溫度是聚合物的特有屬性，當(dāng)環(huán)境溫度高于Tg時聚合物成橡膠（塑）態(tài)，柔軟而有彈性；當(dāng)環(huán)境溫度低于Tg時聚合物成玻璃態(tài)。硬而缺乏彈性。

Electrical Properties：

介電強(qiáng)度（Dielectric Strength）：單位為伏特/密耳或千伏/毫米，一個絕緣物體最高能承受的最高電壓。如果超過這個值，那么就會出現(xiàn)擊穿。

介電常數(shù)（Dielectric Constant）：介質(zhì)在外加電場時會產(chǎn)生感應(yīng)電荷而削弱電場，原外加電場（真空中）與最終介質(zhì)中電場比值即為介電常數(shù)（permeability），又稱誘電率。如果有高介電常數(shù)的材料放在電場中，場的強(qiáng)度會在電介質(zhì)內(nèi)有可觀的下降。真空介電常數(shù)為1。

介質(zhì)損耗（Dissipation Factor）：絕緣材料在電場作用下，由于介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)，在其內(nèi)部引起的能量損耗。也叫介質(zhì)損失，簡稱介損。

體電阻率（Volume Resistivity）：平行材料中電流方向的電位梯度與電流密度之比，用歐姆?厘米表示。

絕緣電阻（Insulation Resistance）：加直流電壓于電介質(zhì)，經(jīng)過一定時間極化過程結(jié)束后，流過電介質(zhì)的泄漏電流對應(yīng)的電阻稱絕緣電阻。