下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
胶黏剂通常都是由多种组分所组成。除了起基本黏附作用的有机或无机高聚物之外，为了满足它的物理性能、化学性能、力学性能、耐环境性能、工艺性能与使用性能的要求，通常还要加入其他辅助组分。如为了提高胶黏剂的韧性而加入热塑性树脂或弹性体以及增塑剂；为了使黏料树脂形成网型与体型结构，增加胶层的内聚强度而加入固化剂；为了加快固化速度、降低固化温度而加入固化促进剂与催化剂；为了赋予胶黏剂一特殊性能，降低成本而加入填料；为了改善胶黏剂的流淌性而加入触变剂；为了提高胶黏剂的胶接强度、耐水性、耐热性与耐候性而加入偶联剂；为了降低胶黏剂的黏度，增加浸润性，延长胶黏剂的可适用期，易于涂布等，而加入稀释剂；为了延长胶接制件的使用寿命，提高胶黏剂的耐环境性能，如热、光、氧、臭氧、水、辐射、霉菌等，而加入防老剂。
基料又叫黏料，它是决定胶黏剂性能的基本且必要的成分，对胶接性能优劣起主导作用，要求它必须具有良好的黏附性与润湿性等。为提高它的黏附性和耐环境性能，基料也可以由两种或两种以上的高聚物组成，配以助剂制成合金化高聚物胶黏剂。常用的有天然高聚物、合成橡胶、合成树脂及其改性产品。另外，还有无机高聚物如硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐与硼酸盐等化合物。
（1）天然高聚物 有淀粉、蛋白质、动物的骨与血、天然橡胶、天然树脂（大漆、松香、虫胶、达玛树脂与琥珀）。由于它们性能差，其应用范围越来越小。
（2）合成橡胶 合成橡胶有氯丁橡胶、丁腈橡胶、聚硫橡胶、聚异丁烯橡胶、聚氨酯橡胶、丁基橡胶与有机硅橡胶等。其中，氯丁橡胶与丁腈橡胶含有极性基团，同时具有较好的柔顺性和黏附性，故常与热固性的纯酚醛树脂混合，加入适当的组分可制成非结构胶黏剂。丁腈-40的橡胶改性环氧树脂可制成有较高剪切强度和剥离强度、良好的断裂韧性和疲劳性能、耐油、耐湿热老化的结构胶黏剂。聚硫橡胶有好的黏附性、小的透气性与好的耐油性，用它可以制成航空专用密封胶。有机硅橡胶有好的耐温性、老化性、耐水性及优异的电性能，故它广泛用于电子仪器设备、电子元件以及建筑上作绝缘、防潮、防震、胶接和密封。
（3）合成树脂 分热固性树脂与热塑性树脂两大类。大多数结构胶黏剂都是由热固性树脂组成的基体，它们都含有极性基团，故有较好的黏附性。在这类树脂的主链上若引入苯环、脂肪环与杂环，它的耐热性可大大提高。常用的热固性树脂有环氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚氨酯、热固性聚酯、有机硅树脂与聚酰亚胺树脂。
（4）热塑性树脂 刚性小、柔软、弹性模数小，单独使用时会发生蠕变，通常被用作非结构胶黏剂的基体。常用的树脂有聚乙烯醇缩醛（缩甲醛、缩甲乙醛与缩丁醛）、聚丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚苯硫醚、乙烯及其共聚物、醋酸乙烯与氯乙烯共聚物与聚酰胺等。对于热塑性树脂，不是任何聚合度的高聚物都可以获得较好的胶接性能。如聚合度小，熔点低、黏度小、黏附性好，但内聚强度小，故胶接强度低；聚合度大，在有机溶剂中难溶，熔点、黏度都高，虽说它有较好的内聚强度，但黏附性差，强度也低。要获得好的胶接性能，其聚合度应控制在一定的范围，具体参见表1-1。
表1-1 热塑性高聚物胶接性能最佳的聚合度范围
（5）热塑性弹性体 又称热塑性橡胶，它是一种新的胶黏剂基料，不需要加硫化剂，注射或模压加工的制品就具有橡胶弹性体一样的高弹性，如将它拉伸为原长度的2倍以上，当外力去除后，即可立即恢复到原有长度。它常用作制备非结构胶黏剂。如SBS弹性体（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体）等。
固化剂或硫化剂是热固性胶黏剂或橡胶胶黏剂的主要组分和必要组分。它直接或者通过催化剂的作用与胶黏剂中的基料高聚物进行交联反应，进入到胶黏剂的结构中去，使树脂或橡胶从线型高聚物变成部分交联（橡胶）或高度交联（热固性树脂）的网型或体型高聚物。这一组分对热固性树脂而言称为固化剂；对橡胶而言则称为硫化剂。由于固化反应或硫化反应的结果，赋予胶黏剂有好的胶接强度、刚性、韧性、热稳定性、耐介质性与耐候性。
固化剂的选用应根据所用基料聚合物的性质、所要求胶层的性能以及可实施的工艺条件来选取。对环氧胶黏剂来说，固化剂种类很多，可以按照固化剂和环氧树脂的固化反应机理及固化剂的化学结构分类（如图1-1所示）。
图1-1 固化剂分类示意
显在型固化剂（以下简称固化剂）即为普通的固化剂，分为加成聚合型和催化型。潜伏型固化剂，则是与环氧树脂以配合形式，在一定温度（25℃）长期稳定贮存，一旦暴露于热、光和湿气中则容易发生固化反应。这类固化剂基本上是用物理和化学方法封闭固化剂的活性。潜伏型固化剂简化了环氧树脂的使用方法，由于其应用范围日益扩大，同时在实际使用上有诸多优点，可以说是现在研究与开发的重点。
填充剂又称填料，在胶黏剂中它是一类在结构和性能上与基料完全不同的配合剂。它们的加入不仅是作为一种填充物、增量剂使用，而且能大大降低成本。因此又可称为致廉助剂。填料的配合使用尤为重要，它可以改善胶黏剂的物理机械性能，如提高抗压、抗弯强度及弹性模量，增加韧性，提高粘接强度，改善耐热性能、电性能（如绝缘、导电）等，还可提高耐介质性、耐老化性、耐水性，降低胶层固化过程中的热应力和体积收缩率，增强硬度、耐磨性，可给予胶层各种颜色，赋予各种功能，如防腐、阻燃等；同时以合理配比加入后，可改进其施工性能，如增黏、增稠、具有触变性，具有灰浆的易和、易抹性，延长适用期等；特别是随着科技的发展，功能性填料的出现，填充剂早已不止是致廉助剂了，而是在改进胶黏剂性能、改进施工工艺性能及降低成本上都有着很重要的作用。
（1）填充剂的种类 胶黏剂中使用的填充剂品种繁多。按化学结构组成可以分为两大类：无机填充剂、有机填充剂。按所起作用也可以分为两大类：补强性填充剂、增量性填充剂。按来源可以分为矿物性填充剂、植物性填充剂、合成填充剂3大类。按外观状态又可以分粒状、粉状、纤维状、织物状、中空微球状等类别。胶黏剂常用的填充剂列于表1-2。
表1-2 胶黏剂常用的填充剂
①相对于100g环氧树脂。
（2）填充剂的使用方法
a.根据体系的性能要求，选择种类合适的填充剂。
b.填充剂的用量多少，应根据用途不同而确定。
c.将几种填充物混合使用，其性能可以互补；不同粒径的填充物搭配使用，能够实现最紧密堆砌，改善工艺性能。
d.填充剂应与所加入体系的pH值相适应，否则会产生絮凝、分层或沉降等，损害胶黏剂的性能。
在有些胶黏剂中，其主链的运动非常困难，反映在胶层上，则是表现出冲击强度较低，剥离强度有限，柔韧性较差，而刚性有余、脆性较大。胶层在热冲击下形变及应力集中而开裂；柔韧性不足还直接影响粘接强度。因此，为进一步改善胶层性能，提高粘接力及其他性能，改善胶黏剂的柔韧性十分必要。目前采用的方法是加入增塑剂、增韧剂及合金改性技术等。
（1）增塑剂 凡是能增加胶黏剂的流动性，使胶层具有柔韧性的物质称为增塑剂。增塑剂通常是高沸点难挥发的液体，或者是低熔点的固体。它们一般不与胶黏剂的主体成分发生化学反应。
增塑剂的主要作用是削弱胶黏剂中聚合物的分子间力，增加聚合物分子链的活动性，降低聚合物分子链的结晶性，其结果是胶黏剂形成胶层的硬度、模量、脆性降低，而伸长率、挠屈性、柔韧性提高，改善了胶黏剂的物理机械性能。
增塑剂应具有良好的相容性、耐久性、稳定性、高效性、耐寒性，还有其色泽、气味、毒性、来源性、经济性等。增塑剂与胶黏剂组分相容非常重要，能够形成均一浓度的体系，在贮存过程中不分层、不絮凝、不离析；在胶层中不迁移、不抽出、不挥发、不受热和光的影响，使固化物的物理机械性能耐久不变。增塑剂应具有较高的效率，加量少、效果大，这样可以减少对其他性能的不良影响。有时单一种增塑剂不能满足多方面性能要求，可以两种或两种以上的增塑剂混合使用，能够取长补短，获得良好的综合性能。
增塑剂种类很多，按其相容性大小和作用，分为主增塑剂和辅助增塑剂；根据化学结构可以分为邻苯二甲酸酯类、磷酸酯类、脂肪酸酯类、亚磷酸酯类、多元醇酯类、含氯增塑剂等。在胶黏剂中用的较多的增塑剂是邻苯二甲酸酯类，其次是磷酸酯类和氯化石蜡。
（2）增韧剂 凡能减低脆性，增加柔韧，而又不影响胶黏剂其他主要性能的物质，可称之为增韧剂。与增塑剂不同的是，增韧剂一般都含有活性基团，能够与基料发生反应，固化后不完全相容，有时还能分相，能获得较理想的增韧效果，抗冲击性能明显改善，而热变形温度下降甚微。一些低分子液体增塑剂加入树脂中，也能降低脆性，但强度、热变形温度却大幅度下降，不能满足结构粘接的需要，因此，增塑剂与增韧剂对胶黏剂性能的改善方面差别是很大的。有些线型高分子化合物能与树脂混合，含有活性基团，可参与树脂的固化反应，提高延伸率和冲击强度，但热变形温度有所下降，此类物质称为增柔剂。常用的有液体聚硫橡胶、液体丁腈橡胶、共聚尼龙、聚乙烯醇缩醛、聚氨酯、低分子聚酰胺等。由于它们与树脂适量配合可以制成结构胶黏剂，所以也将增柔剂归入增韧剂之列。增柔与增韧虽然互相关联，却又是不同的概念，但是实际上很难严格区分开来。从实质上讲，增韧与增柔不同，增韧不使材料整体柔化，而是将胶黏剂树脂固化物均相体系变成一个多相体系，即增韧剂聚集成球形颗粒于树脂的交联网络构成的连续相中形成分散相，抵抗开裂性能突变，使韧性大幅提高，但机械性能、耐热性能损失较小；而增柔则不可避免地要牺牲刚性和耐热性能。
改善韧性，可使冲击强度成倍或几十倍增长，伸长率也明显增大，然而往往不可避免地使模量、热变形温度等一些性能有所下降。因此在增韧的同时，必须防止过分地影响刚性，要精心设计胶黏剂配方，使二者综合平衡，才能使增韧后的胶黏剂更有实际应用价值。
目前胶黏剂的增韧途径有以下几种：
①用橡胶弹性体、热塑性塑料和热致性液晶（TLCP）聚合物等第二相来增韧改性。
②用热塑性塑料连续贯穿于胶黏剂树脂网络中，形成半互穿网络型聚合物增韧改性。其方法为分步法和同步法等。
③通过改变交联网络的化学结构组成（如在交联网络中引入“柔性段”），以提高交联网链的活动能力来增韧。
④通过控制分子交联状态的不均匀性，形成有利于塑性变形的非均匀结构来实现增韧。
⑤无机填充剂增韧。无机填充剂之中的超细粒子和纤维，对裂纹推进具有约束作用，好似裂纹被钉锚。可采用纳米二氧化硅和晶须增韧。晶须强度大、模量高，是优良的增韧剂，并且能提高强度，却不降低耐热性和刚性。
偶联剂又叫表面处理剂。为了在胶黏剂与被粘接制件（如金属橡胶塑料陶瓷玻璃等）表面间获得一坚固的粘接界表层，人们常用含有活性基团的偶联剂与被粘制件表面形成化学键来予以实现，从而能把不同性质的材料连接起来，具有这一性质的化合物叫偶联剂。如有机硅氧烷、磷酸酯、钛酸酯及某些配合物，应用最多的是有机硅氧烷偶联剂。有机硅氧烷偶联剂按照它的结构又分为活性、中性和惰性三类，它们之中又以含活性官能团，如氨基、环氧基、丙烯酸酯基的有机硅氧烷偶联剂应用最多。有机硅氧烷偶联剂由于黏度低、表面张力小与润湿性好等优点，当它涂布在被粘接制件表面时，就可立即展开、润湿表面，并十分容易地铺展至凹凸不平表面，渗透到极其细小的缝隙中去，从而有利于胶接。另外，从活性硅氧烷偶联剂的结构上看，它的通式RSiX 3 中，R为有机官能团，代表氨基、环氧基或丙烯酸酯基等活性基团，这些基团又能与胶黏剂基体高聚物上的官能团，如环氧树脂上的环氧基反应形成化学键，如它与铝、铜之间形成Si-O-Al、Si-O-Cu键等螯合作用，从而大大地改善了界面层的胶接强度，以及胶黏剂的耐水性、耐热性、耐老化等性能。
偶联剂处理胶接制件表面有两种方法。一种方法是涂布法，即事先将偶联剂配成0.5％～2％有机溶剂溶液，涂布在已脱脂和化学处理的被胶接制件表面，干燥后再涂上胶黏剂。使用时是现配现用，其溶剂视不同的偶联剂而定，分别为乙醇、甲苯或为丙酮等，这一方法效果好。另一种方法叫掺和法，即将偶联剂按胶黏剂基料总量的0.5％～3％的比例事先掺和到胶黏剂中，在胶黏剂固化时，偶联剂慢慢地迁移至胶接界面而起作用。表1-3中列出了胶黏剂的几种常用有机硅烷偶联剂。
表1-3 有机硅烷偶联剂
稀释剂是用来降低胶黏剂固体成分浓度的液体物质，稀释剂的加入不仅可以使胶黏剂获得良好的润湿性和流动性，同时使其制造中便于与其他组分混合均匀，可增大固体填料的含量，以提高某些物理机械性能（如压缩强度）；可延长使用期，迟缓固化速度等。当然事物都是一分为二的，稀释剂的加入也会给固化后的产物带来热性能下降，耐老化、耐介质性能受影响的不足，因此须慎重选用。正常采用极性相容原则选择稀释剂，即极性高的高聚物则选用极性高的稀释剂；反之，极性低的，则用极性低的稀释剂。胶黏剂用稀释剂根据其与基料是否反应又分为非活性稀释剂、活性稀释剂两类。
（1）非活性稀释剂 在体系里只是共混于基料中，不参与树脂的固化反应，它除了起到稀释剂作用之外，还可以提高延伸率，但降低了体系的强度、模量。对于只起溶解作用的非活性稀释剂通常称之为溶剂。常用非活性稀释剂列入表1-4中。
表1-4 常用非活性稀释剂
（2）活性稀释剂 分子中含有活性基团的能和固化剂一起与基料进行固化反应，并成为固化体系一部分的稀释剂。如环氧树脂胶黏剂中正丁基缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚等，它们大部分是环氧化合物，根据分子中环氧基团的数量又可分为单环氧化合物活性稀释剂和多环氧化合物稀释剂。单环氧化合物活性稀释剂的使用，能使变形温度降低，这是由于它的使用使交联密度下降的缘故。使用二、三环氧化合物作稀释剂，用量和固化方法适当，就不会降低交联密度，因此热态下的机械强度及耐介质保持率较高。与单环氧化合物稀释剂比较，在稀释效果上差些，要想将树脂黏度稀释到同等效果，所需添加量增大。短链及环状结构的二、三环氧化物稀释剂，对固化产物的热变形温度几乎无影响，而长碳链稀释剂的影响则十分明显。
某些含溴的环氧化合物，不仅具有一般稀释剂的降低黏度的性能，同时还具有阻燃性能。典型的产品有二溴代甲苯基缩水甘油醚、二溴代新戊二醇二缩水甘油醚等。
促进剂就是指能加快胶黏剂中树脂固化反应速度、缩短固化时间以及降低固化反应温度一类的物质。促进剂可分为酸性和碱性两类。酸性的有三氟化硼配合物、氯化亚锡、辛酸亚锡、异辛酸亚锡等。碱性的有有机胺类与咪唑类等化合物，如三乙胺、吡啶、DMP-30等。如DMP-30加入脂肪胺或酸酐类固化剂固化的环氧胶黏剂中，可加快固化速度，它的用量通常控制在树脂含量的1％～5％。
工业生产和日常生活对胶黏剂的应用是多种多样的，如要求有流动性、涂抹容易。但是在许多施工中，如在进行垂直面、仰面施工涂刷和嵌缝时，要求胶黏剂不流淌、不坠落。还有由于性能上的需要，在胶黏剂中加入了一些互相不能溶解或密度相差很大的固体组分，如填料、颜料等在长期贮存过程中，会发生沉降及分层，影响胶黏剂使用时的均一性及固化物的性能。这种在施工中要求胶黏剂有一定流动性，而又在固化过程中保持一定形态的特性，还要解决贮存期内不沉降的难题，只采用大分子量的基料或增加大量普通填料是无法加以解决的。而添加触变剂则可以迎刃而解。触变剂又称增稠剂，触变剂一般是一种具有很大表面积的不溶性添加剂。在聚合物体系加工时，它的存在使整个流动状态在母体内形成一个连续的网络，从而阻止分子或存在的任何其他微观粒子的布朗运动。这种运动被作用在很大接触面上的吸附力所阻止。气相二氧化硅的表面和流动态聚合物母体之间有形成氢键的可能性，因此它是最有效的触变剂。
增黏剂主要作用是使原来不粘或难粘的材料之间胶接强度提高、润湿与柔韧性改善。增黏剂大多是低分子量树脂，有天然的也有合成的，如烷基酚醛树脂、萜烯树脂、低分子量聚异丁烯、石油树脂、古马隆等。如氯丁橡胶胶黏剂中常加入的烷基酚醛树脂增黏。
防老剂是指可延长胶接制件在环境条件作用下的使用寿命、减缓胶黏剂老化性能的物质。如在组分中添加的抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂、紫外吸收剂等胺类、酚类、酯类等有机化合物。
着色剂为颜料或染料，它是赋予胶黏剂一定颜色的物质，有些是单独起作用，有些本来就是胶黏剂的组分，如钛白粉、炭黑、铝粉、三氧化二铬与锌铬黄等。