膠粘劑介紹與膠接工藝
膠接是通過(guò)具有黏附能力的物質(zhì)，把同種或不同種材料牢固地連接在起的方法。具有黏附能力的物質(zhì)稱(chēng)為膠粘劑或黏合劑，被膠接的物體稱(chēng)為被粘物，膠鉆劑和被黏物構(gòu)成的組件稱(chēng)為膠接接頭。
其主要優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)率高；工藝靈活、快速、簡(jiǎn)便；接頭可靠、牢固、美觀產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和加工工藝簡(jiǎn)單；省材、省力、成本低、變形小。容易實(shí)現(xiàn)修舊利廢接技術(shù)可以有效地應(yīng)用于不同種類(lèi)的金屬或非金屬之間的聯(lián)接等。
現(xiàn)在使用的膠粘劑均是采用多種組分合成樹(shù)脂膠粘劑，單一組分的膠粘劑已不能滿(mǎn)足使用中的要求。合成膠粘劑由主劑和助劑組成，主劑又稱(chēng)為主料、基料或粘料；助劑有固化劑、稀釋劑、增塑劑、填料、偶聯(lián)劑、引發(fā)劑、增稠劑、防老劑、阻聚劑、穩(wěn)定劑、絡(luò)合劑、乳化劑等，根據(jù)要求與用途還可以包括阻燃劑、發(fā)泡劑、消泡劑、著色劑和防霉劑等成分。
1.1主劑
主劑是膠粘劑的主要成分，主導(dǎo)膠粘劑粘接性能，同時(shí)也是區(qū)別膠粘劑類(lèi)別的重要標(biāo)志。主劑一般由一種或兩種，甚至三種高聚物構(gòu)成，要求具有良好的粘附性和潤(rùn)濕性等。通常用的粘料有:
1)天然高分子化合物
如蛋白質(zhì)、皮膠、魚(yú)膠、松香、桃膠、骨膠等。
2)合成高分子化合物
①熱固性樹(shù)脂，如環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂等。
②熱塑性樹(shù)脂，如聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇及縮醛類(lèi)樹(shù)脂、聚苯乙烯等。
③彈性材料，如丁腈膠、氯丁橡膠、聚硫橡膠等。
④各種合成樹(shù)脂、合成橡膠的混合體或接枝、鑲嵌和共聚體等。
2.助劑
為了滿(mǎn)足特定的物理化學(xué)特性，加入的各種輔助組分稱(chēng)為助劑，例如：為了使主體粘料形成網(wǎng)型或體型結(jié)構(gòu)，增加膠層內(nèi)聚強(qiáng)度而加入固化劑(它們與主體粘料反應(yīng)并產(chǎn)生交聯(lián)作用)；為了加速固化、降低反應(yīng)溫度而加入固化促進(jìn)劑或催化劑；為了提高耐大氣老化、熱老化、電弧老化、臭氧老化等性能而加入防老劑；為了賦予膠粘劑某些特定性質(zhì)、降低成本而加入填料；為降低膠層剛性、增加韌性而加入增韌劑；為了改善工藝性降低粘度、延長(zhǎng)使用壽命加入稀釋劑等。包括：
2)固化劑
固化劑又稱(chēng)硬化劑，是促使黏結(jié)物質(zhì)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)加快固化的組分,它是膠粘劑中最主要的配合材料。它的作用是直接或通過(guò)催化劑與主體聚合物進(jìn)行反應(yīng)，固化后把固化劑分子引進(jìn)樹(shù)脂中，使原來(lái)是熱塑性的線(xiàn)型主體聚合物變成堅(jiān)韌和堅(jiān)硬的體形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
固化劑的種類(lèi)很多，不同的樹(shù)脂、不同要求采用不同的固化劑。膠接的工藝性和其使用性能是由加人的固化劑的性能和數(shù)量來(lái)決定的。
3)增韌劑
增韌劑的活性基團(tuán)直接參與膠粘劑的固化反應(yīng)，并進(jìn)入到固化產(chǎn)物最終形成的一個(gè)大分子的鏈結(jié)構(gòu)中。沒(méi)有加入增韌劑的膠粘劑固化后，其性能較脆，易開(kāi)裂，實(shí)用性差。加入增韌劑的膠接劑，均有較好的抗沖擊強(qiáng)度和抗剝離性。不同的增韌劑還可不同程度地降低其內(nèi)應(yīng)力、固化收縮率，提高低溫性能
常用的增韌劑有聚酰胺樹(shù)脂、合成橡膠、縮醛樹(shù)脂、聚砜樹(shù)脂等。
4)稀釋劑
稀釋劑又稱(chēng)溶劑，主要作用是降低膠粘劑粘度，增加膠粘劑的浸潤(rùn)能力，改善工藝性能。有的能降低膠粘劑的活性，從而延長(zhǎng)使用期。但加入量過(guò)多，會(huì)降低膠粘劑的膠接強(qiáng)度、耐熱性、耐介質(zhì)性能。
常用的稀釋劑有丙酮、漆料等多種與粘料相容的溶劑。
5)填料
填料一般在膠黏劑中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使用填料可以提高膠接接頭的強(qiáng)度、抗沖擊韌性、耐磨性、耐老化性、硬度、最高使用溫度和耐熱性，降低線(xiàn)膨脹系數(shù)、固化收縮率和成本等。常用的填料有氧化銅、氧化鎂、銀粉、瓷粉、云母粉、石棉粉、滑石粉等。
6)改性劑
改性劑是為了改善膠黏劑的某一方面性能，以滿(mǎn)足特殊要求而加入的一些組分，如為增加膠接強(qiáng)度，可加入偶聯(lián)劑，還可以加入防腐劑、防霉劑、阻燃劑和穩(wěn)定劑等。
1.2 膠粘劑的分類(lèi)
膠粘劑的品種繁多，組成不同，用途各異，分類(lèi)方法如下。
1.按來(lái)源可分為天然膠粘劑和合成膠粘劑。
天然膠粘劑的原料主要來(lái)自天然，如動(dòng)物膠有骨膠、蟲(chóng)膠、魚(yú)膠等；植物膠有淀粉、松香等。合成膠粘劑就是由合成樹(shù)脂或合成橡膠為主要原料配制而成的膠粘劑，如熱固型膠粘劑有環(huán)氧、酚醛、丙烯酸雙脂、有機(jī)硅、不飽和聚酯等。橡膠型膠粘劑有氯丁橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠等。熱塑性膠粘劑有聚醋酸乙烯脂、乙烯，醋酸乙烯脂等。
2.按用途可分為通用膠粘劑和專(zhuān)用膠粘劑。
通用膠有一定的膠接強(qiáng)度，對(duì)一般材料都能進(jìn)行膠接，如環(huán)氧樹(shù)脂等。專(zhuān)用膠粘劑中有金屬用、木材用、玻璃用、橡膠用、聚乙烯泡沫塑料用等膠粘劑。
3.按膠接強(qiáng)度可分為結(jié)構(gòu)膠粘劑和非結(jié)構(gòu)膠枯劑。
結(jié)構(gòu)膠枯劑膠接的接頭抗剪切強(qiáng)度可達(dá)7MPa，不僅有足夠的剪切強(qiáng)度，而且具有較高的不均勻扯離強(qiáng)度，能長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)承受振動(dòng)、疲勞和沖擊等載荷，同時(shí)還具有一定的耐熱性和耐候性。非結(jié)構(gòu)膠粘劑在較低的溫度下有一定的強(qiáng)度，隨著溫度的升高膠接強(qiáng)度迅速下降，所以這類(lèi)膠粘劑主要用于膠接不重要的零件，或用于臨時(shí)固定。
4.按膠粘劑固化溫度可分為室溫固化膠粘劑、中溫固化膠粘劑、高溫固化膠粘劑。室溫是指溫度小于30℃，中溫是指30～99℃，高溫是指大于100℃以上能固化的膠粘劑。
5.按膠粘劑基料物質(zhì)可分為樹(shù)脂型、橡膠型、無(wú)機(jī)及天然膠粘劑等。
6.按其它特殊性能可分為導(dǎo)電、導(dǎo)磁、點(diǎn)焊膠粘劑等。
膠接工藝包括膠接前的準(zhǔn)備、接頭設(shè)計(jì)、配制膠粘劑、涂敷、合攏、固化和質(zhì)量檢測(cè)等。
2.1 膠接前的準(zhǔn)備
膠粘劑對(duì)被膠接材料膠接強(qiáng)度的大小，主要取決于膠粘劑與被膠接物之間的機(jī)械連接，分子間的物理吸附，相互擴(kuò)散及形成化學(xué)鍵等因素綜合作用的結(jié)果。被膠接物表面的結(jié)構(gòu)狀態(tài)對(duì)膠接接頭強(qiáng)度有著直接的影響。
被膠接物在加工、運(yùn)輸、儲(chǔ)存過(guò)程中，表面會(huì)存在氧化、油污、灰塵及其它雜質(zhì)等，在膠接前必須清除干凈。
常用的表面清除方法有脫脂處理法、機(jī)械處理法和化學(xué)處理法。
1.表面脫脂處理法
有機(jī)溶劑去油，目前用的脫脂方法有有機(jī)溶劑法、堿液法與表面活性劑法。常用的脫脂溶劑有丙酮、甲苯、二甲苯、三氯乙烯、四氯化碳、醋酸乙脂、香蕉水、汽油等。對(duì)于大批量小型膠接件，可采用三氯乙烯蒸氣槽內(nèi)放置半分鐘左右除油脂。對(duì)于大面積的膠粘表面，采用從上至下或從左到右一個(gè)方向清洗。采用溶劑脫脂時(shí)，應(yīng)有一定的晾干時(shí)間，防止膠接表面殘留溶劑影響接頭強(qiáng)度。對(duì)采用堿液清洗的膠接表面，清洗后必須再用熱水、冷水把表面的堿液沖洗于凈，后用熱風(fēng)干燥。
使用后的膠接物，表面容易吸附或沉積油污。如果允許高溫處理，可將膠接物置于200～250℃熱風(fēng)干燥箱中，使油脂滲出，然后用于凈棉紗揩擦，再用溶劑除油。特別強(qiáng)調(diào)的是溶劑一定要離開(kāi)火源，以防意外事故。
2.機(jī)械處理法
機(jī)械處理常用的手工工具有鋼絲刷、銅絲刷、刮刀、砂紙、風(fēng)動(dòng)工具等；機(jī)械方法有車(chē)削、刨削、砂輪打磨、噴砂等。采用機(jī)械方法處理表面，給表面提供了適當(dāng)?shù)拇植诙?，增加了有效的膠接面積，改善了膠接性能。
3.化學(xué)處理法
化學(xué)處理法有酸性溶液和堿性溶液兩種處理方法。經(jīng)化學(xué)處理的金屬可在表面形成一層均勻致密、堅(jiān)固的活性層，該活性層容易使膠粘劑潤(rùn)濕展開(kāi)，可明顯提高膠接強(qiáng)度。對(duì)允許化學(xué)處理的聚合物，如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、氟橡膠等，可使表面變成帶有極性基團(tuán)，提高了表面的自由能，增加了潤(rùn)濕性，能大幅度地改善膠接強(qiáng)度。
2.2 膠接接頭設(shè)計(jì)
1.膠接接頭幾種受力形式
一個(gè)膠接接頭在實(shí)際的使用中，不會(huì)只受到一個(gè)方向的力，而是一個(gè)或幾種力的集合。為了便于受力分析，把實(shí)際的膠接接頭受力簡(jiǎn)化為剪切力、拉力、剝離、劈裂幾種形式(圖1）。
圖1 膠接接頭的幾種受力形式
2.設(shè)計(jì)膠接接頭時(shí)應(yīng)遵守以下原則
制造一個(gè)高質(zhì)量的膠接接頭主要與膠粘劑的性能、合理的膠接工藝和正確的膠接接頭形式等三個(gè)方面有著密不可分的關(guān)系。設(shè)計(jì)膠接接頭時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)。
1)盡可能使膠接接頭膠層受壓、受拉伸和剪切作用，不要使接頭受剝離和劈裂作用，如圖2所示。圖2(b)接頭膠層的受力要好于圖2(a)。對(duì)于不可避免受剝離和劈裂的，應(yīng)采用圖3所示的措施來(lái)降低膠層的受剝離和劈裂作用。
圖2 接頭受力對(duì)比
圖3 降低膠層受剝離和劈裂的措施
2)合理設(shè)計(jì)較大的膠接接頭面積，提高接頭承載能力。
3)為了進(jìn)一步提高膠接接頭的承載能力，應(yīng)采用膠-焊、膠-鉚、膠-螺栓等復(fù)合聯(lián)結(jié)的接頭形式，如圖4所示。
圖4 復(fù)合聯(lián)接形式
4)設(shè)計(jì)的膠接接頭應(yīng)便于加工，表1是幾種常用的膠接接頭形式。
2.3 膠粘劑的配制與涂敷
1.膠粘劑的配制
膠粘劑配制的性能的好壞將直接影響膠接接頭的實(shí)用性能，因此，配制膠粘劑要科學(xué)合理，配制要按合理的順序進(jìn)行。
膠粘劑有單組分、雙組分和多組分等多種類(lèi)型。單組分的膠粘劑可直接使用。配制雙組分或多組分的膠粘劑時(shí)，必須準(zhǔn)確計(jì)算、稱(chēng)取各組分的質(zhì)童，質(zhì)量誤差不得超過(guò)2%～5%。固化劑用量過(guò)多，會(huì)使膠層變脆；加入量不足則膠粘劑的固化不完全。
膠粘劑在配制前，應(yīng)放在溫度為15～25℃(特殊的品種例外)、陰暗不透明、對(duì)膠粘劑沒(méi)有破壞作用的密閉容器內(nèi)。
配制膠粘劑要根據(jù)用量而定。用量小可采用手工攪拌；用量較大時(shí)，應(yīng)選用電動(dòng)攪拌器進(jìn)行攪拌。攪拌中各組分一定要均勻一致。對(duì)一些相容性差、填料多、存放時(shí)間長(zhǎng)的膠粘劑，在使用前要重新進(jìn)行攪拌。對(duì)粘度變大的還需加人溶劑稀釋后攪拌。
2.膠粘劑的涂敷
涂敷就是采用適當(dāng)?shù)姆椒ê凸ぞ邔⒛z粘劑涂敷在膠接部位表面。涂敷方法有刷涂、浸涂、噴涂、刮涂等。
根據(jù)膠粘劑使用目的，膠粘劑的粘度，被膠接物的性質(zhì)，可選用不同的涂膠方法。如果配制時(shí)的氣溫過(guò)低，膠粘劑枯度過(guò)大，可采用水浴加熱或先將膠枯劑放人烘箱中預(yù)熱。
涂敷的膠層要均勻，為避免粘合后膠層內(nèi)存有空氣，涂膠時(shí)均采用由一個(gè)方向到另一個(gè)方向涂敷，速度以2～4cm/s為宜。膠層厚度一般為0.08～0.15mm。
對(duì)溶劑型膠接劑和帶孔性的被膠接物，需涂膠2～3遍，在涂敷第二道前，要準(zhǔn)確掌握第一道膠溶劑揮發(fā)完全后再涂第二遍。如果膠層內(nèi)殘存過(guò)多的溶劑會(huì)降低膠接強(qiáng)度，但過(guò)分干燥膠層會(huì)失去粘附性。
對(duì)于不含溶劑的熱固性膠粘劑，涂敷后要立即粘合，避免長(zhǎng)時(shí)間放置吸收空氣中的水分，或使固化劑(如環(huán)氧膠粘劑的脂肪胺類(lèi)固化劑)揮發(fā)。
2.4 膠黏劑的固化
所謂固化就是膠粘劑通過(guò)溶劑揮發(fā)、熔體冷卻、乳液凝聚等物理作用，或通過(guò)縮聚、加聚、交聯(lián)、接枝等化學(xué)反應(yīng)，使其膠層變?yōu)楣腆w的過(guò)程。
膠接物合攏后，為了獲得硬化后所希望的聯(lián)接強(qiáng)度，必須準(zhǔn)確地掌握固化過(guò)程中壓力、溫度、時(shí)間等工藝及參數(shù)。
1.固化壓力
加壓有利于膠粘劑對(duì)表面的充分浸潤(rùn)、排出膠層內(nèi)的溶劑或低分子揮發(fā)物、控制膠層厚度、防止因收縮引起的被膠接物之間的接觸不良、提高膠粘劑的流動(dòng)性等。
適中的壓力可很好地控制膠層厚度，充分發(fā)揮膠粘劑的膠接作用，保證膠層中無(wú)氣孔等。加壓的大小與膠粘劑及被膠接物的種類(lèi)有關(guān)，對(duì)于脆性材料或加壓后易變形的塑料，壓力不易過(guò)大。一般情況下，對(duì)無(wú)溶劑膠粘劑比溶劑性膠粘劑加壓要??；對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑，采用接觸壓力即可。圖5為常用的幾種加壓方法簡(jiǎn)圖。
圖5常用加壓方法
2.溫度和時(shí)間
固化溫度主要根據(jù)膠粘劑的成分來(lái)決定。固化溫度過(guò)低，基體的分子鏈運(yùn)動(dòng)困難，致使膠層的交聯(lián)密度過(guò)低，固化反應(yīng)不完全，要使固化完全必須增加固化時(shí)間；如果溫度過(guò)高會(huì)引起膠液流失或使膠層脆化。固化溫度高低均會(huì)降低接頭的膠接強(qiáng)度。對(duì)一些可在室溫下固化的膠粘劑，通過(guò)加溫可適當(dāng)加速交聯(lián)反應(yīng)，并使固化更充分、更完全，從而縮短固化時(shí)間。
固化溫度與固化時(shí)間是相輔相成的，固化溫度越高，固化時(shí)間可短一些；固化溫度越低，固化時(shí)間應(yīng)長(zhǎng)一些。表2是幾種膠粘劑的固化條件、使用溫度。更多濾芯膠請(qǐng)?jiān)L問(wèn)s1l6e.cn
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