膠粘劑介紹與膠接工藝
膠接是通過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)稱為膠粘劑或黏合劑，被膠接的物體稱為被粘物，膠鉆劑和被黏物構(gòu)成的組件稱為膠接接頭。
其主要優(yōu)點(diǎn)是操作簡單、生產(chǎn)率高；工藝靈活、快速、簡便；接頭可靠、牢固、美觀產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和加工工藝簡單；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脂膠粘劑，單一組分的膠粘劑已不能滿足使用中的要求。合成膠粘劑由主劑和助劑組成，主劑又稱為主料、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、魚膠、松香、桃膠、骨膠等。
2)合成高分子化合物
①熱固性樹脂，如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯樹脂、脲醛樹脂、有機(jī)硅樹脂等。
②熱塑性樹脂，如聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇及縮醛類樹脂、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
為了滿足特定的物理化學(xué)特性，加入的各種輔助組分稱為助劑，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、延長使用壽命加入稀釋劑等。包括：
2)固化劑
固化劑又稱硬化劑，是促使黏結(jié)物質(zhì)通過化學(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)樹脂中，使原來是熱塑性的線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)。
固化劑的種類很多，不同的樹脂、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。沒有加入增韌劑的膠粘劑固化后，其性能較脆，易開裂，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脂、合成橡膠、縮醛樹脂、聚砜樹脂等。
4)稀釋劑
稀釋劑又稱溶劑，主要作用是降低膠粘劑粘度，增加膠粘劑的浸潤能力，改善工藝性能。有的能降低膠粘劑的活性，從而延長使用期。但加入量過多，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
膠粘劑的品種繁多，組成不同，用途各異，分類方法如下。
1.按來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自天然，如動(dòng)物膠有骨膠、蟲膠、魚膠等；植物膠有淀粉、松香等。合成膠粘劑就是由合成樹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用膠粘劑。
通用膠有一定的膠接強(qiáng)度，對一般材料都能進(jìn)行膠接，如環(huán)氧樹脂等。專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)可分為樹脂型、橡膠型、無機(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)量檢測等。
2.1 膠接前的準(zhǔn)備
膠粘劑對被膠接材料膠接強(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濕展開，可明顯提高膠接強(qiáng)度。對允許化學(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)。對于不可避免受剝離和劈裂的，應(yīng)采用圖3所示的措施來降低膠層的受剝離和劈裂作用。
圖2 接頭受力對比
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、稱取各組分的質(zhì)童，質(zhì)量誤差不得超過2%～5%。固化劑用量過多，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、對膠粘劑沒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。對一些相容性差、填料多、存放時(shí)間長的膠粘劑，在使用前要重新進(jìn)行攪拌。對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)的氣溫過低，膠粘劑枯度過大，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)殘存過多的溶劑會(huì)降低膠接強(qiáng)度，但過分干燥膠層會(huì)失去粘附性。
對于不含溶劑的熱固性膠粘劑，涂敷后要立即粘合，避免長時(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溶劑揮發(fā)、熔體冷卻、乳液凝聚等物理作用，或通過縮聚、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表面的充分浸潤、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，保證膠層中無氣孔等。加壓的大小與膠粘劑及被膠接物的種類有關(guān)，對于脆性材料或加壓后易變形的塑料，壓力不易過大。一般情況下，對無溶劑膠粘劑比溶劑性膠粘劑加壓要??；對環(huán)氧樹脂膠粘劑，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)膠粘劑的成分來決定。固化溫度過低，基體的分子鏈運(yùn)動(dòng)困難，致使膠層的交聯(lián)密度過低，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。對一些可在室溫下固化的膠粘劑，通過加溫可適當(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?jiān)L問jbmtpc.com
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