膠粘劑是一種具有很好粘合性能的物質(zhì)。通過粘附力和內(nèi)聚力由表面粘合而起連接物體的作用。能將同種或兩種或兩種以上同質(zhì)或異質(zhì)的制件(或材料)連接在一起,固化后具有足夠強度的有機或無機的、天然或合成的一類物質(zhì),統(tǒng)稱為膠粘劑或粘接劑、粘合劑、習慣上簡稱為膠。
分天然高分子化合物(淀粉、動物皮膠、骨膠、天然橡膠等) 、合成高分子化合物(環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂、聚胺酯等熱固性樹脂和聚乙烯醇縮醛、過氯乙烯樹脂等熱塑性樹脂,與氯丁橡膠,丁腈橡膠等合成橡膠) 、或無機化合物 (硅酸鹽、磷酸鹽等) 。根據(jù)使用要求,在膠粘劑中經(jīng)常摻入固化劑、促進劑、增強劑、烯釋劑、填料等。按用途分類,還可分離溫膠、密封膠、結構膠等。按使用工藝分類有室溫固化膠、壓敏膠等。應用膠合劑可連接異種材料和薄片材料,膠接處應力分布均勻。在集裝箱制造中和修理中常用的有環(huán)氧樹脂、氯丁橡膠和密封膠等。
近年來,有機膠粘劑有了越來越廣泛的應用,膠接技術亦已發(fā)展成熟,并成為膠接、焊接、機械連接當代三大連接技術之一。
膠粘劑應用理論
聚合物之間,聚合物與非金屬或金屬之間,金屬與金屬和金屬與非金屬之間的膠接等都存在聚合物基 料與不同材料之間界面膠接問題。膠接是綜合性強,影響因素復雜的一類技術,而現(xiàn)有的膠接理論都是從某一方面出發(fā)來闡述其原理,所以至今全面唯一的理論是沒有的。
吸附理論
人們把固體對膠粘劑的吸附看成是膠接主要原因的理論,稱為膠接的吸附理論。理論認為:粘接力的主要來源是粘接體系的分子作用力,即范德化引力和氫鍵力。當膠粘劑與被粘物分子間的距離達到10-5Å時,界面分子之間便產(chǎn)生相互吸引力,使分子間的距離進一步縮短到處于最大穩(wěn)定狀態(tài)。
根據(jù)計算,由于范德華力的作用,當兩個理想的平面相距為10Å;時,它們之間的引力強度可達10-1000MPa;當距離為3-4Å;時,可達100-1000MPa。這個數(shù)值遠遠超過現(xiàn)代最好的結構膠粘劑所能達到的強度。因此,有人認為只要當兩個物體接觸很好時,即膠粘劑對粘接界面充分潤濕,計算值是假定兩個理想平面緊密接觸,并保證界面層上各對分子間的作用同時遭到破壞時,也就不可能有保證各對分子之間的作用力同時發(fā)生。
膠粘劑的極性太高,有時候會嚴重妨礙濕潤過程的進行而降低粘接力。分子間作用力是提供粘接力的因素,但不是唯一因素。在某些特殊情況下,其他因素也能起主導作用。
膠粘劑的粘接原理
粘膠劑的使用應用在生活和生產(chǎn)的方方面面,如汽車內(nèi)飾件粘膠、包材粘膠、鞋材以及其他的建筑或者裝飾材料的表面粘接等,那么什么是粘膠劑?膠粘劑的原理和用途又是什么呢?
膠接(粘合、粘接、膠結、膠粘)是指同質(zhì)或異質(zhì)物體表面用膠粘劑連接在一起的技術,具有應力分布連續(xù),重量輕,或密封,多數(shù)工藝溫度低等特點。膠接特別適用于不同材質(zhì)、不同厚度、超薄規(guī)格和復雜構件的連接。
通過界面的黏附和內(nèi)聚等作用,能使兩種或兩種以上的制件或材料連接在一起的天然的或合成的、有機的或無機的一類物質(zhì),統(tǒng)稱為膠粘劑(adhesive),又叫黏合劑,習慣上簡稱為膠。簡而言之,膠粘劑就是通過黏合作用,能使被黏物結合在一起的物質(zhì)?!澳z粘劑”是通用的標準術語。
吸附理論
把固體對膠黏劑的吸附看成是膠接首要要素的理論,稱為膠接的吸附理論。理論認為:粘接力的首要來歷是粘接系統(tǒng)的分子作用力,即范德化引力和氫鍵力。膠粘與被粘物外表的粘接力與吸附力具有某種一樣的性質(zhì)。膠黏劑分子與被粘物外表分子的作用進程有兩個進程:榜首時期是液體膠黏劑分子憑借于布朗運動向被粘物外表分散,使兩界面的極性基團或鏈節(jié)彼此挨近,在此進程中,升溫、施加觸摸壓力和下降膠黏劑粘度等都有利于布朗運動的加強。第二時期是吸附力的發(fā)作。當膠黏劑與被粘物分子間的間隔到達10-5時,界面分子之間便發(fā)作彼此招引力,使分子間的間隔進一步縮短到處于最大安穩(wěn)狀況。
膠接強度與理論核算相差很大,這是由于固體的力學強度是一種力學性質(zhì),而不是分子性質(zhì),其巨細取決于資料的每一個部分性質(zhì),而不等于分子作用力的總和。核算值是假定兩個抱負平面嚴密觸摸,并確保界面層上各對分子間的作用一同遭到損壞時,也就不或許有確保各對分子之間的作用力同時作用。
膠黏劑的極性太高,有時分會嚴峻阻礙濕潤進程的進行而下降粘接力。分子間作用力是供應粘接力的要素,但不是僅有要素。在某些格外狀況下,別的要素也能起主導作用。
化學鍵構成理論
化學鍵理論認為膠黏劑與被粘物分子之間除彼此作用力外,有時還有化學鍵發(fā)作,化學鍵的強度比范德化作用力高得多;化學鍵構成不只可以行進粘附強度,還可以戰(zhàn)勝脫附使膠接接頭損壞的弊端。但化學鍵的構成并不一般,要構成化學鍵有必要滿意必定的條件,所以不或許做到使膠黏劑與被粘物之間的觸摸點都構成化學鍵。何況,單位粘附界面上化學鍵數(shù)要比分子間作用的數(shù)目少得多,因而粘附強度來自分子間的作用力是不能忽略的。
弱界層理論
當液體膠黏劑不能極好潤澤被粘體外表時,空氣泡留在空地中而構成弱區(qū)。又如,傍邊含雜質(zhì)能溶于熔融態(tài)膠黏劑,而不溶于固化后的膠黏劑時,會在固體化后的膠粘構成另一相,在被粘體與膠黏劑全體間發(fā)作弱界面層(WBL)。發(fā)作WBL除技能要素外,在聚合物成網(wǎng)或熔體彼此作用的成型進程中,膠黏劑與外表吸附等熱力學景象中發(fā)作界層構造的不均勻性。不均勻性界面層就會有WBL呈現(xiàn)。這種WBL的應力松懈和裂紋的開展都會不一樣。
分散理論
兩種聚合物在具有相容性的條件下,當它們彼此嚴密觸摸時,由于分子的布朗運動或鏈段的擺發(fā)作彼此分散景象。這種分散作用是穿越膠黏劑、被粘物的界面交錯進行的。分散的作用致使界面的不見和過渡區(qū)的發(fā)作。粘接系統(tǒng)憑借分散理論不能闡明聚合物資料與金屬、玻璃或別的硬體膠粘,由于聚合物很難向這類資料分散。
靜電理論
當膠黏劑和被粘物系統(tǒng)是一種電子的接受體-供應體的組合辦法時,電子會從供應體(如金屬)轉移到接受體(如聚合物),在界面區(qū)兩邊構成了雙電層,然后發(fā)作了靜電引力。然而,靜電力盡管的確存在于某些格外的粘接系統(tǒng),但決不是起主導作用的要素。
機械作用力理論
從物理化學觀念看,機械作用并不是發(fā)作粘接力的要素,而是添加粘接作用的一種辦法。膠黏劑浸透到被粘物外表的縫隙或高低的地方,固化后在界面區(qū)發(fā)作了嚙合力,這些狀況相似釘子與木材的接合或樹根植入泥土的作用。機械連接力的實質(zhì)是摩擦力。在粘合時,安排連接力是很首要的,但對某些堅實而潤滑的外表,這種作用并不顯著。
膠粘劑的分類
1.按應用方法可分為熱固型、熱熔型、室溫固化型、壓敏型等.
2.按應用對象分為結構型、非構型或特種膠.屬于結構膠粘劑的有:環(huán)氧樹脂類、聚氨酯類、有機硅類、聚酰亞胺類等熱固性膠粘劑;聚丙烯酸酯類、聚甲基丙烯酸酯類、甲醇類等熱塑性膠粘劑;還有如酚醛-環(huán)氧型等改性的多組分膠粘劑。
3.按固化形式可分為溶劑揮發(fā)型、乳液型、反應和熱熔型四種.
4.合成化學工作者常喜歡將膠粘劑按粘料的化學成分來分類.
5.按主要成分分為有機類、無機類。
6.按外觀分類,可分為液態(tài)、膏狀和固態(tài)三類。
7.按組分分類:單組分,雙組分,反應型。
組成膠粘劑的主劑與助劑
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。
主劑是膠粘劑的主要成分,主導膠粘劑粘接性能,同時也是區(qū)別膠粘劑類別的重要標志。主劑一般由一種或兩種,甚至三種高聚物構成,要求具有良好的粘附性和潤濕性等??勺鳛檎沉系奈镔|(zhì)有:
1.天然高分子,如淀粉、纖維素、單寧、阿拉伯樹膠及海藻酸鈉等植物類粘料,以及骨膠、魚膠、血蛋白膠、酪蛋白和紫膠等動物類粘料。
2.合成樹脂,分為熱固性樹脂和熱塑性樹脂兩大類。熱固性如環(huán)氧、酚醛、 不飽和聚酯、聚氨酯、有機硅、聚酰亞胺、雙馬來酰亞胺、烯丙基樹脂、呋喃樹脂、氨基樹脂、醇酸樹脂等;熱塑性樹脂如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸樹脂、尼龍、聚碳酸酯、聚甲醛、熱塑性聚酯、聚苯醚、氟樹脂、聚苯硫醚、聚砜、聚酮類、聚苯酯、液晶聚合物等,以及其改性樹脂或聚合物合金等。是用量最大的一類粘料。
3.橡膠與彈性體。橡膠主要有氯丁橡膠、丁基腈乙丙橡膠、氟橡膠、聚異丁烯、聚硫橡膠、天然橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠等;彈性體主要是熱塑件彈性體和聚氨酯彈性體等。
4.此外,還有無機粘料,如硅酸鹽、磷酸鹽和磷酸-氧化銅等。
為了滿足特定的物理化學特性,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)型或體型結構,增加膠層內(nèi)聚強度而加入固化劑(它們與主體粘料反應并產(chǎn)生交聯(lián)作用);為了加速固化、降低反應溫度而加入固化促進劑或催化劑;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:
1.固化劑
2.溶劑
3.增塑劑
4.填充劑
5.增韌劑
6.偶聯(lián)劑
7.其他助劑:引發(fā)劑、促進劑、增粘劑、阻聚劑、穩(wěn)定劑、防老劑、絡合劑、乳化劑。
膠粘劑的產(chǎn)品系列
熱塑性
纖維素酯、烯類聚合物(聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、過氯乙烯、聚異丁烯等)、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇縮醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物等類
熱固性
環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰-甲醛樹脂、有機硅樹脂、呋喃樹脂、不飽和聚酯、丙烯酸樹脂、聚酰亞胺、聚苯并咪唑、酚醛-聚乙烯醇縮醛、酚醛-聚酰胺、酚醛-環(huán)氧樹脂、環(huán)氧-聚酰胺等類
合成橡膠型
氯丁橡膠、丁苯橡膠、丁基橡膠、丁鈉橡膠、異戊橡膠、聚硫橡膠、聚氨酯橡膠、氯磺化聚乙烯彈性體、硅橡膠等類
橡膠樹脂型
酚醛-丁腈膠、酚醛-氯丁膠、酚醛-聚氨酯膠、環(huán)氧-丁腈膠、環(huán)氧-聚硫膠等類
膠粘劑產(chǎn)品
硬化膠、灌封膠、硅橡膠、聚氯乙烯膠、通用環(huán)氧膠、改性環(huán)氧膠、絕緣膠、聚酰亞胺膠、改性酚醛膠、丙烯酸酯膠、絕緣膠帶、雙面膠帶、高溫膠帶、特種膠 帶 、模切膠帶、其他
膠粘劑原材料及助劑
稀釋劑 、固化劑 、硫化劑、引發(fā)劑、促進劑、增塑劑 、增韌劑 、軟化劑、增粘劑 、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑 、修補劑 、 加速劑 、抗氧劑 、防霉劑、增強劑 、催化劑、 填充劑、接著劑、干燥劑、清潔劑 、防銹劑、乳化劑 、 阻聚劑、偶聯(lián)劑、防老劑、消泡劑、增稠劑、氧化劑 、阻燃劑、光敏劑、防腐劑 、潤滑劑、乳 液、單 體、助 劑 、溶 劑 、合成橡膠與彈性體、天然聚合物、合成樹脂、其他
膠粘劑制作設備
點膠機、真空泵、輸送泵、冷凝設備、捏合設備、乳化設備、釜類設備、研磨設備、檢測設備、裝卸設備、實驗設備、混合分散設備、貯罐類設備、加熱及輔助設備、 其它設備
膠粘劑包裝
打碼機、標簽機、液體灌裝機械、紙制品包裝、封口打包機械、膏體灌裝機械、鐵聽(桶)包裝、塑料及復合材料包裝、打包及其它耗材
(1)考慮膠接材料的種類性質(zhì)大小和硬度;
(2)考慮膠接材料的形狀結構和工藝條件;
(3)、考慮膠接部位承受的負荷和形式(拉力、剪切力、剝離力等);
(4)考慮材料的特殊要求如導電導熱耐高溫和耐低溫。
(1)金屬:金屬表面的氧化膜經(jīng)表面處理后,容易膠接;由于膠粘劑粘接金屬的兩相線膨脹系數(shù)相差太大,膠層容易產(chǎn)生內(nèi)應力;另外金屬膠接部位因水作用易產(chǎn)生電化學腐蝕。
(2)橡膠:橡膠的極性越大,膠接效果越好。其中丁腈氯丁橡膠極性大,膠接強度大;天然橡膠、硅橡膠和異丁橡膠極性小,粘接力較弱。另外橡膠表面往往有脫模劑或其它游離出的助劑,妨礙膠接效果。
(3)木材:屬多孔材料,易吸潮,引起尺寸變化,可能因此產(chǎn)生應力集中。另外,拋光的材料比表面粗糙的木材膠接性能好。
(4)塑料:極性大的塑料其膠接性能好。
(5)玻璃:玻璃表面從微觀角度是由無數(shù)部均勻的凹凸不平的部分組成.使用濕潤性好的膠粘劑,防止在凹凸處可能存在氣泡影響.另外,玻璃是以si-o-為主體結構,其表面層易吸附水.因玻璃極性強,極性膠粘劑易與表面發(fā)生氫鍵結合,形成牢固粘接.玻璃易脆裂而且又透明,選擇膠粘劑時需考慮到這些.
(1). 連接各種彈性模量和厚度不同的材料尤其是薄材料;
(2). 膠接表面光滑,氣動性良好;
(3). 密封性能好,腐蝕性能好;
(4). 延長膠接件的使用壽命和減輕膠接件重量;
(5). 勞動強度低,成本少,生產(chǎn)效率高;
(6). 非導電膠耐熱抗震絕緣,其中:
a、 改性環(huán)氧樹脂柔韌性的大小順序為:環(huán)氧-聚硫>;環(huán)氧-聚酰胺>;環(huán)氧-胺固化劑;
b、 改性酚醛柔韌性的大小順序為:酚醛-聚酰胺>;酚醛-聚醋酸乙烯酯>;酚醛-環(huán)氧;
為了確保膠粘質(zhì)量,必須做到如下幾點:
(1)選擇恰其所用的膠粘劑。
(2)兼顧膠粘劑強度高和耐久性好的兩個方面。
(3)不要使用超過貯存期和適用期的膠粘劑。
(4)單組份膠如果分層、沉淀、使用前應攪拌均勻。
(5)多組份膠應按規(guī)定比例調(diào)配混合均勻。
(6)不要采用簡單的對接。
(7)盡量采用搭接、斜接、套接、混合連接。
(8)搭接長度不要太長。
(9)膠粘層壓材料勿用搭接,而且斜接
(10)加螺加鉚,卷邊包角、防止剝離。