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胶粘剂基本知识汇总大全
2019-12-06 10:40:23
 

胶粘剂

  胶接(粘合、粘接、胶结、胶粘)是指同质或异质物体表面用胶粘剂连接在一起的技术,具有应力分布连续,重量轻,或密封,多数工艺温度低等特点。胶接特别适用于不同材质、不同厚度、超薄规格和复杂构件的连接。胶接近代发展最快,应用行业极广,并对高新科学技术进步和人民日常生活改善有重大影响。因此,研究、开发和生产各类胶粘剂十分重要。

  怎样制作

  胶同学小课堂|胶粘剂基本知识汇总大全(二)

  随着石化工业的迅速发展,聚苯乙烯泡沫塑料(FPS)被大规模地生产及应用,从而造成了废FPS污染环境的问题。人们对废FPS进行回收利用的研究有了很大的进展,其中有:用其制建筑用密封胶、涂饰剂、生产隔音保温砖等。我们以废FPS为主要原料制备出一种建材用胶粘剂,其性能较好。

  (1)原料及试剂 废FPS、甲苯、乙酸乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、顺丁烯二酸酐、丙烯酸、正丁醇、OP乳化剂。

  (2)仪器

  电磁搅拌器、旋转式粘度剂、强度测定仪、超级恒温槽、破碎机。

  (3)制备方法

  将一定量的废FPS破碎至粒度为0.5——1cm,置于250毫升烧杯中,加入一定量的水,再加入适量的清洗剂,搅拌清洗,然后用水反复漂洗干净,在烘箱中烤干,备用。

  取100毫升乙酸乙酯、50毫升甲苯于250毫升的三颈烧瓶中,加入102克烘干后的废FPS,同时开动搅拌器,使废FPS全部溶解,此时溶液呈无色透明状。称取2.5克顺丁烯二酸酐,溶于50毫升水中配成溶液,将其缓慢加入到三颈烧瓶中,待温度升至78度后加速搅拌,再逐滴加入4毫升丙烯酸,70分钟后加入7毫升OP乳化剂,加热搅拌20分钟,加入10毫升正丁醇,继续搅拌30分钟,冷至室温即得胶粘剂。

  胶粘剂的性能指标如下:

  外观 淡黄色粘稠状液体

  固含量 23%

  粘度过难关 >10000cP

  pH 5.0——6.0

  干燥时间 30分钟

  耐水试验 8天无变化

  耐10%HCl试验 8天无变化

  耐10%NaOH试验 8天无明显变化

  粘合强度 最大为18N/cm2

  回收废FPS制建材用胶粘剂,不仅可解决环境污染问题,又可产生很好的经济效益。

  选择方法

  选择原则

  (1)考虑胶接材料的种类性质大小和硬度;

  (2)考虑胶接材料的形状结构和工艺条件;

  (3)、考虑胶接部位承受的负荷和形式(拉力、剪切力、剥离力等);

  (4)考虑材料的特殊要求如导电导热耐高温和耐低温。

  胶接材料性质

  (1)金属:金属表面的氧化膜经表面处理后,容易胶接;由于胶粘剂粘接金属的两相线膨胀系数相差太大,胶层容易产生内应力;另外金属胶接部位因水作用易产生电化学腐蚀。

  (2)橡胶:橡胶的极性越大,胶接效果越好。其中丁腈氯丁橡胶极性大,胶接强度大;天然橡胶、硅橡胶和异丁橡胶极性小,粘接力较弱。另外橡胶表面往往有脱模剂或其它游离出的助剂,妨碍胶接效果。

  (3)木材:属多孔材料,易吸潮,引起尺寸变化,可能因此产生应力集中。另外,抛光的材料比表面粗糙的木材胶接性能好。

  (4)塑料:极性大的塑料其胶接性能好。

  (5)玻璃:玻璃表面从微观角度是由无数部均匀的凹凸不平的部分组成.使用湿润性好的胶粘剂,防止在凹凸处可能存在气泡影响.另外,玻璃是以si-o-为主体结构,其表面层易吸附水.因玻璃极性强,极性胶粘剂易与表面发生氢键结合,形成牢固粘接.玻璃易脆裂而且又透明,选择胶粘剂时需考虑到这些.

  特点和选择

  (1). 连接各种弹性模量和厚度不同的材料尤其是薄材料;

  (2). 胶接表面光滑,气动性良好;

  (3). 密封性能好,腐蚀性能好;

  (4). 延长胶接件的使用寿命和减轻胶接件重量;

  (5). 劳动强度低,成本少,生产效率高;

  (6). 非导电胶耐热抗震绝缘,其中:

  a、 改性环氧树脂柔韧性的大小顺序为:环氧-聚硫>;环氧-聚酰胺>;环氧-胺固化剂;

  b、 改性酚醛柔韧性的大小顺序为:酚醛-聚酰胺>;酚醛-聚醋酸乙烯酯>;酚醛-环氧;

  质量要点

  为了确保胶粘质量,必须做到如下几点:

  (1)选择恰其所用的胶粘剂。

  (2)兼顾胶粘剂强度高和耐久性好的两个方面。

  (3)不要使用超过贮存期和适用期的胶粘剂。

  (4)单组份胶如果分层、沉淀、使用前应搅拌均匀。

  (5)多组份胶应按规定比例调配混合均匀。

  (6)不要采用简单的对接。

  (7)尽量采用搭接、斜接、套接、混合连接。

  (8)搭接长度不要太长。

  (9)胶粘层压材料勿用搭接,而且斜接

  (10)加螺加铆,卷边包角、防止剥离。

  发展史

  伴随着生产和生活水平的提高,普通分子结构的胶粘剂已经远不能满足人们在生产生活中的应用,这时高分子材料和纳米材料成为改善各种材料性能的有效途径,高分子类聚合物和纳米聚合物成为胶粘剂重要的研究方向。在工业企业现代化的发展中,设备的集群规模和自动化程度越来越高,同时针对设备的安全连续生产的要求也越来越高,传统的以金属修复方法为主的设备维护工艺技术已经远远不能满足针对更多高新设备的维护需求,对此需要研发更多针对设备预防和现场解决的新技术和材料,为此诞生了包括高分子复合材料在内的更多新的胶粘剂,以便解决更多问题,满足新的应用需求。

  正基于此,二十世纪后期,世界发达国家以美国公司为代表的研发机构,研发了以高分子材料和复合材料技术为基础的高分子复合型胶粘剂,它是以高分子复合聚合物与金属粉末或陶瓷粒组成的双组分或多组分的复合材料,它是在高分子化学、胶体化学、有机化学和材料力学等学科基础上发展起来的高技术学科。它可以极大解决和弥补金属材料的应用弱项,可广泛用于设备部件的磨损、冲刷、腐蚀、渗漏、裂纹、划伤等修复保护。高分子复合材料技术已发展成为重要的现代化胶粘剂应用技术之一。

  胶粘剂的种类

  据不完全统计,迄今为止已有6000多种胶粘剂产品问世,由于其品种繁多,组分各异,尚无统一的分类方法。按固化方式的不同可将胶粘剂分为熔融固化型、挥发固化型、遇水固化型、反应固化型。

  1.1、熔融固化型

  熔融固化型胶粘剂是指胶粘剂在受热熔融状态下进行粘合的一类胶粘剂。其中应用较普遍的为焊锡、银焊料等低熔点金属,棒状、粒状、膜状的EVA(聚乙烯 醋酸乙烯)热熔胶。

  1.2、挥发固化型

  挥发固化型胶粘剂是指胶粘剂中的水分或其它溶剂在空气中自然挥发,从而固化形成粘接的一类胶粘剂。如水玻璃系列胶粘剂、氯丁胶等。

  1.3、遇水固化型

  遇水固化型胶粘剂是指遇水后即发生化学反应并固化凝结的一类物质。其中以石膏、各类水泥为代表。

  1.4、反应固化型

  反应固化型胶粘剂是指由粘料与水以外的物质发生化学反应固化形成粘接的一类胶粘剂。磷酸盐类胶粘剂、齿科胶泥、α 氰基丙烯酸酯瞬干胶水、丙烯酸双酯厌氧胶水等都属于这一类。

  胶粘剂的特点

  2.1、耐温性耐温性是无机胶粘剂的优良特性之一。无机高温胶粘剂通常使用范围在1500——1750℃,而磷酸 氧化铜胶粘剂的耐温范围更广,可在 180——1400℃范围内使用。但无机高温胶粘剂使用的主要骨料是锆英砂和耐火土,锆英砂价格较高,主要靠进口,耐火 土要以牺牲土地来取得,代价巨大。因此,寻找廉价易得的产品来取代传统骨料以降低生产成本是当务之急。某些有机胶粘剂通过改性也已达到了耐高温性能。例如,酚醛树脂胶就能耐1500℃的高温。市场对耐温胶粘剂的需求正在不断的增长,因而这类胶粘剂有着广阔的发展前景。

  2.2、低污染性

  随着全球环境的日益恶化,人们逐渐开始使用一些环保产品。胶粘剂虽然算不上一类庞大的化工产品,但对环境的危害也不容忽视。那些非环保型的胶粘剂将逐渐被抛弃。聚乙烯甲醛胶粘剂(俗称“107胶”)由于含有游离甲醛,危害人体健康。在发达国家早已禁用,但在中国由于其价格低廉,所以仍有相当的市场份额。但其用量已逐渐减少,不久将会全部淘汰。如何通过改性使非环保型的胶粘剂变为环保型胶粘剂是势在必行的工作。日本公司已经研究成功一种可代替胶合板制造中不含甲醛的粘合剂。通常的脲甲醛和蜜胺粘合剂含有能引起人体过敏反应的甲醛,此粘合剂的强度、耐水性和成本与蜜胺粘合剂相近。在环保的呼声日益高涨的今天,越来越多的人开始致力于可生物降解胶粘剂的研制。聚合物的生物降解是通过水解和氧化作用来完成的。大部分能降解的聚合物在其主链上含有可降解的基团,例如胺基、羟基、脲基等。用双羟基与醚反应,合成含有羟甲基的聚酯作为基体,生产可生物降解的胶粘剂,他们还用含有羟基的丁酸酯、戊酸酯、纤维素、淀粉酯等作为基体,用蔗糖酯作为增粘剂,生产能生物降解或水解的胶粘剂。另外,以淀粉或磺化酯为基体,添加含有极性的蜡质,生产含有极性的,对水敏感的胶粘剂,能在水的作用下发生水解,在进行废弃处理时降低或消除对环境的污染

  2.3、粘接无破坏性

  材料的连接主要有螺栓连接、铆接、焊接和粘接等,使用螺栓连接等技术虽然可实现快速连接,但却因对材料部件打空或局部加热而对材料有所破坏,并在使用中不能避免应力集中。相比之下,粘接技术是一种非破坏性连接技术,并因粘接界面整体承受负荷而提高负载能力,延长了使用寿命。

  2.4 轻质性

  胶粘剂的密度较小,大多在0.9——2之间,约是金属或无机材料密度的20%——25%,因而可以大大减轻被粘物体连接材的重量。这在航天、航空、导弹上,甚至汽车、航海上,都有减轻自重,节省能源的重要价值。

  胶粘剂的应用

  胶粘剂除了能应用于传统的粘接以外还有一些新的、巧妙的应用。

  3.1、防腐蚀

  舰船的蒸汽管多采用包硅酸铝外加石棉来达到绝热目的,但是由于泄漏或冷热交替产生冷凝水,聚集在底层的蒸汽管外壁上;且蒸汽管长期受高温,可溶性盐的作用,外壁腐蚀很严重。为此可在硅酸铝底层用水玻璃系列胶粘剂作涂敷材料,形成类搪瓷结构的敷层,其热膨胀系数与管材相近,热应力小,不会皲裂。在机械安装中,构件常采用螺栓固定。由螺栓固定的器件长期暴露于空气中,会产生缝隙腐蚀。在机械工作过程中,有时会由于剧烈的震动使螺栓松动。为解决这一问题,可以在机械安装中先将连接构件用无机胶粘剂粘结,然后再用螺栓连接。这样既可起到加固的作用,又可起到防腐的效果。

  3.2、用作生物医用

  材料羟基磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2(简称HA)生物陶瓷的组成接近于人体骨质的无机成分,具有良好的生物相容性,能与骨形成牢固的化学结合,是理想的硬组织替代材料。但是制备的HA植入体的普遍弹性模量高而强度低,活性不理想。选用磷酸盐玻璃胶粘剂,通过胶粘剂的作用将HA原料粉末在低于传统烧结温度下粘接在一起,从而降低了弹性模量,保证了材料活性。一种可以用于心脏粘接的Coseal密封胶水,并已成功地用于临床。在欧洲通过21例心脏手术的对比使用发现,使用Coseal外科手术比其他方法显著地降低了手术粘连,随后的前期临床研究表明,Coseal密封胶水在心脏、妇科及腹部手术中均有巨大发展潜力[13]。胶粘剂在医学方面的应用被誉为胶粘剂工业的新增长点。环氧树脂或不饱和聚脂组成的结构胶水。当代国防技术中,隐身潜艇是海军装备现代化的标志之一。潜艇隐身的一种重要方法是在潜艇外壳敷设消声瓦。消声瓦是一种具有吸声性能的橡胶。为实现消声瓦与艇壁钢板的牢固结合,则要依赖于胶粘剂。

  3.3、用于军事领域在军事领域,胶粘剂同样有着广泛的应用。

  3.3.1、坦克维修

  坦克发动机外壳产生裂纹是常见的疵病。由于金属内部组织的缺陷、应力集中、疲劳、突出的外力作用往往引起发动机体外壳不同的部位产生裂纹。如果用焊接的方法解决这类问题,存在材质会变脆、变形、强度下降等缺点,同时还要损耗电能和设备。而采用特种粘接技术来处理这类裂纹,会取得快、好、省的效果。

  3.3.2、军艇装配

  军用小艇大多采用一次性粘接的玻璃钢(或纤维复合材料)来减轻艇体的自重和提高艇体的强度。因此,制造这种小艇时大量使用与玻璃钢相同的

  3.3.3、用于军用飞机轻型轰炸机

  主要以亚音速或跨音速飞行,机身、机翼外蒙皮采用厚度在1.5mm以下的铝合金板材,有的仅0.4——0.8mm厚,其下由波纹型材加强。铆接蒙皮如此薄的结构是很困难的,而采用胶接结构,不仅可克服铆接薄皮易引起的变形、铆钉划窝造成的整体强度损失、减少工装、缩短装配周期,而且增加了结构抗腐蚀性、耐疲劳特性以及破损安全性。现代高性能军用飞机,机翼整体油箱或机身整体油箱的密封需要用到胶粘剂。歼敌机的座舱有机玻璃与涤纶带间的粘接密封,需要高性能的胶粘剂。

  3.3.4、导弹弹头热防护层粘接

  导弹弹头为抵抗载入时的恶劣环境,要在结构层(轻金属合金材料、特种碳纤维复合材料)外加上热防护层(无机复合材料、特种树脂基复合材料)。热防护层与弹头的连接用到了2000℃左右的耐温胶粘剂。

  3.3.5、制备伪装材料

  对陆军地面武器来说,主要是8——14μm红外热像仪的威胁,实现红外隐身主要途径是研制具有不同发射率的红外迷彩涂料,通过涂层的不同发射率,对目标外形进行有效的红外图像分割,达到目标与背景相融合的目的。从红外隐身涂料的研究内容来看,高透明胶粘剂是采取的技术途径之一,利用树脂在8——14μm的红外大气层窗口不含有吸收基团来实现胶粘剂本身在红外窗口的低辐射特殊性。雷达涂料是一种能够吸收电磁波,降低目标雷达特征信号,使其具有难以被发现、识别的功能材料,是实现武器装备雷达隐身的主要途径之一。它是由吸收剂和胶粘剂组成的,胶粘剂决定了吸收涂层的物理机械性能和施工性能。

  3.4、防恐反恐

  美国桑迪亚国家实验中心为保存放在仓库中的核弹头而专门设计了2种超级胶粘剂。一种是使用压力枪发射的胶粘剂,听不到声音而无法活动,但可以呼吸保住生命。假如,恐怖分子侵入仓库,抢得一枚核弹头,为防止爆炸,工兵的最佳选择就是使用这类超级胶粘剂。可以预见,这类超级胶粘剂在未来的战场上将大有用武之地。

  制备方法

  胶同学小课堂|胶粘剂基本知识汇总大全(二)

  胶粘剂的形态很多、如单组分胶粘剂(含溶剂和不含溶剂)、多组分糊状胶、胶粉、膜和胶棒等,使用时应根据不同形态进行准备。

  1、单组分胶粘剂可单独使用,如含有溶剂时,在使用前搅拌均匀,粘度要适宜,以满足工艺上的要求。

  2、多组分胶粘剂,如属市售者应按使用说明书规定配比称量并充分地均匀混合。这类胶粘剂一般适用期都较短,应在使用前临时配制,每次配胶量不宜过多。

  3、自己设计或按配方配制的胶粘剂,对各组分要准确称量,同时还要注意调配顺序,一般应按粘料、稀释剂、增韧剂、填料、固化剂、促进剂次序。加入填料时对填料应事先进行除油和干燥。

  4、固化胶粘剂已经含有全部组分,使用前需检查型号是否符合要求,胶膜在使用前还需根据粘接的要求剪成一定是形状,表面上有污物者事先应予清除。

  5、在配制胶粘剂或使用成品胶前,应对该胶粘剂进行检查,看质量是否合乎技术条件要求,有些胶还应注意保存期限,避免由于使用原料不当而造成粘接技术的失败。为了得到最好的接头,正确地涂覆胶粘剂是很重要的。不正确的胶粘剂涂覆方法将导致粘接装配件部分或完全地失效。粘接接头的表面经处理后,应立即涂胶。有时要涂上底胶来保护清洗过的表面,为了获得较好粘接件,有时需要使用胶粘剂渗透得深一些,涂覆胶粘剂前,在表面上涂上一层底胶可达此目的。 不需粘接的零件或表面,应在粘接前盖以油纸、聚酰胺箔,或涂上石蜡及其他分离剂。

  制备方法有下列几种类型:

  (1)活性氢化物与环氧氯丙烷反应;(2)以过氧化氢或过酸(例过醋酸)将双键进行液相氧化;(3)双键化合物的空气氧化。


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