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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,膠鉆劑和被黏物構成的組件稱為膠接接頭。
其主要優(yōu)點是操作簡單、生產(chǎn)率高;工藝靈活、快速、簡便;接頭可靠、牢固、美觀產(chǎn)品結構和加工工藝簡單;省材、省力、成本低、變形小。容易實現(xiàn)修舊利廢接技術可以有效地應用于不同種類的金屬或非金屬之間的聯(lián)接等。
1、膠粘劑的組成與分類
1.1 膠粘劑的組成
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.主劑
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。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:
2)固化劑
固化劑又稱硬化劑,是促使黏結物質(zhì)通過化學反應加快固化的組分,它是膠粘劑中主要的配合材料。它的作用是直接或通過催化劑與主體聚合物進行反應,固化后把固化劑分子引進樹脂中,使原來是熱塑性的線型主體聚合物變成堅韌和堅硬的體形網(wǎng)狀結構。
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
增韌劑的活性基團直接參與膠粘劑的固化反應,并進入到固化產(chǎn)物終形成的一個大分子的鏈結構中。沒有加入增韌劑的膠粘劑固化后,其性能較脆,易開裂,實用性差。加入增韌劑的膠接劑,均有較好的抗沖擊強度和抗剝離性。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,會降低膠粘劑的膠接強度、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)生化學反應,使用填料可以提高膠接接頭的強度、抗沖擊韌性、耐磨性、耐老化性、硬度、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、有機硅、不飽和聚酯等。橡膠型膠粘劑有氯丁橡膠、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度,對一般材料都能進行膠接,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.按膠接強度可分為結構膠粘劑和非結構膠枯劑。
結構膠枯劑膠接的接頭抗剪切強度可達7MPa,不僅有足夠的剪切強度,而且具有較高的不均勻扯離強度,能長時間內(nèi)承受振動、疲勞和沖擊等載荷,同時還具有一定的耐熱性和耐候性。非結構膠粘劑在較低的溫度下有一定的強度,隨著溫度的升高膠接強度迅速下降,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、無機及天然 膠粘劑等。
6.按其它特殊性能可分為導電、導磁、點焊膠粘劑等。
2、膠接工藝
膠接工藝包括膠接前的準備、接頭設計、配制膠粘劑、涂敷、合攏、固化和質(zhì)量檢測等。
2.1 膠接前的準備
膠粘劑對被膠接材料膠接強度的大小,主要取決于膠粘劑與被膠接物之間的機械連接,分子間的物理吸附,相互擴散及形成化學鍵等因素綜合作用的結果。被膠接物表面的結構狀態(tài)對膠接接頭強度有著直接的影響。
被膠接物在加工、運輸、儲存過程中,表面會存在氧化、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、機械處理法和化學處理法。
1.表面脫脂處理法
有機溶劑去油,目前用的脫脂方法有有機溶劑法、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方向清洗。采用溶劑脫脂時,應有一定的晾干時間,防止膠接表面殘留溶劑影響接頭強度。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。特別強調(diào)的是溶劑一定要離開火源,以防意外事故。
2.機械處理法
機械處理常用的手工工具有鋼絲刷、銅絲刷、刮刀、砂紙、風動工具等;機械方法有車削、刨削、砂輪打磨、噴砂等。采用機械方法處理表面,給表面提供了適當?shù)拇植诙?,增加了有效的膠接面積,改善了膠接性能。
3.化學處理法
化學處理法有酸性溶液