胶粘剂是一种具有很好粘合性能的物质。通过粘附力和内聚力由表面粘合而起连接物体的作用。能将同种或两种或两种以上同质或异质的制件(或材料)连接在一起,固化后具有足够强度的有机或无机的、天然或合成的一类物质,统称为胶粘剂或粘接剂、粘合剂、习惯上简称为胶。
分天然高分子化合物(淀粉、动物皮胶、骨胶、天然橡胶等) 、合成高分子化合物(环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、聚胺酯等热固性树脂和聚乙烯醇缩醛、过氯乙烯树脂等热塑性树脂,与氯丁橡胶,丁腈橡胶等合成橡胶) 、或无机化合物 (硅酸盐、磷酸盐等) 。根据使用要求,在胶粘剂中经常掺入固化剂、促进剂、增强剂、烯释剂、填料等。按用途分类,还可分离温胶、密封胶、结构胶等。按使用工艺分类有室温固化胶、压敏胶等。应用胶合剂可连接异种材料和薄片材料,胶接处应力分布均匀。在集装箱制造中和修理中常用的有环氧树脂、氯丁橡胶和密封胶等。
近年来,有机胶粘剂有了越来越广泛的应用,胶接技术亦已发展成熟,并成为胶接、焊接、机械连接当代三大连接技术之一。
胶粘剂应用理论
聚合物之间,聚合物与非金属或金属之间,金属与金属和金属与非金属之间的胶接等都存在聚合物基 料与不同材料之间界面胶接问题。胶接是综合性强,影响因素复杂的一类技术,而现有的胶接理论都是从某一方面出发来阐述其原理,所以至今全面唯一的理论是没有的。
吸附理论
人们把固体对胶粘剂的吸附看成是胶接主要原因的理论,称为胶接的吸附理论。理论认为:粘接力的主要来源是粘接体系的分子作用力,即范德化引力和氢键力。当胶粘剂与被粘物分子间的距离达到10-5Å时,界面分子之间便产生相互吸引力,使分子间的距离进一步缩短到处于最大稳定状态。
根据计算,由于范德华力的作用,当两个理想的平面相距为10Å;时,它们之间的引力强度可达10-1000MPa;当距离为3-4Å;时,可达100-1000MPa。这个数值远远超过现代最好的结构胶粘剂所能达到的强度。因此,有人认为只要当两个物体接触很好时,即胶粘剂对粘接界面充分润湿,计算值是假定两个理想平面紧密接触,并保证界面层上各对分子间的作用同时遭到破坏时,也就不可能有保证各对分子之间的作用力同时发生。
胶粘剂的极性太高,有时候会严重妨碍湿润过程的进行而降低粘接力。分子间作用力是提供粘接力的因素,但不是唯一因素。在某些特殊情况下,其他因素也能起主导作用。
胶粘剂的粘接原理
粘胶剂的使用应用在生活和生产的方方面面,如汽车内饰件粘胶、包材粘胶、鞋材以及其他的建筑或者装饰材料的表面粘接等,那么什么是粘胶剂?胶粘剂的原理和用途又是什么呢?
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。
通过界面的黏附和内聚等作用,能使两种或两种以上的制件或材料连接在一起的天然的或合成的、有机的或无机的一类物质,统称为胶粘剂(adhesive),又叫黏合剂,习惯上简称为胶。简而言之,胶粘剂就是通过黏合作用,能使被黏物结合在一起的物质。“胶粘剂”是通用的标准术语。
吸附理论
把固体对胶黏剂的吸附看成是胶接首要要素的理论,称为胶接的吸附理论。理论认为:粘接力的首要来历是粘接系统的分子作用力,即范德化引力和氢键力。胶粘与被粘物外表的粘接力与吸附力具有某种一样的性质。胶黏剂分子与被粘物外表分子的作用进程有两个进程:榜首时期是液体胶黏剂分子凭借于布朗运动向被粘物外表分散,使两界面的极性基团或链节彼此挨近,在此进程中,升温、施加触摸压力和下降胶黏剂粘度等都有利于布朗运动的加强。第二时期是吸附力的发作。当胶黏剂与被粘物分子间的间隔到达10-5时,界面分子之间便发作彼此招引力,使分子间的间隔进一步缩短到处于最大安稳状况。
胶接强度与理论核算相差很大,这是由于固体的力学强度是一种力学性质,而不是分子性质,其巨细取决于资料的每一个部分性质,而不等于分子作用力的总和。核算值是假定两个抱负平面严密触摸,并确保界面层上各对分子间的作用一同遭到损坏时,也就不或许有确保各对分子之间的作用力同时作用。
胶黏剂的极性太高,有时分会严峻阻碍湿润进程的进行而下降粘接力。分子间作用力是供应粘接力的要素,但不是仅有要素。在某些格外状况下,别的要素也能起主导作用。
化学键构成理论
化学键理论认为胶黏剂与被粘物分子之间除彼此作用力外,有时还有化学键发作,化学键的强度比范德化作用力高得多;化学键构成不只可以行进粘附强度,还可以战胜脱附使胶接接头损坏的弊端。但化学键的构成并不一般,要构成化学键有必要满意必定的条件,所以不或许做到使胶黏剂与被粘物之间的触摸点都构成化学键。何况,单位粘附界面上化学键数要比分子间作用的数目少得多,因而粘附强度来自分子间的作用力是不能忽略的。
弱界层理论
当液体胶黏剂不能极好润泽被粘体外表时,空气泡留在空地中而构成弱区。又如,傍边含杂质能溶于熔融态胶黏剂,而不溶于固化后的胶黏剂时,会在固体化后的胶粘构成另一相,在被粘体与胶黏剂全体间发作弱界面层(WBL)。发作WBL除技能要素外,在聚合物成网或熔体彼此作用的成型进程中,胶黏剂与外表吸附等热力学景象中发作界层构造的不均匀性。不均匀性界面层就会有WBL呈现。这种WBL的应力松懈和裂纹的开展都会不一样。
分散理论
两种聚合物在具有相容性的条件下,当它们彼此严密触摸时,由于分子的布朗运动或链段的摆发作彼此分散景象。这种分散作用是穿越胶黏剂、被粘物的界面交错进行的。分散的作用致使界面的不见和过渡区的发作。粘接系统凭借分散理论不能阐明聚合物资料与金属、玻璃或别的硬体胶粘,由于聚合物很难向这类资料分散。
静电理论
当胶黏剂和被粘物系统是一种电子的接受体-供应体的组合办法时,电子会从供应体(如金属)转移到接受体(如聚合物),在界面区两边构成了双电层,然后发作了静电引力。然而,静电力尽管的确存在于某些格外的粘接系统,但决不是起主导作用的要素。
机械作用力理论
从物理化学观念看,机械作用并不是发作粘接力的要素,而是添加粘接作用的一种办法。胶黏剂浸透到被粘物外表的缝隙或高低的地方,固化后在界面区发作了啮合力,这些状况相似钉子与木材的接合或树根植入泥土的作用。机械连接力的实质是摩擦力。在粘合时,安排连接力是很首要的,但对某些坚实而润滑的外表,这种作用并不显着。
胶粘剂的分类
1.按应用方法可分为热固型、热熔型、室温固化型、压敏型等.
2.按应用对象分为结构型、非构型或特种胶.属于结构胶粘剂的有:环氧树脂类、聚氨酯类、有机硅类、聚酰亚胺类等热固性胶粘剂;聚丙烯酸酯类、聚甲基丙烯酸酯类、甲醇类等热塑性胶粘剂;还有如酚醛-环氧型等改性的多组分胶粘剂。
3.按固化形式可分为溶剂挥发型、乳液型、反应和热熔型四种.
4.合成化学工作者常喜欢将胶粘剂按粘料的化学成分来分类.
5.按主要成分分为有机类、无机类。
6.按外观分类,可分为液态、膏状和固态三类。
7.按组分分类:单组分,双组分,反应型。
组成胶粘剂的主剂与助剂
合成胶粘剂由主剂和助剂组成,主剂又称为主料、基料或粘料;助剂有固化剂、稀释剂、增塑剂、填料、偶联剂、引发剂、增稠剂、防老剂、阻聚剂、稳定剂、络合剂、乳化剂等,根据要求与用途还可以包括阻燃剂、发泡剂、消泡剂、着色剂和防霉剂等成分。
主剂是胶粘剂的主要成分,主导胶粘剂粘接性能,同时也是区别胶粘剂类别的重要标志。主剂一般由一种或两种,甚至三种高聚物构成,要求具有良好的粘附性和润湿性等。可作为粘料的物质有:
1.天然高分子,如淀粉、纤维素、单宁、阿拉伯树胶及海藻酸钠等植物类粘料,以及骨胶、鱼胶、血蛋白胶、酪蛋白和紫胶等动物类粘料。
2.合成树脂,分为热固性树脂和热塑性树脂两大类。热固性如环氧、酚醛、 不饱和聚酯、聚氨酯、有机硅、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、烯丙基树脂、呋喃树脂、氨基树脂、醇酸树脂等;热塑性树脂如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸树脂、尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛、热塑性聚酯、聚苯醚、氟树脂、聚苯硫醚、聚砜、聚酮类、聚苯酯、液晶聚合物等,以及其改性树脂或聚合物合金等。是用量最大的一类粘料。
3.橡胶与弹性体。橡胶主要有氯丁橡胶、丁基腈乙丙橡胶、氟橡胶、聚异丁烯、聚硫橡胶、天然橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶等;弹性体主要是热塑件弹性体和聚氨酯弹性体等。
4.此外,还有无机粘料,如硅酸盐、磷酸盐和磷酸-氧化铜等。
为了满足特定的物理化学特性,加入的各种辅助组分称为助剂,例如:为了使主体粘料形成网型或体型结构,增加胶层内聚强度而加入固化剂(它们与主体粘料反应并产生交联作用);为了加速固化、降低反应温度而加入固化促进剂或催化剂;为了提高耐大气老化、热老化、电弧老化、臭氧老化等性能而加入防老剂;为了赋予胶粘剂某些特定性质、降低成本而加入填料;为降低胶层刚性、增加韧性而加入增韧剂;为了改善工艺性降低粘度、延长使用寿命加入稀释剂等。包括:
1.固化剂
2.溶剂
3.增塑剂
4.填充剂
5.增韧剂
6.偶联剂
7.其他助剂:引发剂、促进剂、增粘剂、阻聚剂、稳定剂、防老剂、络合剂、乳化剂。
胶粘剂的产品系列
热塑性
纤维素酯、烯类聚合物(聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、过氯乙烯、聚异丁烯等)、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇缩醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物等类
热固性
环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰-甲醛树脂、有机硅树脂、呋喃树脂、不饱和聚酯、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-聚酰胺、酚醛-环氧树脂、环氧-聚酰胺等类
合成橡胶型
氯丁橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、丁钠橡胶、异戊橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯橡胶、氯磺化聚乙烯弹性体、硅橡胶等类
橡胶树脂型
酚醛-丁腈胶、酚醛-氯丁胶、酚醛-聚氨酯胶、环氧-丁腈胶、环氧-聚硫胶等类
胶粘剂产品
硬化胶、灌封胶、硅橡胶、聚氯乙烯胶、通用环氧胶、改性环氧胶、绝缘胶、聚酰亚胺胶、改性酚醛胶、丙烯酸酯胶、绝缘胶带、双面胶带、高温胶带、特种胶 带 、模切胶带、其他
胶粘剂原材料及助剂
稀释剂 、固化剂 、硫化剂、引发剂、促进剂、增塑剂 、增韧剂 、软化剂、增粘剂 、发泡剂、交联剂 、修补剂 、 加速剂 、抗氧剂 、防霉剂、增强剂 、催化剂、 填充剂、接着剂、干燥剂、清洁剂 、防锈剂、乳化剂 、 阻聚剂、偶联剂、防老剂、消泡剂、增稠剂、氧化剂 、阻燃剂、光敏剂、防腐剂 、润滑剂、乳 液、单 体、助 剂 、溶 剂 、合成橡胶与弹性体、天然聚合物、合成树脂、其他
胶粘剂制作设备
点胶机、真空泵、输送泵、冷凝设备、捏合设备、乳化设备、釜类设备、研磨设备、检测设备、装卸设备、实验设备、混合分散设备、贮罐类设备、加热及辅助设备、 其它设备
胶粘剂包装
打码机、标签机、液体灌装机械、纸制品包装、封口打包机械、膏体灌装机械、铁听(桶)包装、塑料及复合材料包装、打包及其它耗材
(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。
(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.
(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;
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。