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膠接是通過(guò)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(chēng)為膠粘劑或黏合劑,被膠接的物體稱(chēng)為被粘物,膠鉆劑和被黏物構(gòu)成的組件稱(chēng)為膠接接頭。
其主要優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)率高;工藝靈活、快速、簡(jiǎn)便;接頭可靠、牢固、美觀產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和加工工藝簡(jiǎn)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(lèi)的金屬或非金屬之間的聯(lián)接等。
1、膠粘劑的組成與分類(lèi)
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(shù)脂膠粘劑,單一組分的膠粘劑已不能滿(mǎn)足使用中的要求。合成膠粘劑由主劑和助劑組成,主劑又稱(chēng)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.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(lèi)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(rùn)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(yú)膠、松香、桃膠、骨膠等。
2)合成高分子化合物
①熱固性樹(shù)脂,如環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂等。
②熱塑性樹(shù)脂,如聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇及縮醛類(lèi)樹(shù)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(shù)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(mǎn)足特定的物理化學(xué)特性,加入的各種輔助組分稱(chēng)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(zhǎng)使用壽命加入稀釋劑等。包括:
2)固化劑
固化劑又稱(chēng)硬化劑,是促使黏結(jié)物質(zhì)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)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(guò)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(shù)脂中,使原來(lái)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(lèi)很多,不同的樹(shù)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(lái)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)物終形成的一個(gè)大分子的鏈結(jié)構(gòu)中。沒(méi)有加入增韌劑的膠粘劑固化后,其性能較脆,易開(kāi)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(shù)脂、合成橡膠、縮醛樹(shù)脂、聚砜樹(shù)脂等。
4)稀釋劑
稀釋劑又稱(chēng)溶劑,主要作用是降低膠粘劑粘度,增加膠粘劑的浸潤(rùn)能力,改善工藝性能。有的能降低膠粘劑的活性,從而延長(zhǎng)使用期。但加入量過(guò)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、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(mǎn)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(lèi)
膠粘劑的品種繁多,組成不同,用途各異,分類(lèi)方法如下。
1.按來(lái)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(lái)自天然,如動(dòng)物膠有骨膠、蟲(chóng)膠、魚(yú)膠等;植物膠有淀粉、松香等。合成膠粘劑就是由合成樹(shù)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、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(zhuān)用膠粘劑。
通用膠有一定的膠接強(qiáng)度,對(duì)一般材料都能進(jìn)行膠接,如環(huán)氧樹(shù)脂等。專(zhuān)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(zhǎng)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(lèi)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(shù)脂型、橡膠型、無(wú)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。
2、膠接工藝
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(cè)等。
2.1 膠接前的準(zhǔn)備
膠粘劑對(duì)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(duì)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(guò)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(duì)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(duì)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(duì)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(kāi)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(chē)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)拇植诙龋黾恿擞行У哪z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