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                膠粘劑基礎知識

                文章來源:久驥熱熔膠 人氣: 發表時間:2019-06-01

                 一、膠粘劑的定義

                 

                1、膠粘劑的定義:

                通過界面的粘附和物質的內聚等作用,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,統稱為膠粘劑(adhesive)又叫粘合劑,習慣上稱為膠。

                 

                2、粘結(粘合)

                指兩個表面靠化學力、物理力或者兩者兼有的力使之結合在一起的狀態。

                膠粘劑首先必須在被粘物表面粘附,這是由于兩相之間產生粘合力,該力來源于次價鍵力或主價鍵力。

                 

                3、內聚:

                即單一物質內部各粒子靠主價鍵力(包括離子鍵、共價鍵、配位鍵、金屬鍵等)、次價鍵力(包括范德華力、氫鍵)結合在一起的狀態。膠粘劑的內聚力與分子間力、相對分子質量、交聯程度、結晶和分子纏繞等因素有關。

                 

                 

                二、膠粘劑的要求

                 

                1:不論出于何種狀態,當涂布時都應呈液態;

                2:對被粘接物表面能夠完全鋪展,充分潤濕;

                3:必須能夠通過某種方式而使液體轉變為固體或凝膠狀態,形成堅韌而穩定的膠層;

                4:固化后應有一定的強度。能夠可靠的連接,傳遞應力,抵抗破壞;

                5:可耐0℃以上的溫度,并經受一定時間的考驗。

                 

                三、膠粘劑的分類

                 

                1:按照外觀分類

                   1.1:溶劑型

                   1.2:乳液型(水性)

                   1.3:膏狀或糊狀

                   1.4:固體型

                   1.5:膜狀型

                 

                2:按照固化方式分

                   水基蒸發型、溶劑揮發型、熱熔型、化學反應型、壓敏型。

                 

                四、膠粘劑的基本組成

                 

                1 、膠粘劑的基本組成:

                膠粘劑的組分包括基料、固化劑、溶劑、增塑劑、填料、偶聯劑、交聯劑、促進劑、增韌劑、增粘劑、增稠劑、稀釋劑、防老劑、阻聚劑、阻燃劑、引發劑、光敏劑、消泡劑、防腐劑、穩定劑、絡合劑、乳化劑。

                 

                2 、基料的種類:

                基料是膠粘劑的主要成分、主劑或主體聚合物,起粘合作用。按照化學的成分的不同  ,基料的來源有無機化合物和有機化合物。有機化合物是高分子合成類的高分子基料。

                 

                2.1 常用的有機化合物

                熱固性合成樹脂:酚醛樹脂、環氧樹脂、氨基樹脂、聚氨酯樹脂、不飽和聚酯和丙烯酸樹脂。

                熱塑性合成樹脂:橡膠類基料、天然高分子材料、水性膠乳類  基料

                橡膠類基料膠粘劑

                 

                2.2 膠粘劑基料的選擇原理

                根據膠粘劑應用的對象、應用的場合及應用的性能的選擇。同時分子基料的分子結構與粘接性能的關系甚為密切。

                1).高分子材料的極性有關   

                2).高分子材料的結晶性能

                3).高分子材料的分子量

                 

                3、固化劑(硬化劑)

                 

                3.1.固化劑(硬化劑)

                使基態原料通過化學反應,發生聚合、縮聚或交聯反應轉變為線性高聚物或者網狀高聚物,是膠接接頭具有力學強度和穩定性的物質。

                 

                3.2.固化劑的選擇:

                1):最好是液體的無毒、無色、無味的物質;

                2):固化劑與被固化物反應要平穩,放熱量少,以減少膠層的內聚力;

                3):耐熱性,選用分子中具有反應基團較多的固化劑;

                4):韌性,選用分子鏈較長的固化劑;

                 

                4、膠粘劑溶劑

                 

                4.1.膠粘劑溶劑

                指能夠降低某些固體或者液體分子間力,而使被溶物質分散為分子或離子均一體系的液體,常用的溶劑為低黏度的液體物質。主要有脂肪烴、芳香烴、鹵代烴、酯類、醇類、酮類、酸類、醚類、萜烯烴、酰胺類和水類。但是多數的有機溶劑有一定的毒性、易燃性、易爆性、對環境有污染、對安全又隱患、對人體有危害。

                 

                4.2.溶劑的作用:

                1) 聚合反應的介質:是反應緩和、溫度易于控制、

                2) 溶解基料:制備溶劑型膠粘劑

                3) 稀釋劑:稀釋膠粘劑使其達到一定的黏度,有利于濕潤、便于涂布

                4) 調節膠粘劑的揮發速度

                5) 防止凝膠,用來增加貯存穩定性

                6) 粘結前的表面清潔處理劑

                7) 直接粘接,某些塑料

                8) 降低成本、提高效益

                 

                4.3、膠粘劑溶劑的選擇

                 

                1). 溶劑的選擇

                A、極性:選擇與基料極性相同或相近的溶劑(相似相容的原理)。

                B、溶解度參數(與極性有關):溶劑的溶解度參數和高分子基體的溶解度參數相近。

                C、溶劑的揮發性:選擇揮發度適當的溶劑或快慢混合的溶劑。

                溶劑揮發太快:膠液表面易成膜、膜下溶劑不易揮發;揮發是一個吸熱的過程,太快膠膜表面的溫度降低而凝結水汽,影響粘接質量。

                溶劑揮發太慢:表干時間慢,影響工效。

                D、溶劑的選擇要考慮到價格、毒性和來源。 

                 

                5、軟化劑

                 

                5.1. 軟化劑的作用:

                軟化劑是SBS費用不可的組分,其作用是調節硬度,流動性,并降低成本,充油SBS可使配煉加工更容易。最常用的是環烷油,芳烴成色深、有毒、不能使用,石蠟油不能改善物性,還會導致噴出。國產克拉瑪依KN系列環保型環烷油(例如KN4010等)質量上乘。

                 

                5.2. 軟化劑的種類:

                按烴類組成分為石蠟基、環烷基、芳香基三類。

                 

                5.3. 軟化劑的特點:

                1) 石蠟基橡膠油:抗氧化、光安定性好,但乳化性、相容性、低溫性相對較差;

                2) 環烷基橡膠油:兼具石蠟基、芳香基的優點,乳化性、相容性適中,無污染、無毒性,適用范圍也比較廣。

                3) 芳香基橡膠油:相容性好,填充量大,價格低廉,所得橡膠產品強度高。但顏色深、毒性大、對環境污染大。

                 

                6、增塑劑

                 

                6.1. 增塑劑的定義

                是一種降低高分子化合物玻璃化溫度和熔融溫度,改善膠層脆性、增進熔融流動性的物質。

                 

                6.2.  增塑劑的作用:

                1)、 屏散高分子化合物的活性基團,減弱分子間作用力,從而降低分子之間的相互作用。

                2)、 增加高分子化合物的熱性、延伸性和耐寒性,降低其內聚強度、彈性模量及耐熱性。

                 

                6.3、增塑劑的選擇:

                1)、極性:

                極性大小影響增塑劑與主體材料的相容性,其原理同溶劑作用。

                2)、持久性:

                由于滲出、遷移、揮發二損失影響膠的物理機械性能。選擇高沸點的或高分子量的增塑劑。

                3)、分子量及狀態:

                分子量越高,粘接強度越好。

                 

                6.4、 常用的增塑劑:

                鄰苯二甲酸酯、磷酸酯類、己二酸酯和癸二酸酯等。 

                 

                7、填料

                 

                7.1. 填料的定義

                在膠粘劑中不與基體起化學反應,但是可以改變其性能,降低成本的固體材料。

                 

                7.2. 常用的填料分為有機填料和無機填料:

                有機填料:改善樹脂的脆性、吸濕性高、耐熱性能低

                無機填料:使膠的相對密度增加、脆性增加、但耐熱性、介質性能、收縮率等都會有所改善。

                 

                7.3. 填料的選擇:

                1):無活性與膠粘劑的其他組分不發生反應;

                2):分散性好與基料有良好的潤濕性;

                3):不含水分、有害物質、油脂,無吸濕性;

                4):顆粒均勻,無毒;

                5):來源廣泛、加工方便、價格低廉;

                6):填料的密度與基料的密度不能相差太大;

                7):用量適宜。

                 

                7.4. 常用的填料:二氧化硅、碳酸鈣、碳酸鎂、鋁粉、酚醛樹脂等

                 

                8、偶聯劑

                 

                8.1. 偶聯劑

                能同時與極性物質和非極性物質產生一定結合力的和化合物,其特點是分子中同時具有極性和非極性部分的物質。常用的偶聯劑有有機鉻偶聯劑、有機硅偶聯劑和鈦酸酯偶聯劑。

                在膠粘劑中常用的是硅烷偶聯劑。

                 

                8.2. 偶聯劑的作用:

                1).增加主體樹脂本身的分子間的作用力,提高膠粘劑的內聚強度

                2).增加樹脂與被粘合物之間的結合,起了一定的架橋作用。

                不同的偶聯劑具有不同的反應基團,反應基團不同對粘接性能的影響也不同。

                 

                9、其他助劑

                 

                引發劑:

                在一定的條件下能分解產生自由基的物質,一般含有不飽和鍵的化合物中加入引發劑,常用的引發劑有過氧化二苯甲酰、過氧化環己酮、過氧化異丙苯、偶氮二異丁氰等

                 

                促進劑(催化劑):

                能夠降低引發劑的分解溫度或加速固化劑與樹脂橡膠反應的物質。

                 

                防老劑:

                能延緩高分子化合物的老化的物質,對于高溫、暴曬下使用的膠粘劑由于容易老化變質,在配膠時加入防老劑

                 

                增稠劑:

                黏度低的膠粘劑,增加使其黏度增加的物質

                 

                阻聚劑和穩定劑:

                阻止或延緩含有不飽和鍵的聚合物、單體在貯存過程中自行交聯的物質(對苯二酚)

                 

                三、改變膠粘劑性能的設計原則

                 

                粘接強度的改進設計

                 

                1:選擇粘接力和內聚力都大的樹脂(環氧樹脂、聚氨酯);

                2:加入增韌劑、降低脆性、增加膠層韌性,減小內應力;

                3:熱固性樹脂和熱塑性樹脂或橡膠并用,熱固性樹脂提供強力和耐熱元素,而熱塑性樹脂提供粘性和韌性元素。綜合結果會得到較高的粘接強度;

                4:引入極性基團或加入相容性能好、極性大的樹脂,可提高橡膠型膠粘劑的粘接強度;

                5:適當的交聯劑;

                6:添加適量適當的填料、降低收縮率,晶須或納米田納西奧效果極佳;

                7:加入適當的偶聯劑;

                8:加入稀釋劑,降低黏度,增大濕潤性。

                 

                耐熱性的改進設計

                1:采用耐高溫性能好的樹脂或橡膠(酚醛樹脂、有機硅、氟橡膠、雜環聚合物);

                2:提高環的密度;

                3:增加交聯劑;

                4:適當地提高結晶度;

                5:使用耐高溫性能好的固化劑;

                6:加入耐熱填料;

                7:減少高溫氧化分解,加入抗氧劑;

                8:添加硅烷偶聯劑。 

                 

                耐寒性的改進設計

                1:選用耐寒性的聚合物,如聚氨酯;

                2:加入增塑劑或增韌劑;

                3:降低交聯度;

                4:降低結晶性;

                5:減少填料用量。 

                 

                耐溶劑性的改進設計  

                1:采用耐溶劑好的樹脂或橡膠;

                2:增加交聯度;

                3:適當增大填料的用量;

                4:少用或者不用增塑劑。

                 

                耐酸堿性的改進設計

                1:提高交聯度;

                2:選用惰性填料;

                3:提高填料的用量;

                4:酯類增塑劑不耐酸。

                 

                耐水性改性設計

                1:選用分子中含有-CN、-NH2、-OH、 -COO-等基團少的聚合物吸水性低,不易被水解;

                2:增加膠粘劑基料的用量;

                3:使用耐水性固化劑;

                4:提高交聯密度;

                5:所用填料為吸水性較小的品種;

                6:加入偶聯劑,改善界面性質。

                 

                耐老化性的改進設計

                1:選用耐水性、耐候性和耐老化性能好的基料;

                2:提高交聯度;

                3:加入活性填料;

                4:某些膠粘劑中可適當的加入防老劑或抗氧化劑;

                5:加入適量的有機硅烷偶聯劑;

                6:使用高溫固化劑。

                 

                阻燃性的改進設計

                1:選用阻燃性的樹脂和橡膠味基料;

                2:采用阻燃性的增塑劑;

                3:加入阻燃劑,如三氧化二銻、硼酸鋅;

                4:使用阻燃性固化劑。

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