薛泮海

(黑龙江省化工研究院)

浅谈胶黏剂

薛泮海

(黑龙江省化工研究院)

介绍了胶黏剂的定义、组成和作用,以及粘接原理与工艺。

胶黏剂;分类;粘接原理

1 胶黏剂的组成及作用

(1)基料:基料是胶黏剂的主体材料,是起粘接作用的主要成分。主体材料一般是高分子材料,是决定胶黏剂性能的主要物质,胶黏剂一般由 1～3种主体材料组成。

(2)固化剂与促进剂:固化剂在粘接过程中视其所起的作用又是胶黏剂中的主要成分之一。

(3)稀释剂:稀释剂也称溶剂,是用来降低胶黏剂黏度的液体物质。稀释剂分为活性和非活性两种,活性稀释剂含有活性基团,能参与最后的固化反应;而非活性稀释剂没有活性基团,不参与反应,仅起到降低黏度的作用。另外稀释剂还有润湿填料的作用。

(4)偶联剂:偶联剂是用于提高被粘物与胶黏剂胶接能力的类物质。其分子结构上带有不同性质的活性基团,一部分能与被物反应,另一部分能与胶黏剂反应,从而使两种不同的材料“联”起来。

(5)其他助剂:除以上几种主要成分外,胶黏剂中还含有稳剂、增稠剂、增韧剂、分散剂、防老剂、阻燃剂、乳化剂、增塑等,其目的都是为了改善或提高胶黏剂的总体性能。

(6)填料:为改善胶黏剂性能或降低成本而加入的一种非黏固体物质。填料在胶黏剂组分中不与主体材料发生化学反应。

2 粘接原理与工艺

2.1 粘接基本原理

(1)机械理论。这种理论认为,任何材料的表面实际上都不是很光滑的,由于胶黏剂渗人被粘接物体的表面或填满其凹凸不平的表面,经过固化,产生楔合、钩合、锚合现象,从而把被粘接的材料连接起来。该理论对多孔性材料的粘接现象做出了很好的解释,但对解释其他粘接现象还有一定的局限性。

(2)吸附理论。当胶黏剂分子充分润湿被粘接物体的表面,并且与之良好接触,胶黏剂分子与被粘物表面之间的距离接近分子间力的作用半径(0.5 nm)时,两种分子之间就要发生相互吸引作用,最终趋于平衡。其界面间的相互作用力主要为范德华力、氢键,即分子间作用力。这种由于吸附力而产生的胶接既有物理吸附也有化学吸附。

(3)扩散理论。该理论认为粘接力是由于扩散作用而产生的,即高聚物分子本身或链段相互扩散穿过最初接触面,从而导致界面的消失和过渡区的产生。这样,胶黏剂与被粘物两者的溶解度参数越接近,粘接温度越高,时间越长,其扩散作用也越强,粘接力也就越高。该理论可以圆满地解释聚合物之间的胶接。

(4)静电理论。静电理论认为胶黏剂与被粘接材料接触时,在界面两侧会形成双电层,如同电容器的两个极,从而产生了静电吸引力。该理论可以很好地解释聚合物膜与金属的胶接。

对胶黏剂的粘接原理,还有一些其他的解释理论,如化学键理论,非界面层理论等。总之每种理论都能解释某些现象,同时也存在着不同的缺陷,只有将这些理论进一步发展和完善综合,才能对粘接现象作出更好地解释,并能更好地指导实践工作。

2.2 粘接基本工艺

(1)胶黏剂的选择原则。正确选择胶黏剂是保证良好粘接的重要因素之一,在选择胶黏剂时应考虑以下几个方面。①被粘接材料的性质;②被粘接材料的应用场合及受力情况;③粘接过程有关的特殊要求;④粘接效率及胶黏剂的成本。不同胶黏剂的应用可参考有关专业书籍。

(2)胶接接头设计。材料间能良好的胶接,除选择合适的胶黏剂外,还需进行正确的接头设计,一般接头设计遵循以下基本原则:①避免应力集中,受力方向最好在胶接强度最大的方向上;②合理地增加胶接面积;③接头设计应尽量保证胶层厚度一致;④要防止层压制品的层间剥离。

(3)表面处理。在粘接时一般要对粘接面进行表面处理,常用的方法有物理方法,如打磨、喷砂、机械加工等;化学方法,如溶剂清洗,酸、碱或无机盐溶液处理,阳极化处理等。表面处理后,可涂覆偶联剂或进行胶黏剂底涂,以保护表面,利于进一步的粘接。

以上 3个方面是主要因素,除此之外,还有调胶、施胶、固化成型、修整加工等步骤构成胶接的全过程。具体操作中如何正确施工,应根据特定品种的使用说明来定。

3 胶黏剂工业的现状及发展趋势

(1)开发鞋用和复合薄膜用水性聚氨酯胶黏剂及水性氯丁橡胶型胶黏剂。它们均为环保型产品,具有良好的粘接性能,广泛用于制鞋、建筑、家具、汽车、食品包装等行业,近年来在国外发展速度很快,而在我国尚属空白。

(2)以自主开发技术为基础,引进国外关键设备,建成连续本体法粘接型热塑性聚氨酯(TPU)树脂生产线,同时开发出性能达国外先进水平的系列品种。

(3)继续加强以单组分湿固化聚氨酯密封剂(建筑、汽车等用)为重点的聚氨酯密封剂技术开发,开发性能与国外相当的产品,开发先进的生产工艺设备、包装材料和施工机具。

(4)完成高耐热性蒸煮袋复合薄膜用聚氨酯胶黏剂开发。

(5)研究开发“绿色”溶剂型、非黄变性、高性能聚氨酯胶黏剂溶液聚合先进生产工艺,取代高毒性溶液聚合工艺。

(6)加快反应热熔型和100 9/6高性能液体反应型聚氨酯胶黏剂等特种聚氨酯胶黏剂的研究开发。

(7)开发用于人造板、集成材、贴塑板等替代三醛胶黏剂的可水分散型多异氰酸酯和乙烯基水性聚氨酯胶黏剂,降低成本、扩大应用。

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