淺談膠黏劑

薛泮海

(黑龍江省化工研究院)

淺談膠黏劑

薛泮海

(黑龍江省化工研究院)

介紹了膠黏劑的定義、組成和作用,以及粘接原理與工藝。

膠黏劑;分類;粘接原理

1 膠黏劑的組成及作用

(1)基料:基料是膠黏劑的主體材料,是起粘接作用的主要成分。主體材料一般是高分子材料,是決定膠黏劑性能的主要物質(zhì),膠黏劑一般由 1～3種主體材料組成。

(2)固化劑與促進(jìn)劑:固化劑在粘接過程中視其所起的作用又是膠黏劑中的主要成分之一。

(3)稀釋劑:稀釋劑也稱溶劑,是用來降低膠黏劑黏度的液體物質(zhì)。稀釋劑分為活性和非活性兩種,活性稀釋劑含有活性基團(tuán),能參與最后的固化反應(yīng);而非活性稀釋劑沒有活性基團(tuán),不參與反應(yīng),僅起到降低黏度的作用。另外稀釋劑還有潤(rùn)濕填料的作用。

(4)偶聯(lián)劑:偶聯(lián)劑是用于提高被粘物與膠黏劑膠接能力的類物質(zhì)。其分子結(jié)構(gòu)上帶有不同性質(zhì)的活性基團(tuán),一部分能與被物反應(yīng),另一部分能與膠黏劑反應(yīng),從而使兩種不同的材料“聯(lián)”起來。

(5)其他助劑:除以上幾種主要成分外,膠黏劑中還含有穩(wěn)劑、增稠劑、增韌劑、分散劑、防老劑、阻燃劑、乳化劑、增塑等,其目的都是為了改善或提高膠黏劑的總體性能。

(6)填料:為改善膠黏劑性能或降低成本而加入的一種非黏固體物質(zhì)。填料在膠黏劑組分中不與主體材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

2 粘接原理與工藝

2.1 粘接基本原理

(1)機(jī)械理論。這種理論認(rèn)為,任何材料的表面實(shí)際上都不是很光滑的,由于膠黏劑滲人被粘接物體的表面或填滿其凹凸不平的表面,經(jīng)過固化,產(chǎn)生楔合、鉤合、錨合現(xiàn)象,從而把被粘接的材料連接起來。該理論對(duì)多孔性材料的粘接現(xiàn)象做出了很好的解釋,但對(duì)解釋其他粘接現(xiàn)象還有一定的局限性。

(2)吸附理論。當(dāng)膠黏劑分子充分潤(rùn)濕被粘接物體的表面,并且與之良好接觸,膠黏劑分子與被粘物表面之間的距離接近分子間力的作用半徑(0.5 nm)時(shí),兩種分子之間就要發(fā)生相互吸引作用,最終趨于平衡。其界面間的相互作用力主要為范德華力、氫鍵,即分子間作用力。這種由于吸附力而產(chǎn)生的膠接既有物理吸附也有化學(xué)吸附。

(3)擴(kuò)散理論。該理論認(rèn)為粘接力是由于擴(kuò)散作用而產(chǎn)生的,即高聚物分子本身或鏈段相互擴(kuò)散穿過最初接觸面,從而導(dǎo)致界面的消失和過渡區(qū)的產(chǎn)生。這樣,膠黏劑與被粘物兩者的溶解度參數(shù)越接近,粘接溫度越高,時(shí)間越長(zhǎng),其擴(kuò)散作用也越強(qiáng),粘接力也就越高。該理論可以圓滿地解釋聚合物之間的膠接。

(4)靜電理論。靜電理論認(rèn)為膠黏劑與被粘接材料接觸時(shí),在界面兩側(cè)會(huì)形成雙電層,如同電容器的兩個(gè)極,從而產(chǎn)生了靜電吸引力。該理論可以很好地解釋聚合物膜與金屬的膠接。

對(duì)膠黏劑的粘接原理,還有一些其他的解釋理論,如化學(xué)鍵理論,非界面層理論等?？傊糠N理論都能解釋某些現(xiàn)象,同時(shí)也存在著不同的缺陷,只有將這些理論進(jìn)一步發(fā)展和完善綜合,才能對(duì)粘接現(xiàn)象作出更好地解釋,并能更好地指導(dǎo)實(shí)踐工作。

2.2 粘接基本工藝

(1)膠黏劑的選擇原則。正確選擇膠黏劑是保證良好粘接的重要因素之一,在選擇膠黏劑時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面。①被粘接材料的性質(zhì);②被粘接材料的應(yīng)用場(chǎng)合及受力情況;③粘接過程有關(guān)的特殊要求;④粘接效率及膠黏劑的成本。不同膠黏劑的應(yīng)用可參考有關(guān)專業(yè)書籍。

(2)膠接接頭設(shè)計(jì)。材料間能良好的膠接,除選擇合適的膠黏劑外,還需進(jìn)行正確的接頭設(shè)計(jì),一般接頭設(shè)計(jì)遵循以下基本原則:①避免應(yīng)力集中,受力方向最好在膠接強(qiáng)度最大的方向上;②合理地增加膠接面積;③接頭設(shè)計(jì)應(yīng)盡量保證膠層厚度一致;④要防止層壓制品的層間剝離。

(3)表面處理。在粘接時(shí)一般要對(duì)粘接面進(jìn)行表面處理,常用的方法有物理方法,如打磨、噴砂、機(jī)械加工等;化學(xué)方法,如溶劑清洗,酸、堿或無機(jī)鹽溶液處理,陽極化處理等。表面處理后,可涂覆偶聯(lián)劑或進(jìn)行膠黏劑底涂,以保護(hù)表面,利于進(jìn)一步的粘接。

以上 3個(gè)方面是主要因素,除此之外,還有調(diào)膠、施膠、固化成型、修整加工等步驟構(gòu)成膠接的全過程。具體操作中如何正確施工,應(yīng)根據(jù)特定品種的使用說明來定。

3 膠黏劑工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

(1)開發(fā)鞋用和復(fù)合薄膜用水性聚氨酯膠黏劑及水性氯丁橡膠型膠黏劑。它們均為環(huán)保型產(chǎn)品,具有良好的粘接性能,廣泛用于制鞋、建筑、家具、汽車、食品包裝等行業(yè),近年來在國外發(fā)展速度很快,而在我國尚屬空白。

(2)以自主開發(fā)技術(shù)為基礎(chǔ),引進(jìn)國外關(guān)鍵設(shè)備,建成連續(xù)本體法粘接型熱塑性聚氨酯(TPU)樹脂生產(chǎn)線,同時(shí)開發(fā)出性能達(dá)國外先進(jìn)水平的系列品種。

(3)繼續(xù)加強(qiáng)以單組分濕固化聚氨酯密封劑(建筑、汽車等用)為重點(diǎn)的聚氨酯密封劑技術(shù)開發(fā),開發(fā)性能與國外相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品,開發(fā)先進(jìn)的生產(chǎn)工藝設(shè)備、包裝材料和施工機(jī)具。

(4)完成高耐熱性蒸煮袋復(fù)合薄膜用聚氨酯膠黏劑開發(fā)。

(5)研究開發(fā)“綠色”溶劑型、非黃變性、高性能聚氨酯膠黏劑溶液聚合先進(jìn)生產(chǎn)工藝,取代高毒性溶液聚合工藝。

(6)加快反應(yīng)熱熔型和100 9/6高性能液體反應(yīng)型聚氨酯膠黏劑等特種聚氨酯膠黏劑的研究開發(fā)。

(7)開發(fā)用于人造板、集成材、貼塑板等替代三醛膠黏劑的可水分散型多異氰酸酯和乙烯基水性聚氨酯膠黏劑,降低成本、擴(kuò)大應(yīng)用。

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1008-3383(2010)06-0122-01

2010-01-24