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膠粘劑的固化工藝
1、膠粘劑:又稱粘合劑、接著劑,將經過表面處理的兩個或兩個以上膠粘材料牢固地連接在一起,並且具有一定力學強度的化學性質。
例如,環氧樹脂、磷酸一氧化銅、白乳膠等。
2、固體材料(基料):決定膠接頭的主要物理化學力學性能。例如,環氧樹脂和酚醛樹脂等。
3、固化劑:
a)固化:液體的膠粘劑通過物理化學方法變成固體的過程。物理方法有溶解揮發、乳液凝聚、熔融體冷卻;化學方法使膠粘劑聚合成高分子物質。
b)固化劑:固化過程所使用的化學物質。
4、固化促進劑:能促進固化反應速度,縮短反應時間的化學物質,又稱催化劑。
5、增韌劑:能提高膠粘劑固化物的韌性,主要是酯類和彈性化合物。
6、填料:能提高接頭的力學強度。
7、其他輔助材料:著色劑、溶劑(稀釋劑)、防老劑和偶聯劑等。
膠粘劑的選擇
1、選擇膠粘劑的原則
(1)考慮膠接材料的種類性質大小和硬度;
(2)考慮膠接材料的形狀結構和工藝條件;
(3)、考慮膠接部位承受的負荷和形式(拉力、剪切力、剝離力等);
(4)考慮材料的特殊要求如導電導熱耐高溫和耐低溫。
2、膠接材料的性質
(1)金屬:金屬表面的氧化膜經表面處理後,容易膠接;由於膠粘劑粘接金屬的兩相線膨脹係數相差太大,膠層容易產生內應力;另外金屬膠接部位因水作用易產生電化學腐蝕。
(2)橡膠:橡膠的極性越大,膠接效果越好。其中丁腈氯丁橡膠極性大,膠接強度大;天然橡膠、矽橡膠和異丁橡膠極性小,粘接力較弱。另外橡膠表面往往有脫模劑或其他游離出的助劑,妨礙膠接效果。
(3)木材:屬多孔材料,易吸潮,引起尺寸變化,可能因此產生應力集中。另外,拋光的材料比表面粗糙的木材膠接性能好。
(4)塑膠:極性大的塑膠其膠接性能好。
(5)玻璃:玻璃表面從微觀角度是由無數部均勻的凹凸不平的部分組成.使用濕潤性好的膠粘劑,防止在凹凸處可能存在氣泡影響.另外,玻璃是以si-o-為主體結構,其表面層易吸附水.因玻璃極性強,極性膠粘劑易與表面發生氫鍵結合,形成牢固粘接.玻璃易脆裂而且又透明,選擇膠粘劑時需考慮到這些.
3、膠粘劑的特點和選擇
(1).連接各種彈性模量和厚度不同的材料尤其是薄材料;
(2).膠接表面光滑,氣動性良好;
(3).密封性能好,腐蝕性能好;
(4).延長膠接件的使用壽命和減輕膠接件重量;
(5).勞動強度低,成本少,生產效率高;
(6).非導電膠耐熱抗震絕緣,其中:
a、改性環氧樹脂柔韌性的大小順序為:環氧-聚硫>環氧-聚醯胺>環氧-胺固化劑;
b、改性酚醛柔韌性的大小順序為:酚醛-聚醯胺>酚醛-聚醋酸乙烯酯>酚醛-環氧;
c、主要膠粘劑的耐熱性:
最高耐熱溫度 膠粘劑 最高耐熱溫度 膠粘劑
800-1000 無機 315 有機矽
540 聚苯並咪唑(短時) 260 酚醛-環氧
480 聚醯亞胺(短時) 200 酚醛-丁晴;環氧-酸酐
400 酚醛樹脂(短時) 150 環氧-胺
360 聚苯並咪唑,聚醯亞胺 80 熱熔型,環氧-尼龍
d、固化溫度對環氧膠強度的影響
固化條件 三乙烯四胺 二甲胺基代丙胺
固化溫度oC 25 95 145 40 95 145
固化時間 3天 15天 30分 30分 16H 16H 5H 30分
MPa 8.2 11.9 22.4 24.2 4.9 5.9 22.8 28.6
e、膠粘劑的強度特點
膠粘劑 抗剪 抗拉 剝離 繞曲 扭曲 沖去 蠕變 疲勞
Epoxy 0 # * * * * 0 *
酚醛樹脂 0 # * * * * 0 *
氰基丙烯酸酯 0 # * * * * 0 *
尼龍 0 0 # 0 0 0 # 0
聚乙烯酸甲酯 0 0 # 0 0 0 # 0
聚乙烯酸丁酯 # # # 0 0 0 # 0
有機矽樹脂 * * # 0 0 0 * 0
熱固+熱塑(橡膠) 0 0 0 0 0 0 0 0
0良好,#中等,*差。
1膠粘劑的固化工藝
1.1固化方法膠粘劑的固化通過物理方法,如溶劑的揮發,乳液凝聚和熔融體冷卻與化學方法。
(1)熱熔膠:高分子熔融體在浸潤被粘表面之後通過冷卻就能發生固化。
(2)溶液膠粘劑:隨著溶劑的揮發、溶液濃度不斷增大,漸達到固化具有一定強度。
(3)乳液膠:由於乳液中的水逐漸滲透到多孔性被粘物中並揮發掉,使乳液濃度不斷增大,最後由於表面張力的作用,使高分子膠體顆粒發生凝聚。當環境溫度較高時,乳液凝聚成連續的膠膜,而環境溫度低與最低成膜溫度(MFT),就形成白色的不連續膠膜。乳液膠主要是聚醋酸乙烯酯及其共聚物和丙烯酸酯的共聚物。
(4)熱固性膠粘劑
熱固性樹脂的多官能團單體或預聚體進行聚合反應,隨著分子量的增大同時進行著分子鏈的變化和交聯,形成不溶不熔的凝膠化或叫基本固化。
在一定範圍的延長固化時間和提高固化溫度並不等效,降低固化溫度難以用延長時間來補償。因為膠粘劑和被粘物表面之間需要發生一定化學作用,這就是需要足夠高的溫度才能進行。
1.2固化壓力:
有利於膠粘劑對表面的充分浸潤;有利於排除膠粘劑固化反應產生的低分子揮發物;有利於排出膠層中殘留的揮發性溶劑;有利於控制膠層厚度;粘度大的膠粘劑往往膠層較厚,固化壓力的調節控制膠層的厚度範圍。
在塗膠後放置一段時間,這叫做預固化。待膠液粘度變大,施加壓力,以保證膠層厚度的均勻性。
1.3固化溫度
固化溫度過低,膠層交聯密度過低,固化反應不完全;
固化溫度過高,易引起膠液流失或使膠層脆化,導致膠接強度下降。加熱有利於膠粘劑與膠接件之間的分子擴散,能有利於形成化學鍵的作用。
(1)烘箱直接加熱法:用鼓風裝置,使其均勻傳熱。
(2)外加熱法:使熱量迅速傳到膠層內部,大大縮短固化時間。
聲波加熱法:對具有粘彈性的膠粘劑、無溶劑膠液受熱固化,不適用於熱固性剛性膠。
膠接工藝
膠接工藝主要包括接頭設計、表面處理、配膠和塗膠、固化和品質檢測。
2膠粘劑的配置和塗膠
2.1配膠:
配膠品質直接影響膠接件的膠接性能,必須準確稱取各組分的重量(誤差不超過2-5%)。膠粘劑配製量多少,應根據塗敷量多少而定,且在活性期內用完。配製過程中,應由專人負責,作好詳細的批號、重量、配膠溫度及其他各種工藝參數記錄。必須攪拌均勻。
2.2塗敷工藝
2.2A 塗敷前工藝:稀釋可以降低膠粘劑粘度,改善膠液塗敷性,但延長膠接週期,使固化時間延長,甚至導致固化不便而影響膠接品質;填加填料,可以提高膠液粘度等和膠接強度;如果配製氣溫降低,可以採用水浴加熱或烘和預熱的辦法,使攪拌均勻,便可降低膠液自身粘度。
2.2B塗敷方法:
a刷塗法:用一般刷子塗膠於膠接表面上,其缺點是難以控制膠層厚度且塗敷不均勻現象。
b刀刮法:將膠液倒在膠接表面上,用平刀片或玻璃棒制膠,膠層厚度憑經驗來控制。其塗敷品質不夠穩定,只能在平面膠接面上施工。
C滾塗法:用膠輥使膠接件均勻地塗上膠液的方法,調節膠輥間隙或壓力可以控制膠層厚度,膠輥越光滑,膠層越均勻越薄。
D噴塗法(靜電噴塗法):在高壓靜電場內,使帶電膠液從噴槍的放電邊緣落在膠接面上。膠液粘度控制在15-40S;膠液具有介電性,體積電阻為106-107Ω.cm;此法可保證膠層厚度一致,膠液損失小。
E熔融法:將熱熔膠加熱進行刷塗等。
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