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盤點影響膠粘劑選擇的因素

2021/9/9 8:47:31??????點擊:

膠粘劑的基本功能,是涂覆在被粘物表面間使這些被粘物連接起來。在要制造粘接件時,首先要考慮從不同類型的膠粘劑中挑選適宜的膠粘劑,以下是影響膠粘劑選擇的十一個因素。


1


粘結組合件


粘接組合件的整個加工過程或多或少對膠粘劑的選擇有影響。粘接前的加工在被粘面所造成的表面直接關系到粘接效果,如果不能改變它,那就要選擇與這種表面相匹配的膠粘劑。在粘接完成以后,整個被粘接件的加工方法(切削、沖壓、加溫、冷凍、浸漬等等)在選擇膠粘劑時也都要考慮到。整個粘接件如果是生產流水線上的一個單元,為了與其他單元同步,所采用的膠粘劑操作性能必須與生產線的速度相適應。同是膠粘劑的形態(液體、膏狀、膜狀或固體)與粘接件的加工手段(手工或機械)也要相匹配。 


2被粘材料的性質


被粘材料的物理性質和化學性質及其在粘接前所需的表面制備程度,是挑選膠粘劑所考慮的另一重要因素。此時的選擇目標是擴展接頭上的粘接程度,使接頭在受試時粘接是內聚破壞而不要在膠粘劑/被粘體界面上發生接頭破壞,只有這樣才有可能達到粘接劑的最高強度。 


3被粘材料的強度


低強度材料,如織物、毛氈或某些類似木材的材料,可能比膠粘劑還要脆弱,因此接頭破壞發生在材料內容。對這類應用,所選的膠粘劑允許粘接件在其材料經受得住的任何物理條件下使用,而且無粘接破壞的危險。此時使用高強度膠粘劑將使粘接材料超規格或者高價化了。 


4被粘材料的厚度


被粘體的厚度與強度同樣重要,特別是在那些膠粘劑的彈性系數與接頭設計相關的地方。柔性材料,如橡膠、薄金屬片、塑料膜等,它們在使用中易于彎曲,不要用硬而碎的膠粘劑來粘接,因為這類膠粘劑可能破裂而導致粘接強度降低。被粘體的可曲撓性或熱膨脹性的差異可使在膠層內產生內應力。這樣的應力可能在接應承載任何外加負荷前就已導致接應過早地破壞了。這樣的接應在零下溫度使用特別危險。在一定程度上,應力可用接應設計減到最小,但已固化的膠層仍存在應力。相同材料之間是客觀存在最小應力的地方。通過調節膠粘劑組成和挑選膠粘劑,可以指望一種膠粘劑,其流變性、熱膨脹性和化學穩定性都與被粘材料類似。在化學介質(氣體、液體)中接頭材料之一膨脹,將導致應力接近到膠粘劑與被粘體界面上。


5膠粘劑的形態


另一個不可忽略的因素是膠粘劑的形態。溶劑型膠粘劑在粘接熱塑性薄膜或其復合薄膜時使接頭的邊緣起折皺,而它們對硬質熱塑性材料的作用常常減少了對材料表面處理的要求。被粘材料的特殊形狀通常有助于特殊形式膠粘劑的應用。鋁蜂房結構對平金屬薄板的邊接,用液態底膠和熱固性膠膜(玻纖布作襯)粘接最好。用糊狀膠比較方便地將銅翼片和鋁管制成換熱器。對多孔性材料,采用粘度特別大的或者膏狀膠粘劑更合適。


6粘接體受力情況 


膠粘劑從柔性的未干的材料變成韌性的、硬的固體,其內聚強度性質大幅度的變化,其幅度約幾千N/cm2。其內聚強度的增加是膠層能承受不同應力的根本原因,但內聚強度的形成也是粘接體內應力產生的重要原因。 


在某些例子中,可能只需要膠粘劑起臨時粘接作用。如象在定位和鎖緊零件時,使零件固定。在對膠粘劑有特殊的強度要求的應用中,考慮粘接應力是必要的。其中尤其是產生應力的本質及應力的大小、粘接件的應用條件。粘接劑選定之后,接頭上膠粘劑的性能還依賴于許多因素,最重要是接頭設計、被連接表面的狀態、所使用的粘接技術、膠層的厚度、以及被粘體零件的強度和厚度或形狀。


膠粘劑所提供的應力的類型和大小很大程度上決定于接頭設計,粘接體可能受到剪切力、張力或壓縮力、或者劈力或剝離力,以及這些應力的任何結合力。大多數膠粘劑顯示了好的抗壓強度;某些膠粘劑可能有低的剝離強度,但有高的抗剪切強度,或者相反。常??赡苓_到所需要的接頭強度,甚至用低強度膠粘劑也是如此。當然,在不能設計大面積接頭的地方,采用高強度膠粘劑就成為必然的了。


接頭膠膜的厚度以選擇適合的膠粘劑來滿足所需要的強度是有特殊意義的。采用高模數的膠粘劑,在膠膜厚度較小時得到較高的抗張強度和抗剪切強度。熱固性樹脂要得到最佳強度通常膠膜厚度0.03-0.12mm,低于0.03mm強度通常要降低。強度與被粘表面的光滑度有關,接頭缺膠是危險的。另一方面,用彈性膠粘劑時,增加膠膜厚度會產生較高的剝離強度。尤其是在膠膜超過0.13mm厚時,通常會達到最佳強度。為了減少接頭應力,不采用固化后比被粘材料還要硬的膠粘劑。 


粘接體所受外應力的條件必須詳細說明。對粘接頭可能支持的負荷,如間歇負載或振動負載,并不是所有膠粘劑的功效都正好一樣。有的膠粘劑形成硬的易碎粘接層,在振動負載容易破裂;而另一些膠粘劑雖然經受得住間歇負載,但不能支持連續負載。提高負載速率對許多膠粘劑來說,會明顯地提高粘接強度(例如沖擊或剪切強度)這也是一個值得考慮的因素。


7被粘體和膠粘劑的相容性 


當被粘體與膠粘劑不相容時,將導致粘接件的粘接破壞。甚至膠粘劑的組成之一與被粘體不相容時也是如此。例如:金屬部件受到酸性(或堿性)膠粘劑的腐蝕;柔性塑料中的增塑劑遷移到膠粘劑,導致界面粘接破壞;膠粘劑中溶劑或揮發物對塑料薄膜的作用。


只要有可能,在提供膠粘劑樣品的同時,都要提供其性質的詳細說明,這無疑對膠粘劑的制造者或粘接工藝的實施者都是有益的。對電子元件和印刷電路板,通常要求在使用或貯存條件下膠粘劑不腐蝕銅及其它元件材料。在炸藥或類似的火工材料粘接時,其它的化學反應發生可能破壞粘接,甚至對炸藥有不利影響(即敏化或鈍化)。


8粘接過程的要求  


膠粘劑粘接的條件對選擇正確的膠粘劑同樣是重要的判據。在工廠或裝配線生產中,確定的裝配環境可能限制粘接產品對膠粘劑的選擇。這時所考慮的膠粘劑的操作性能往往可能摒棄用戶的潛在興趣。


與粘接過程相牽連的典型因素包括:膠粘劑的形態、膠粘劑的制備和應用方法、膠粘劑的儲存期、膠粘劑的適用期、使用膠粘必須的手段或設備、粘接過程的可變性、涂膠和粘接(疊合)之間允許的時間、膠層干燥的時間和溫度、膠層的固化溫度和使用溫度、不同溫度下粘接強度的變化率、特殊要求和預防措施,如氣味、易燃性和毒性等等。


施于工件的膠粘劑的挑選方法,除了決定于膠粘劑的物理性質外,還決定于零件的大小和形狀,被涂組成件的數目及零件的尺寸。膠粘劑的形態從稀薄液體狀至膏狀和固體狀。但對不同形態,要采用不同的使用手段。例如:對稀薄液體狀就噴涂、刷涂或滾涂;而對膏狀膠粘劑,則使用涂膠機或刮刀式涂膠機。 


對被粘體來說,膠粘劑的粘接性通常是重要的。對已涂布膠液將要裝配的零件,釘著性或粘接性起決定作用。在裝配時,粘著時間范圍決定粘合件涂覆和裝配之間的時間間隔。因此粘著性質將決定膠粘劑必須的使用條件(即膠粘劑的形態、傳質速率、混合時間以及應用方法)。與熱塑性膠粘劑相反,熱固型膠粘劑的粘著性通常較小。粘著性變化很大,這依賴于膠粘劑分子的結構和聚集形態。膠乳狀膠粘劑只有當其液體分散介質(載體)的移去(揮發)而變粘;溶劑基橡膠甚至在含有可觀量的溶劑時就變粘。兩種膠都顯示很好的粘著性。  對某些粘合件,膠粘劑的固化溫度影響到膠粘劑的選擇。許多熱固性膠粘劑要加熱和加壓才能形成粘合件,而加工過程中不可能實現這些條件進,通常使用冷固化膠粘劑。


膠粘劑的選擇還可以決定于粘合件的部件的幾何性及其排列情況,通常松配合的部件需要隙性膠粘劑;反之,緊配合的部件間需用低粘度膠粘劑。 


9使用條件   


對每一種裝配件來說,在為它挑選膠粘劑時必須考慮到粘合件在所期望的整個使用期中,在使用條件下必須維持的強度。因此,為了要詳細說明一種適用的膠粘劑,設計者必須了解需要滿足的所有情況。


通常,重要的是強度和耐久性要求,有關的這些因素在粘接體受力情況中講到過。不同類型的膠粘劑對不同的應力及施力速率響應的差異范圍很大。熱塑性膠粘劑不適于結構應用,因其在支持較低的負載時就傾向于破壞,并且在受熱時軟化。熱塑性膠粘劑是不能經受住長時間的振動應力,雖然在短時持續試驗中它比熱固性的顯示出更大的強度。熱塑性橡膠型膠粘劑通常具有高的剝強度,但其抗張強度和抗剪強度相對的低。相反,熱固性樹脂常常用作結構膠粘劑的基本組分。結構膠粘劑在常溫下變成相對硬的膠粘層,而且保留其大部分的強度。因此,一般說來在要求高強度和高的耐破壞穩定性的場合,應用熱固性結構膠粘劑是可取的。以熱固性樹脂或橡膠/樹脂為主要萬分的膠粘劑,同樣適用于支持振動負荷,但對支持剝離應力或劈開應力其強度相對地差。在沖擊負荷下,彩回彈性膠粘劑將證明比采用易碎的熱固生膠粘劑更滿意。 

  

另一個值得考慮的重要因素是膠粘劑所要求的有效應溫度范圍。通常粘合件的使用溫度,是指膠層溫度,而不是環境溫度。粘合件的溫度常常低于環境溫度,特別是粘合件是間歇地或短時暴露于加熱環境中時更是如此。在高溫下所有膠粘都要不同程度地損失強度,且部分540膠粘劑軟化或分解成無用的東西。在70°C以下有許多類熱固性和熱塑性膠粘劑都可使用;但在120°C時,只有少數熱塑性膠粘劑膠粘劑的服務壽命 


通常對膠粘劑要求有一個服務壽命,即粘合件的使用壽命,實際上要求膠粘劑的粘接有效期或壽命應比粘合件長一些。例如粘接磨刀石對金屬座子所使用的膠粘劑,必須直到磨刀石耗盡都要維持滿意的粘接。


當然,某些情況下,短的使用壽命是對膠粘劑的另一種要求。在裝配中有時需要用膠粘劑暫時將零部件粘附住,以便用其它手段使之安裝好;或者在加工過程中用膠粘劑將工件“夾持”在工作臺上,例如對玻璃、石料、磁頭或金屬等的磨琢時的情況。燒結前瓷粉的粘接和鑄造型砂材料的粘結是暫時粘接的另二種例子。對鑄造型砂的粘結還有特殊的要求,即在澆鑄件定形后,粘接就失效,砂型就崩解不再附在澆鑄件上。蠟、火漆、蟲膠等常常作為暫時性膠粘劑。


10粘接件儲存的要求    


以粘接件的使用條件,通常已為人們所重視,但對粘接件的儲存條件卻容忽視。正確的作法是,在挑選膠粘劑時就重視在運輸和儲存中粘合件可能受到反常的極端溫度和碰撞(沖擊)負荷。例如噴氣發動機是在熱狀態下工作,而可能儲存在-40°C以下的環境中或在這種條件下運輸。如果在選擇膠粘劑時忽略儲運條件,就會造成粘合件在使用前損壞。


11成本     


把粘接過程作為一個整體來考慮,挑選膠粘劑的適當性質比膠粘劑的成本更重要。除了膠粘劑的價格外,還要考慮到采用所挑選的膠粘劑的生產效率以及其它因素,僅僅采用最低成本的膠粘劑,不顧下列有關因素,未必會收到好的經濟效果: 

(1)粘接的總效率(與粘接面積和元件數目有關);


(2)應用或加工過程所需設備的容易性(設備包括模具、夾具、加壓具、加熱爐、涂敷器等);


(3)過程所需的時間(包括裝配時間、被粘元件的準備時間、固化時間等);


(4)被粘元件裝配和檢驗的勞動成本;


(5)同基他連接方法相比廢棄料的數量。 

  

通常寧可采用粘接工藝簡單的快速定位膠粘劑,只要不用復雜的裝配夾具或模具,那怕膠粘劑的價格高一引起也是合算的。

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