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关于结构胶粘剂和非结构胶粘剂

学习电子胶水这么久了,其实发现自己一直忽略了一个问题,经常听到很多场合说到结构胶以及非结构胶,但还真未认真的去了解过,一个简单的认识就是结构胶对强度要求很高,非结构胶对强度要求低一些,今天有空特意在网上找了一些文章来学习一下,大家共享之:

1、按胶接接头的受力情况可分为结构胶粘剂和非结构胶粘剂。

结构胶粘剂具有较高的胶接强度,其胶接接头能承受较大的负荷,不仅所胶接的接头剪切强度要高,且其不均匀扯离强度也要较高,这样才能使胶接接头经受住冲击、振动、疲劳等各种载荷的考验。此外,这类胶粘剂还必须具有一定的耐热、耐气候等性能.使被胶接的结构部件能在较苛刻的环境下工作。结构胶粘剂的品种很多,从主组成看,用得最多的有改性酚醛树脂、改性环氧树脂、不饱和树脂等胶粘剂。

非结构胶粘剂一般不承受任何较大的载荷,用于胶接受力较小的制件或做定位用。非结构胶粘剂的品种也很多,如聚氨酯、氯丁橡胶、脲醛、淀粉等胶粘剂。

应当指出,在结构和非结构胶粘剂之间,并无严格界限,既无明确强度指标界限,也不能完全按树脂类型来分。例如环氧树脂胶粘剂用一般胺类在室温下固化的配方,只能用于非结构不见的胶接,若将其进行改性,则能成为良好的结构胶粘剂。

2、环氧树脂结构胶粘剂作为结构胶中最主要也是最可靠的产品,随着建筑安全要求的提高重要性越来越为人所知。“神六”发射后,航天器上使用的国产环氧树脂结构胶粘剂又形起国内外高度关注,提供这种材料的蓝星新材料无锡树脂厂专家表示,“神六”飞船的座舱、地板、天线、太阳能电池、仪器舱等重要部位,必须在承受超强高、低温变化和强冲击力的巨大考验后依然紧紧粘连在一起。实现这一要求需求使用性能极好的结构胶粘剂,环氧树脂胶是公认的最佳也是主导使用的结构胶粘剂。环氧树脂本身就是胶粘剂,在应用过程中按工艺及应用要求与环氧固化剂反应,即可完成固化、实现胶粘功能。蓝星新材料无锡树脂厂是我国历次航天发射专用材料提供者,提供的特制环氧树脂性能过硬,它紧密地把飞船各部位的结构粘接在一起,发挥了不可替代的作用。关于航天环氧树脂结构胶粘剂的配方、试验环境、基料品种等都属保密。

环氧树脂结构胶粘剂是指胶接受力结构件的一类胶粘剂。在结构件的连接上,胶接比传统的铆接、螺接、焊接具有更大的优越性。开始使用合成胶粘剂胶接受力结构件大约是在20世纪40年代。当时由于现代工业,特别是航空和其他军事工业发展的需要,而合成高分子工业正处在新兴时期,所以结构胶粘剂得到迅速发展。环氧结构胶粘剂则是其中一个十分重要的品种。

目前国内外对结构胶粘剂的定义、分类和评价标准还没有公认的一致意见。各行业的看法也不尽相同。美国航空结构胶粘剂标准MMM-A-132按不同马赫数的飞行速度对耐热性的要求,将结构胶粘剂分为四种类型,并对其剪切、疲劳、蠕变、老化、T型剥离等强度指标做了具体规定。I型对应的飞行速度为1马赫数以下,规定了室温和82℃的强度指标;Ⅱ型对应的是1~2马赫数,规定了室温及149℃的强度指标;Ⅲ、Ⅳ型对应的是2马赫数以上至3马赫数左右,规定了室温、149℃和260℃的强度指标。后三种类型是超音速飞机用的耐高温结构胶粘剂。

按强度的不同I型又分为三级,规定如下:一级用于主受力结构的胶接,为结构胶粘剂;二级用于次受力结构的胶接,为准结构胶粘剂;三级对剥离强度没有要求,应属于非结构胶粘剂。我国对结构胶粘剂的定义和分类还没有国家标准,通常根据胶接对象受力情况和胶接强度把结构胶粘剂分为高强度、高韧性和中等强度、中等韧性两类:主受力结构用胶的钢一钢抗剪强度≥25MPa,抗拉强度≥33MPa,不均匀扯离强度≥40kN/m。次受力结构用胶的剪切强度17~25Mpa,不均匀扯离强度20~50kN/m。

按照固化温度可把环氧结构胶粘剂分为高温固化、中温固化、室温固化和低温固化四类:高温固化环氧结构胶粘剂的温度、韧性、耐热性等均高,多用于主受力结构的胶接;中温固化环氧结构胶粘剂主要是适应飞机工业的需要而发展起来的胶种,由于铝合金在120℃以上开始出现晶界腐蚀倾向,并随温度的升高而加剧,晶界腐蚀后绿合金的强度和韧性都会下降,因此要求胶接铝合金的胶粘剂的固化条件不超过130℃/4h;室温固化环氧结构胶粘剂的应用更为广泛。在土木建筑领域的应用更为重要,是建筑结构胶粘剂的主要品种之一;低温固化环氧胶粘剂是近几年来为了适应冬季低温施工的需要,开发出的一类新胶种能在0℃,甚至可在-10℃以下施工、固化。

按照耐热性还可把结构胶粘剂分为通用型(≤80℃)、耐高温型(≥150℃)和耐中温型(介与前者之间)3类。

关于环氧结构胶粘剂的特点,专家介绍说,主要是:强度和韧性大,综合性能好,胶接的安全可靠性高。配方设计灵活,可选择性大,能适应各种使用要求。使用工艺简便。环氧结构胶粘剂在航空和宇航工业中大量用于制造蜂窝夹层结构、全胶接钣金结构、复合金属结构(如钢-铝、铝-镁、钢-青铜等)和金属-聚合物复合材料的复合结构。用作机翼蒙皮、机身壁板、人造卫星结构、火箭发动机壳体等。在造船工业中用于螺旋桨与艉轴的胶接,曲轴的胶接。在机械制造工业中用于重型机床丝杆的套镶粘接,其精度和强度均大于整体丝杆。近年来环氧结构胶粘剂的应用在土木建筑中得到快速发展。广泛用于房屋、桥梁、隧道、大坝等的加固、锚固、灌注粘接、修补等方面。

3、建筑胶粘剂,是建筑工程上必不可少的材料,使用范围很广泛。在建筑装饰装修过程中,主要用于板材粘结,墙面预处理,壁纸粘贴,陶瓷墙地砖、各种地板、地毯铺设粘结等方面,增加了防水性、密封性、弹性、抗冲击性等一系列性能,这不仅可以提高建筑装饰质量,增加美观舒适感,还可以改进施工工艺,提高建筑施工效率和质量等,由于使用范围广,故其种类繁多,按粘接强度和用途分类:

a、结构型

(1)建筑结构胶:粘钢胶、植筋胶(锚固胶)、灌注胶、碳纤维加固胶等;

(2)幕墙结构胶:干挂胶、有机硅结构胶;

b、非结构型

(1)粘接性胶黏剂:地板胶、地砖胶、壁纸胶、塑料管道胶、石料胶、竹木胶等;

(2)密封胶:聚硫密封胶、丁基密封胶、有机硅密封胶等。

说到植筋胶(锚固胶),补充几句,我弟弟是在中交二航局武汉研究院,专门从事道路及桥梁的修葺工作,当时他告诉我他们院里每年都要花上百万在胶水上面,而且像类似植筋胶什么的用量非常大,据说用植筋胶把钢筋插入墙体固化后,用拉力机去做拉拔测试,将钢筋拔断了也没能从胶里面拔出来的,可见这种胶的强度是非常大的。另外有一次他们在杭州负责一个项目时,当时他带着几种胶粘剂去北京的某研究所做测试认证报告,据说也花了两三万元,比起我们常见的环保方面的SGS什么的也还真不便宜,呵呵。 不过我后来查了一下做植筋胶的公司,基本上都是一些建筑工程公司,而非胶粘剂公司,估计技术含量相对应该比较有限,就像有些公司自行配置低端的环氧双组分胶差不多。而且差不多每个省都有类似的公司。

最后回到电子胶水,其实这样看来我们目前常见的电子胶粘剂估计都应该属于非结构胶粘剂的范畴,我目前接触到的单组分热固化的环氧树脂胶里面用钢片搭接测试剪切强度,最高的基本也只能做到15MPa了,而且是在粘接面积比较大的情况下。而往往在实际应用中粘接面积都是比较小的,所以基本也很难起到结构胶粘剂的作用了。但是大家看电子胶水的TDS资料中依然也是会有很多强度指标的,但基本都是按ASTM和国标来测试的。特殊用途点会单独列明相应强度的,例如贴片胶就会标识出不同大小元器件如0806、0604、0402的推力数据,而一些固晶胶,也会标识不同大小的晶片的扭力或者推拉力数据。大家可以看看乐泰的贴片红胶或者ablestick的固晶胶的技术资料了解一下。

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