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《膠粘劑用戶指南》之粘接工藝的評估一

粘接工藝的優點

粘接是連續的:承受荷載方面,粘接區域的應力分布更均勻。避免了點焊或機械緊固連接中的應力集中問題。從而粘接的構件能夠在荷載下具有更長的使用壽命。

結構剛性更好:粘接 – 是連續的 – 產生剛性更高的結構。換句話說,如果不需要更高的剛性,則結構件的重量可以降低,同時保持所需的剛性。

改善外觀:采用粘接工藝可以獲得更為平滑的外觀設計。沒有凸出的緊固件如螺栓或鉚釘,也沒有點焊痕跡。

減少應力集中:粘接結構的安全性更高,因為減少了應力集中、降低了應力集中的嚴重度,且發生疲勞裂紋的可能性更低。粘接結構中疲勞裂紋的延伸速度比鉚接結構,甚至比機械加工表面都更為緩慢,因為粘接層有阻擋裂紋的作用。

連接敏感性材料:粘接工藝不需要高溫。適用於連接容易因銅焊或焊接所產生的熱量而發生變形或屬性變化的熱敏性材料。

復雜組裝件:無法用其它任何可行方法連接的復雜組裝件可用膠粘劑粘接。复材三明治合板就是一個典型實例。

粘合不同材料: 膠粘劑可以把各種材料連接在一起– 材料可在成分、模量、膨脹系統和厚度方面有所不同。

防腐保護:連續的粘接結合形成了密封作用。因而接頭具有防漏功能並降低了腐蝕傾向。

電絕緣:粘接結合能夠在接頭形成一個電絕緣層。

振動阻尼作用:膠粘劑粘接具有良好的阻尼特性。這有助於降低噪聲或振動。

簡便易行:粘接工藝可以一個接頭替代多個機械緊固件,或在一道工序中連接多個部件,顯著簡化了裝配過程。粘接工藝可與點焊或鉚接技術結合使用,從而改善整體結構性能。以上所有優點可轉化為經濟優勢:更佳的設計、裝配更容易、重量更輕(以較低能耗克服慣性)、使用壽命更長。

局限

耐熱性能:膠粘劑是用我們所熟知的“聚合物”、“塑料”或“合成樹脂”制成的。因此具有此類材料的局限。這些材料的強度不如金屬。(這種差距是通過增大粘接面積來彌補)。隨著溫度升高,粘接強度會降低,而且膠粘劑的應變屬性由彈性應變轉變為塑性應變。這種轉變通常發生在70 – 220°C 的溫度範圍:轉變溫度視具體膠粘劑而異。

化學穩定性:接頭對所處環境的耐受性取決於配制膠粘劑的聚合物的屬性。粘接結構如有可能接觸氧化劑、溶劑等,則選擇膠粘劑類型時必須注意。

固化時間:對於大多數膠粘劑來說,不可能像機械緊固或焊接那樣立即達到最大粘合強度。組裝好的接頭必須至少被緊固支撐一段時間,利用這段時間逐漸達到粘合強度。粘接過程中,粘接質量可能會因膠粘劑對粘合面潤濕不充分而受到影響。

工藝控制:要確保最終達到良好的效果,需要對不熟悉的工藝控制進行設定。粘接不良往往是無法糾正的。

維修:粘接好的部件在維修時不容易拆卸。

 

現代膠粘劑:種類與主要性能

現代膠粘劑是按使用方法或化學品類型分類的。強度最高的膠粘劑通過化學反應形成固化。強度較低的則以某種物理變化進行固化。當今工業領域所應用的主要類型如下。

厭氧型:厭氧型膠粘劑在接觸金屬並隔絕空氣時,例如螺栓擰緊時發生固化。通常稱作“鎖緊劑”或“密封劑”,用於緊固、密封和鎖定螺栓或類似的高精度部件。這種膠粘劑由被稱為丙烯酸樹脂的合成樹脂制成。在固化過程中,厭氧膠粘劑沒有填充縫隙的能力,但具有較快固化速度的優點。

氰基丙烯酸酯膠粘劑:一種特殊類型的丙烯酸樹脂- 氰基丙烯酸酯膠粘劑,它通過與待粘接

氰基丙烯酸酯膠粘劑:一種特殊類型的丙烯酸樹脂- 氰基丙烯酸酯膠粘劑,它通過與待粘接表面所含水分發生反應達到固化。這種膠粘劑需要配合高精度的接頭。這種膠粘劑能夠在數秒內固化,適用於小型塑料零件和橡膠。氰基丙烯酸酯膠粘劑具有較小的縫隙填充能力,但能夠以液體和觸變(非流動)的形式出現。

增韌丙烯酸樹脂/甲基丙烯酸膠粘劑:一種改性丙烯酸樹脂,這種膠粘劑屬快速固化型,具有較高的強度和韌性。這種雙組分(樹脂和催化劑)膠粘劑通常在塗覆前調配,但也有特種膠粘劑,兩種組分分開塗覆,樹脂塗覆到一個粘接面,催化劑塗覆到另一表面。這種膠粘劑對表面處理要求不高,並可粘接廣泛的材料。該產品系列有寬闊的固化速度,有液體和膏狀等形態,能夠填充最大 5 毫米的間隙。

紫外線固化膠粘劑:特殊改性的丙烯酸和環氧膠粘劑,可在紫外線照射下迅速固化。丙烯酸樹脂 UV膠粘劑在紫外線照射下以極快的速度固化,但基材要求可透射紫外線。紫外線引發的環氧膠粘劑可在閉合接頭前進行照射,在室溫幾小時內固化,也可加溫固化。

環氧樹脂膠粘劑:環氧樹脂類膠粘劑由環氧樹脂加固化劑組成。由於有許多種類的樹脂和固化劑,其配方是千變萬化的。這種膠粘劑可與大多數材料形成緊固耐久的粘接面。 環氧樹脂類膠粘劑有單組分、雙組分兩種形式,能夠以流動性液體、高觸變型產品(間隙填充能力達 25 毫米)或薄膜的形式供應。

聚氨酯膠粘劑:聚氨酯膠粘劑通常為單組分潮氣固化型,也可為雙組分。它可產生強回彈性接頭面,具抗衝擊性。該產品適用於粘接 GRP (玻璃鋼) 和一些熱塑性塑料,固化速度範圍較廣,能夠以液體/膏狀的形式供應,間隙填充性可高達 25 毫米。

改性酚醛膠粘劑:第一種用於金屬的膠粘劑,長久以來,改性酚醛樹脂膠粘劑成功用於金屬與金屬、金屬與木材以及金屬與剎車套的牢固連接。改性酚醛樹脂膠粘劑在固化過程中需要熱壓力。

上述膠粘劑是通過化學反應固化的。強度較低但工業上較為重要的是膠粘劑類型有

熱熔膠粘劑:與最古老的一種膠粘劑-密封蠟有關,當今工業用熱熔型膠粘劑是由現代聚合物制成的。熱熔型膠粘劑用於快速裝配及輕微負載的結構。

塑料溶膠:塑料熔膠膠粘劑是改性 PVC 分散體,需要加熱固化。形成的粘接面往往具有回彈性和韌性。

橡膠膠粘劑:橡膠膠粘劑用膠乳溶液漿制成,通過失去溶劑或水來實現固化。不適用於持續負載的結構。

聚乙酸乙烯酯膠粘劑(PVAs):乙酸乙烯酯是 PVA 乳膠的主要成分。適用於粘接多孔材料,如紙張或木材和一般包裝件。

壓敏膠粘劑:適用於粘接膠帶和標簽,壓敏膠粘劑並不固化,但往往能適應於惡劣環境。不適於持續負載的結構。

沒有一家公司能提供全部類型的膠粘劑。各家供應商專業化生產特定類型的膠粘劑。

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