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一、粘接的理論技術(shù)

 

1、機(jī)械理論

 

機(jī)械理論認(rèn)為，膠粘劑必須滲入被粘物表面的空隙內(nèi)，并排除其界面上吸附的空氣，才能產(chǎn)生粘接作用。在粘接如發(fā)泡橡膠的多孔被粘物時(shí)，機(jī)械嵌定是重要因素。膠粘劑粘接經(jīng)表面打磨的致密材料效果要比表面光滑的致密材料好，這是因?yàn)椋?）機(jī)械鑲嵌；（2）形成清潔表面；（3）生成反應(yīng)性表面；（4）表面積增加。由于打磨確使表面變得比較粗糙，可以認(rèn)為表面層物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了改變，從而提高了粘接強(qiáng)度。

 

2、吸附理論

 

吸附理論認(rèn)為，粘接是由兩材料間分子接觸和界面力產(chǎn)生所引起的。粘接力的主要來源是分子間作用力包括氫鍵力和范德華力。膠粘劑與被粘物連續(xù)接觸的過程叫潤濕，要使膠粘劑潤濕固體表面，膠粘劑的表面張力應(yīng)小于固體的臨界表面張力，膠粘劑浸入固體表面的凹陷與空隙就形成良好潤濕。如果膠粘劑在表面的凹處被架空，便減少了膠粘劑與被粘物的實(shí)際接觸面積，從而降低了接頭的粘接強(qiáng)度。

 

許多合成膠粘劑都容易潤濕金屬被粘物，而多數(shù)固體被粘物的表面張力都小于膠粘劑的表面張力。實(shí)際上獲得良好潤濕的條件是膠粘劑比被粘物的表面張力低，這就是環(huán)氧樹脂膠粘劑對金屬粘接極好的原因，而對于未經(jīng)處理的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯和氟塑料很難粘接。

 

通過潤濕使膠粘劑與被粘物緊密接觸，主要是*分子間作用力產(chǎn)生永久的粘接。在粘附力和內(nèi)聚力中所包含的化學(xué)鍵有四種類型：

 

（1） 離子鍵、（2） 共價(jià)鍵、（3） 金屬鍵、（4） 范德華力

 

3、擴(kuò)散理論

 

擴(kuò)散理論認(rèn)為，粘接是通過膠粘劑與被粘物界面上分子擴(kuò)散產(chǎn)生的。當(dāng)膠粘劑和被粘物都是具有能夠運(yùn)動(dòng)的長鏈大分子聚合物時(shí)，擴(kuò)散理論基本是適用的。熱塑性塑料的溶劑粘接和熱焊接可以認(rèn)為是分子擴(kuò)散的結(jié)果。

 

4、靜電理論

 

由于在膠粘劑與被粘物界面上形成雙電層而產(chǎn)生了靜電引力，即相互分離的阻力。當(dāng)膠粘劑從被粘物上剝離時(shí)有明顯的電荷存在，則是對該理論有力的證實(shí)。

 

5、弱邊界層理論

 

弱邊界層理論認(rèn)為，當(dāng)粘接破壞被認(rèn)為是界面破壞時(shí)，實(shí)際上往往是內(nèi)聚破壞或弱邊界層破壞。弱邊界層來自膠粘劑、被粘物、環(huán)境，或三者之間任意組合。如果雜質(zhì)集中在粘接界面附近，并與被粘物結(jié)合不牢，在膠粘劑和被粘物內(nèi)部都可出現(xiàn)弱邊界層。當(dāng)發(fā)生破壞時(shí)，盡管多數(shù)發(fā)生在膠粘劑和被粘物界面，但實(shí)際上是弱邊界層的破壞。

 

聚乙烯與金屬氧化物的粘接便是弱邊界層效應(yīng)的實(shí)例，聚乙烯含有強(qiáng)度低的含氧雜質(zhì)或低分子物，使其界面存在弱邊界層所承受的破壞應(yīng)力很少。如果采用表面處理方法除去低分子物或含氧雜質(zhì)，則粘接強(qiáng)度獲得很大的提高，事實(shí)業(yè)已證明，界面上確存在弱邊界層，致使粘接強(qiáng)度降低。

 

6、粘接的一般過程

 

在進(jìn)行粘接之前，首先要對被粘表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，然后將?zhǔn)備好的膠粘劑均勻地涂覆在被粘物表面上，接著便是膠粘劑潤濕、流變、擴(kuò)散、滲透、疊合之后，使之緊密接觸。當(dāng)膠粘劑的大分子與被粘物表面的距離小于0.5nm時(shí)，則會(huì)互相吸引，產(chǎn)生范德華力或形成氫鍵、配位鍵、共價(jià)鍵、離子鍵、金屬鍵等，加上滲入孔隙中的膠粘劑，固化后生成無數(shù)的小"膠鉤子",從而完成了粘接過程，于是獲得了牢固的粘接。

 

一般來說，粘接過程就是表面處理、涂膠、疊合、固化、后處理等，是一復(fù)雜的物理和化學(xué)過程。

 

二、橡膠粘接設(shè)計(jì)考慮因素

 

橡膠彈性體包含：天然橡膠和許多合成橡膠。選擇彈性體時(shí)應(yīng)考慮零件的性能要求、是否容易混合、加工或硫化。

 

大部分硫化粘接零件使用：

 

天然橡膠（NR）

 

丁苯橡膠（SBR）

 

氯丁橡膠（CR）

 

丁腈橡膠（NBR）

 

其他常用的合成橡膠包括：

 

丁基橡膠（IIR）

 

異戊二烯橡膠（IR）

 

順丁橡膠 (BR)

 

氯磺化聚乙烯（CSM）

 

聚丙烯酸酯（ACM）

 

乙烯-丙烯酸酯類 (AEM)

 

各種可澆注聚氨酯（AU或EU）

 

高性能和超高性能的彈性體專用于要求耐用性和極端工作條件的場景。包括各種氟橡膠（FKM）和硅橡膠（MQ），以及氫化丁腈橡膠（HNBR）。

 

零件設(shè)計(jì)師開始在以緩沖為主要功能的組件中使用可熔融加工的彈性體或熱塑性彈性體，包括各種聚烯烴（TPO）、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和熱塑性聚氨酯。這些材料不需要硫化，因此并非典型的粘接組件，但易于加工，且產(chǎn)生的廢物也可回收利用。最終用途一般要求在室溫下使用。

 

配方體系的變化對粘接性能的影響

 

洛德技術(shù)服務(wù)實(shí)驗(yàn)室生成的數(shù)據(jù)，結(jié)合客戶的輸入，可以提供用于理解配方體系的變化對粘接性能的影響的相關(guān)信息。這些配方應(yīng)用指南主要與非極性二烯彈性體有關(guān)，如：EPDM、IIR和NR，也涉及一些更易粘接和極性更強(qiáng)的類型，如：CR和NBR。

 

以下配方體系、固化系統(tǒng)、填料、增塑劑和抗降解劑在不同程度上影響“粘接性”。這些成分的效用如下所示：

 

硫磺含量—配方體系中的硫含量舉足輕重：硫含量為1 p.h.r.或以上時(shí)，有利于粘接。配方體系含少量硫或無硫則很難粘接。

 

促進(jìn)劑--常用促進(jìn)劑中，MBT通常具備良好的粘接性。ZDMC和超促進(jìn)劑（如TMTD）會(huì)降低粘接性，特別是在EV或半EV硫化體系中。防焦燒劑（PVI）通常添加到快速硫化的配方體系中，以提升加工安全性。但使用超促進(jìn)劑時(shí)：NR配方中如存在高含量的PVI，則不利于粘接。PVI如低于0.15 p.h.r.，則粘接效果較好。

 

填料--填料的類型和數(shù)量是關(guān)鍵。炭黑含量為40至80 p.h.r.的橡膠比炭黑含量較低的橡膠更容易粘接。粘土和白炭黑等非黑色填料也有利于粘接。

 

蠟和油--傳遞到硫化彈性體表面的蠟質(zhì)或油質(zhì)成分會(huì)降低粘接性能。包括低分子量聚烯烴助劑（即低熔點(diǎn)聚乙烯和聚丙烯加工助劑/潤滑劑）、芳香油和脂肪酸酯（即蓖麻油酸酯）。環(huán)烷烴或石蠟油問題比較少。

 

鄰苯二甲酸酯增塑劑--盡管經(jīng)常推薦鄰苯二甲酸二辛酯等增塑劑用于維持聚烯烴彈性體（EPDM和IIR）在低溫、終端應(yīng)用中的機(jī)械性能，但并不利于粘接。使用鄰苯二甲酸酯會(huì)影響NBR材料的粘接性。但加入白炭黑等高表面積的無機(jī)填料，可中和鄰苯二甲酸酯增塑劑的消極影響。

 

抗臭氧劑 - 高性能的抗臭氧劑和某些抗氧化劑，特別是對苯二胺類，可能會(huì)減弱粘接性。

 

非二烯類彈性體--未使用硫磺和促進(jìn)劑固化的彈性體，可加入高表面積的填料提升粘接性。與某些油、增塑劑和蠟混合時(shí)，粘接性會(huì)降低。

 

三、橡膠硫化粘接問題

 

粘接工藝上有很多需要注意的部分，如果出現(xiàn)問題，都需要查:

 

1、金屬基材是不是變化了？

 

2、金屬表面的處理是否出現(xiàn)問題，比如有灰塵、有油？

 

3、粘接劑是否過期？

 

4、涂刷在金屬表面的粘接劑是否干透了？

 

5、硫化溫度是否合理？

 

6、橡膠是否發(fā)生了變化？

 

硫化后粘接不好，你要看你涂的膠水是跟著橡膠還是跟著骨架！膠水跟著橡膠走，證明你的金屬件處理有問題。如果膠水跟著骨架走，證明你的硫化工藝存在問題，還有一些問題需要去逐一排查的，是否膠水失效，橡膠是否存在問題，等等。有些問題找不到原因的時(shí)候，需要耐心的逐一排查。直到找到答案為止。

 

骨架的處理方式：高溫除油——噴砂——磷化——烘烤——涂膠——固化

 

四、膠粘劑相關(guān)概念

 

1、膠黏劑的主要理化性能指標(biāo)

 

操作時(shí)間

 

膠粘劑混合到待粘結(jié)件配對之間的最大時(shí)間間隔

 

初固化時(shí)間

 

達(dá)到可搬卸強(qiáng)度時(shí)間，允許處理粘結(jié)件的足夠強(qiáng)度，包括從夾具上移動(dòng)零件

 

完全固化時(shí)間

 

膠粘劑混合后得到最終機(jī)械性能需要的時(shí)間

 

貯存期

 

在一定條件下，膠黏劑仍能保持其操作性能和規(guī)定強(qiáng)度的存放時(shí)間

 

粘接強(qiáng)度

 

在外力作用下，使膠粘件中的膠黏劑與被粘物界面或其鄰近處發(fā)生破壞所需要的應(yīng)力

 

剪切強(qiáng)度

 

剪切強(qiáng)度是指粘接件破壞時(shí)，單位粘接面所能承受的剪切力，其單位用MPa（N/mm2）表示

 

不均勻扯離強(qiáng)度

 

接頭受到不均勻扯離力作用時(shí)所能承受的最大載荷，因?yàn)檩d荷多集中于膠層的兩個(gè)邊緣或一個(gè)邊緣上，固是單位長度而不是單位面積受力，單位是KN/m

 

拉伸強(qiáng)度

 

拉伸強(qiáng)度又稱均勻扯離強(qiáng)度、正拉強(qiáng)度，是指粘接受力破壞時(shí)，單位面積所承受的拉伸力，單位用MPa（N/mm2）表示

 

剝離強(qiáng)度

 

剝離強(qiáng)度是在規(guī)定的剝離條件下，使粘接件分離時(shí)單位寬度所能承受的最大載荷，其單位用KN/m表示

 

2、膠粘劑的常見檢測項(xiàng)目

 

1.物理性能

 

常規(guī)性能：厚度；粘度；耐水性

 

機(jī)械測試：拉伸性能；剝離強(qiáng)度；拉伸剪切強(qiáng)度；壓縮剪切強(qiáng)度；水平和垂直持粘性

 

燃燒性能：水平燃燒；垂直燃燒；灼熱絲燃燒

 

電性能：絕緣材料表面和體積電阻率；防靜電材料表面電阻率；介電強(qiáng)度、擊穿電壓；耐電壓

 

2.老化測試

 

快速紫外老化；氙燈老化；耐溫濕老化；鹽霧老化 ；老化后外觀及性能評價(jià)

 

3.成分分析

 

主成分定性分析；全成分定性分析；全成分定量分析；灰分含量

 

4.可靠性

 

溫濕循環(huán)；溫度沖擊；防水防塵；振動(dòng)測試

 

3、膠黏劑的現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

 

GB 18581-2009室內(nèi)裝飾裝修材料溶劑型木器涂料中有害物質(zhì)限量

 

GB/T 2791-1995膠黏劑T剝離強(qiáng)度試驗(yàn)方法 撓性材料對撓性材料

 

GB 18581-2009室內(nèi)裝飾裝修材料溶劑型木器涂料中有害物質(zhì)限量

 

GB/T 27934.3-2011紙質(zhì)印刷品覆膜過程控制及檢測方法

 

GB/T 2794-2013膠黏劑黏度的測定 單圓筒旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)法

 

GB/T 16585-1996硫化橡膠人工氣候老化（熒光紫外燈）試驗(yàn)方法

 

GB/T 7124-2008膠粘劑剪切強(qiáng)度

 

ASTM D 1781-1998膠黏劑滾筒剝離試驗(yàn)方