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胶粘剂发展、分类与应用

2019-08-21 11:03:12|基础知识
摘要 伴随着生产和生活水平的提高,普通分子结构的胶粘剂已经远不能满足人们在生产生活中的应用,这时高分子材料和纳米材料成为改善各种材料性能的有效途径,高分子类聚合物和纳米聚合物成为胶粘剂重...

伴随着生产和生活水平的提高,普通分子结构的胶粘剂已经远不能满足人们在生产生活中的应用,这时高分子材料和纳米材料成为改善各种材料性能的有效途径,高分子类聚合物和纳米聚合物成为胶粘剂重要的研究方向。在工业企业现代化的发展中,设备的集群规模和自动化程度越来越高,同时针对设备的安全连续生产的要求也越来越高,传统的以金属修复方法为主的设备维护工艺技术已经远远不能满足针对更多高新设备的维护需求,对此需要研发更多针对设备预防和现场解决的新技术和材料,为此诞生了包括高分子复合材料在内的更多新的胶粘剂,以便解决更多问题,满足新的应用需求。

正基于此,二十世纪后期,世界发达国家以美国公司为代表的研发机构,研发了以高分子材料和复合材料技术为基础的高分子复合型胶粘剂,它是以高分子复合聚合物与金属粉末或陶瓷粒组成的双组分或多组分的复合材料,它是在高分子化学、胶体化学、有机化学和材料力学等学科基础上发展起来的高技术学科。它可以极大解决和弥补金属材料的应用弱项,可广泛用于设备部件的磨损、冲刷、腐蚀、渗漏、裂纹、划伤等修复保护。高分子复合材料技术已发展成为重要的现代化胶粘剂应用技术之一。

种类

据不完全统计,迄今为止已有6000多种胶粘剂产品问世,由于其品种繁多,组分各异,尚无统一的分类方法。按固化方式的不同可将胶粘剂分为熔融固化型、挥发固化型、遇水固化型、反应固化型。

1、熔融固化型

熔融固化型胶粘剂是指胶粘剂在受热熔融状态下进行粘合的一类胶粘剂。其中应用较普遍的为焊锡、银焊料等低熔点金属,棒状、粒状、膜状的EVA(聚乙烯 醋酸乙烯)热熔胶。

2、挥发固化型

挥发固化型胶粘剂是指胶粘剂中的水分或其它溶剂在空气中自然挥发,从而固化形成粘接的一类胶粘剂。如水玻璃系列胶粘剂、氯丁胶等。

3、遇水固化型

遇水固化型胶粘剂是指遇水后即发生化学反应并固化凝结的一类物质。其中以石膏、各类水泥为代表。

4、反应固化型

反应固化型胶粘剂是指由粘料与水以外的物质发生化学反应固化形成粘接的一类胶粘剂。磷酸盐类胶粘剂、齿科胶泥、α 氰基丙烯酸酯瞬干胶水、丙烯酸双酯厌氧胶水等都属于这一类。

特点

1、耐温性

耐温性是无机胶粘剂的优良特性之一。无机高温胶粘剂通常使用范围在1500~1750℃,而磷酸 氧化铜胶粘剂的耐温范围更广,可在 180~1400℃范围内使用。但无机高温胶粘剂使用的主要骨料是锆英砂和耐火土,锆英砂价格较高,主要靠进口,耐火 土要以牺牲土地来取得,代价巨大。因此,寻找廉价易得的产品来取代传统骨料以降低生产成本是当务之急。某些有机胶粘剂通过改性也已达到了耐高温性能。例如,酚醛树脂胶就能耐1500℃的高温。市场对耐温胶粘剂的需求正在不断的增长,因而这类胶粘剂有着广阔的发展前景。

2、低污染性

随着全球环境的日益恶化,人们逐渐开始使用一些环保产品。胶粘剂虽然算不上一类庞大的化工产品,但对环境的危害也不容忽视。那些非环保型的胶粘剂将逐渐被抛弃。聚乙烯甲醛胶粘剂(俗称“107胶”)由于含有游离甲醛,危害人体健康。在发达国家早已禁用,但在中国由于其价格低廉,所以仍有相当的市场份额。但其用量已逐渐减少,不久将会全部淘汰。如何通过改性使非环保型的胶粘剂变为环保型胶粘剂是势在必行的工作。日本公司已经研究成功一种可代替胶合板制造中不含甲醛的粘合剂。通常的脲甲醛和蜜胺粘合剂含有能引起人体过敏反应的甲醛,此粘合剂的强度、耐水性和成本与蜜胺粘合剂相近。在环保的呼声日益高涨的今天,越来越多的人开始致力于可生物降解胶粘剂的研制。聚合物的生物降解是通过水解和氧化作用来完成的。大部分能降解的聚合物在其主链上含有可降解的基团,例如胺基、羟基、脲基等。用双羟基与醚反应,合成含有羟甲基的聚酯作为基体,生产可生物降解的胶粘剂,他们还用含有羟基的丁酸酯、戊酸酯、纤维素、淀粉酯等作为基体,用蔗糖酯作为增粘剂,生产能生物降解或水解的胶粘剂。另外,以淀粉或磺化酯为基体,添加含有极性的蜡质,生产含有极性的,对水敏感的胶粘剂,能在水的作用下发生水解,在进行废弃处理时降低或消除对环境的污染

3、粘接无破坏性

材料的连接主要有螺栓连接、铆接、焊接和粘接等,使用螺栓连接等技术虽然可实现快速连接,但却因对材料部件打空或局部加热而对材料有所破坏,并在使用中不能避免应力集中。相比之下,粘接技术是一种非破坏性连接技术,并因粘接界面整体承受负荷而提高负载能力,延长了使用寿命。

4、轻质性

胶粘剂的密度较小,大多在0.9~2之间,约是金属或无机材料密度的20%~25%,因而可以大大减轻被粘物体连接材的重量。这在航天、航空、导弹上,甚至汽车、航海上,都有减轻自重,节省能源的重要价值。

应用

胶粘剂除了能应用于传统的粘接以外还有一些新的、巧妙的应用。

1、防腐蚀

舰船的蒸汽管多采用包硅酸铝外加石棉来达到绝热目的,但是由于泄漏或冷热交替产生冷凝水,聚集在底层的蒸汽管外壁上;且蒸汽管长期受高温,可溶性盐的作用,外壁腐蚀很严重。为此可在硅酸铝底层用水玻璃系列胶粘剂作涂敷材料,形成类搪瓷结构的敷层,其热膨胀系数与管材相近,热应力小,不会皲裂。在机械安装中,构件常采用螺栓固定。由螺栓固定的器件长期暴露于空气中,会产生缝隙腐蚀。在机械工作过程中,有时会由于剧烈的震动使螺栓松动。为解决这一问题,可以在机械安装中先将连接构件用无机胶粘剂粘结,然后再用螺栓连接。这样既可起到加固的作用,又可起到防腐的效果。

2、生物医用

材料羟基磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2(简称HA)生物陶瓷的组成接近于人体骨质的无机成分,具有良好的生物相容性,能与骨形成牢固的化学结合,是理想的硬组织替代材料。但是制备的HA植入体的普遍弹性模量高而强度低,活性不理想。选用磷酸盐玻璃胶粘剂,通过胶粘剂的作用将HA原料粉末在低于传统烧结温度下粘接在一起,从而降低了弹性模量,保证了材料活性。一种可以用于心脏粘接的Coseal密封胶水,并已成功地用于临床。在欧洲通过21例心脏手术的对比使用发现,使用Coseal外科手术比其他方法显著地降低了手术粘连,随后的前期临床研究表明,Coseal密封胶水在心脏、妇科及腹部手术中均有巨大发展潜力[13]。胶粘剂在医学方面的应用被誉为胶粘剂工业的新增长点。环氧树脂或不饱和聚脂组成的结构胶水。当代国防技术中,隐身潜艇是海军装备现代化的标志之一。潜艇隐身的一种重要方法是在潜艇外壳敷设消声瓦。消声瓦是一种具有吸声性能的橡胶。为实现消声瓦与艇壁钢板的牢固结合,则要依赖于胶粘剂。

3、军事领域

坦克维修

坦克发动机外壳产生裂纹是常见的疵病。由于金属内部组织的缺陷、应力集中、疲劳、突出的外力作用往往引起发动机体外壳不同的部位产生裂纹。如果用焊接的方法解决这类问题,存在材质会变脆、变形、强度下降等缺点,同时还要损耗电能和设备。而采用特种粘接技术来处理这类裂纹,会取得快、好、省的效果。

军艇装配

军用小艇大多采用一次性粘接的玻璃钢(或纤维复合材料)来减轻艇体的自重和提高艇体的强度。因此,制造这种小艇时大量使用与玻璃钢相同的

用于军用飞机轻型轰炸机

主要以亚音速或跨音速飞行,机身、机翼外蒙皮采用厚度在1.5mm以下的铝合金板材,有的仅0.4~0.8mm厚,其下由波纹型材加强。铆接蒙皮如此薄的结构是很困难的,而采用胶接结构,不仅可克服铆接薄皮易引起的变形、铆钉划窝造成的整体强度损失、减少工装、缩短装配周期,而且增加了结构抗腐蚀性、耐疲劳特性以及破损安全性。现代高性能军用飞机,机翼整体油箱或机身整体油箱的密封需要用到胶粘剂。歼敌机的座舱有机玻璃与涤纶带间的粘接密封,需要高性能的胶粘剂。

导弹弹头热防护层粘接

导弹弹头为抵抗载入时的恶劣环境,要在结构层(轻金属合金材料、特种碳纤维复合材料)外加上热防护层(无机复合材料、特种树脂基复合材料)。热防护层与弹头的连接用到了2000℃左右的耐温胶粘剂。

制备伪装材料

对陆军地面武器来说,主要是8~14μm红外热像仪的威胁,实现红外隐身主要途径是研制具有不同发射率的红外迷彩涂料,通过涂层的不同发射率,对目标外形进行有效的红外图像分割,达到目标与背景相融合的目的。从红外隐身涂料的研究内容来看,高透明胶粘剂是采取的技术途径之一,利用树脂在8~14μm的红外大气层窗口不含有吸收基团来实现胶粘剂本身在红外窗口的低辐射特殊性。雷达涂料是一种能够吸收电磁波,降低目标雷达特征信号,使其具有难以被发现、识别的功能材料,是实现武器装备雷达隐身的主要途径之一。它是由吸收剂和胶粘剂组成的,胶粘剂决定了吸收涂层的物理机械性能和施工性能。

美国桑迪亚国家实验中心为保存放在仓库中的核弹头而专门设计了2种超级胶粘剂。一种是使用压力枪发射的胶粘剂,听不到声音而无法活动,但可以呼吸保住生命。假如,恐怖分子侵入仓库,抢得一枚核弹头,为防止爆炸,工兵的最佳选择就是使用这类超级胶粘剂。可以预见,这类超级胶粘剂在未来的战场上将大有用武之地。

▲由于胶粘剂具有可以实现同种或异种材料的连接、接头部位无应力集中、粘接强度高、易于实现化合自动化操作等优点,广泛应用于国民经济中的各个领域,已成为国民经济发展不可或缺的化工产品。国民经济的高速发展也为胶粘剂行业的发展提供了广阔的空间,我国现已成为胶粘剂和胶粘带的生产大国和消费大国,所以需要不断研发创新环保型产品,以满足胶粘剂行业需求。


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