膠粘劑的定義
膠粘劑的定義：通過界面的粘附和物質(zhì)的內(nèi)聚等作用，能使兩種或兩種以上的制件或材料連接在一起的天然的或合成的、有機(jī)的或無機(jī)的一類物質(zhì)，統(tǒng)稱為膠粘劑(adhesive)又叫粘合劑，習(xí)慣上稱為膠。
粘結(jié)(粘合)：指兩個(gè)表面靠化學(xué)力、物理力或者兩者兼有的力使之結(jié)合在一起的狀態(tài)。
膠粘劑首先必須在被粘物表面粘附，這是由于兩相之間產(chǎn)生粘合力，該力來源于次價(jià)鍵力或主價(jià)鍵力。
內(nèi)聚：即單一物質(zhì)內(nèi)部各粒子靠主價(jià)鍵力(包括離子鍵、共價(jià)鍵、配位鍵、金屬鍵等)、次價(jià)鍵力(包括范德華力、氫鍵)結(jié)合在一起的狀態(tài)。膠粘劑的內(nèi)聚力與分子間力、相對分子質(zhì)量、交聯(lián)程度、結(jié)晶和分子纏繞等因素有關(guān)。
膠粘劑的要求
膠粘劑的要求：
1：不論出于何種狀態(tài)，當(dāng)涂布時(shí)都應(yīng)呈液態(tài);
2：對被粘接物表面能夠完全鋪展，充分潤濕;
3：必須能夠通過某種方式而使液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w或凝膠狀態(tài)，形成堅(jiān)韌而穩(wěn)定的膠層;
4：固化后應(yīng)有一定的強(qiáng)度。能夠可靠的連接，傳遞應(yīng)力，抵抗破壞;
5：可耐0℃以上的溫度，并經(jīng)受一定時(shí)間的考驗(yàn)。
膠粘劑的分類
1：按照外觀分類
1.1：溶劑型
1.2：乳液型(水性)
1.3：膏狀或糊狀
1.4：固體型
1.5：膜狀型
2：按照固化方式分
水基蒸發(fā)型、溶劑揮發(fā)型、熱熔型、化學(xué)反應(yīng)型、壓敏型。
膠粘劑的基本組成
1 膠粘劑的基本組成：
膠粘劑的組分包括基料、固化劑、溶劑、增塑劑、填料、偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑、促進(jìn)劑、增韌劑、增粘劑、增稠劑、稀釋劑、防老劑、阻聚劑、阻燃劑、引發(fā)劑、光敏劑、消泡劑、防腐劑、穩(wěn)定劑、絡(luò)合劑、乳化劑。
2 基料的種類：
基料是膠粘劑的主要成分、主劑或主體聚合物，起粘合作用。按照化學(xué)的成分的不同 ，基料的來源有無機(jī)化合物和有機(jī)化合物。有機(jī)化合物是高分子合成類的高分子基料。
2.1 常用的有機(jī)化合物
熱固性合成樹脂：酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、聚氨酯樹脂、不飽和聚酯和丙烯酸樹脂。
熱塑性合成樹脂：橡膠類基料、天然高分子材料、水性膠乳類 基料
橡膠類基料膠粘劑
2.2 膠粘劑基料的選擇原理
根據(jù)膠粘劑應(yīng)用的對象、應(yīng)用的場合及應(yīng)用的性能的選擇。同時(shí)分子基料的分子結(jié)構(gòu)與粘接性能的關(guān)系甚為密切。
1).高分子材料的極性有關(guān)
2).高分子材料的結(jié)晶性能
3).高分子材料的分子量
固化劑(硬化劑)
1.固化劑(硬化劑)
使基態(tài)原料通過化學(xué)反應(yīng)，發(fā)生聚合、縮聚或交聯(lián)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性高聚物或者網(wǎng)狀高聚物，是膠接接頭具有力學(xué)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的物質(zhì)。
2.固化劑的選擇：
2.1：最好是液體的無毒、無色、無味的物質(zhì)
2.2：固化劑與被固化物反應(yīng)要平穩(wěn)，放熱量少，以減少膠層的內(nèi)聚力
2.3：耐熱性，選用分子中具有反應(yīng)基團(tuán)較多的固化劑
2.4：韌性，選用分子鏈較長的固化劑
膠粘劑溶劑
1.膠粘劑溶劑
指能夠降低某些固體或者液體分子間力，而使被溶物質(zhì)分散為分子或離子均一體系的液體，常用的溶劑為低黏度的液體物質(zhì)。主要有脂肪烴、芳香烴、鹵代烴、酯類、醇類、酮類、酸類、醚類、萜烯烴、酰胺類和水類。但是多數(shù)的有機(jī)溶劑有一定的毒性、易燃性、易爆性、對環(huán)境有污染、對安全又隱患、對人體有危害。
2.溶劑的作用：
2.1 聚合反應(yīng)的介質(zhì)：是反應(yīng)緩和、溫度易于控制、
2.2 溶解基料：制備溶劑型膠粘劑
2.3 稀釋劑：稀釋膠粘劑使其達(dá)到一定的黏度，有利于濕潤、便于涂布
2.4 調(diào)節(jié)膠粘劑的揮發(fā)速度
2.5 防止凝膠，用來增加貯存穩(wěn)定性
2.6 粘結(jié)前的表面清潔處理劑
2.7 直接粘接，某些塑料
2.8 降低成本、提高效益
膠粘劑溶劑的選擇
1. 溶劑的選擇
1.1 極性：選擇與基料極性相同或相近的溶劑(相似相容的原理)。
1.2 溶解度參數(shù)(與極性有關(guān))：溶劑的溶解度參數(shù)和高分子基體的溶解度參數(shù)相近。
1.3 溶劑的揮發(fā)性：選擇揮發(fā)度適當(dāng)?shù)娜軇┗蚩炻旌系娜軇?/p>
溶劑揮發(fā)太快：膠液表面易成膜、膜下溶劑不易揮發(fā);揮發(fā)是一個(gè)吸熱的過程，太快膠膜表面的溫度降低而凝結(jié)水汽，影響粘接質(zhì)量。
溶劑揮發(fā)太慢：表干時(shí)間慢，影響工效。
1.4 溶劑的選擇要考慮到價(jià)格、毒性和來源。
軟化劑
1. 軟化劑的作用：軟化劑是SBS費(fèi)用不可的組分，其作用是調(diào)節(jié)硬度，流動(dòng)性，并降低成本，充油SBS可使配煉加工更容易。最常用的是環(huán)烷油，芳烴成色深、有毒、不能使用，石蠟油不能改善物性，還會(huì)導(dǎo)致噴出。國產(chǎn)克拉瑪依KN系列環(huán)保型環(huán)烷油(例如KN4010等)質(zhì)量上乘。
2. 軟化劑的種類：按烴類組成分為石蠟基、環(huán)烷基、芳香基三類。
3. 軟化劑的特點(diǎn)：
3.1 石蠟基橡膠油：抗氧化、光安定性好，但乳化性、相容性、低溫性相對較差;
3.2 環(huán)烷基橡膠油：兼具石蠟基、芳香基的優(yōu)點(diǎn)，乳化性、相容性適中，無污染、無毒性，適用范圍也比較廣。
3.3 芳香基橡膠油：相容性好，填充量大，價(jià)格低廉，所得橡膠產(chǎn)品強(qiáng)度高。但顏色深、毒性大、對環(huán)境污染大。
增塑劑
1. 增塑劑的定義
是一種降低高分子化合物玻璃化溫度和熔融溫度，改善膠層脆性、增進(jìn)熔融流動(dòng)性的物質(zhì)。
2. 增塑劑的作用：
2.1 屏散高分子化合物的活性基團(tuán)，減弱分子間作用力，從而降低分子之間的相互作用。
2.2 增加高分子化合物的熱性、延伸性和耐寒性，降低其內(nèi)聚強(qiáng)度、彈性模量及耐熱性。
3. 增塑劑的選擇：
3.1 極性：極性大小影響增塑劑與主體材料的相容性，其原理同溶劑作用。
3.2 持久性：由于滲出、遷移、揮發(fā)二損失影響膠的物理機(jī)械性能。選擇高沸點(diǎn)的或高分子量的增塑劑。
3.3 分子量及狀態(tài)：分子量越高，粘接強(qiáng)度越好。
4. 常用的增塑劑：
鄰苯二甲酸酯、磷酸酯類、己二酸酯和癸二酸酯等。
填料
1. 填料的定義
在膠粘劑中不與基體起化學(xué)反應(yīng)，但是可以改變其性能，降低成本的固體材料。
2. 常用的填料分為有機(jī)填料和無機(jī)填料：
有機(jī)填料：改善樹脂的脆性、吸濕性高、耐熱性能低
無機(jī)填料：使膠的相對密度增加、脆性增加、但耐熱性、介質(zhì)性能、收縮率等都會(huì)有所改善。
3. 填料的選擇：
3.1：無活性與膠粘劑的其他組分不發(fā)生反應(yīng)
3.2：分散性好與基料有良好的潤濕性
3.3：不含水分、有害物質(zhì)、油脂，無吸濕性
3.4：顆粒均勻。無毒
3.5：來源廣泛、加工方便、價(jià)格低廉
3.6：填料的密度與基料的密度不能相差太大
3.7：用量適宜
4. 常用的填料：二氧化硅、碳酸鈣、碳酸鎂、鋁粉、酚醛樹脂等
偶聯(lián)劑
1. 偶聯(lián)劑
能同時(shí)與極性物質(zhì)和非極性物質(zhì)產(chǎn)生一定結(jié)合力的和化合物，其特點(diǎn)是分子中同時(shí)具有極性和非極性部分的物質(zhì)。常用的偶聯(lián)劑有有機(jī)鉻偶聯(lián)劑、有機(jī)硅偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑。
在膠粘劑中常用的是硅烷偶聯(lián)劑。
2. 偶聯(lián)劑的作用：
2.1).增加主體樹脂本身的分子間的作用力，提高膠粘劑的內(nèi)聚強(qiáng)度
2).增加樹脂與被粘合物之間的結(jié)合，起了一定的架橋作用。
不同的偶聯(lián)劑具有不同的反應(yīng)基團(tuán)，反應(yīng)基團(tuán)不同對粘接性能的影響也不同。
其他助劑
助劑種類
引發(fā)劑：在一定的條件下能分解產(chǎn)生自由基的物質(zhì)，一般含有不飽和鍵的化合物中加入引發(fā)劑，常用的引發(fā)劑有過氧化二苯甲酰、過氧化環(huán)己酮、過氧化異丙苯、偶氮二異丁氰等
促進(jìn)劑(催化劑)：能夠降低引發(fā)劑的分解溫度或加速固化劑與樹脂橡膠反應(yīng)的物質(zhì)。
防老劑：能延緩高分子化合物的老化的物質(zhì)，對于高溫、暴曬下使用的膠粘劑由于容易老化變質(zhì)，在配膠時(shí)加入防老劑
增稠劑：黏度低的膠粘劑，增加使其黏度增加的物質(zhì)
阻聚劑和穩(wěn)定劑：阻止或延緩含有不飽和鍵的聚合物、單體在貯存過程中自行交聯(lián)的物質(zhì)(對苯二酚)
改變膠粘劑性能的設(shè)計(jì)原則
粘接強(qiáng)度的改進(jìn)設(shè)計(jì)
1：選擇粘接力和內(nèi)聚力都大的樹脂(環(huán)氧樹脂、聚氨酯);
2：加入增韌劑、降低脆性、增加膠層韌性，減小內(nèi)應(yīng)力;
3：熱固性樹脂和熱塑性樹脂或橡膠并用，熱固性樹脂提供強(qiáng)力和耐熱元素，而熱塑性樹脂提供粘性和韌性元素。綜合結(jié)果會(huì)得到較高的粘接強(qiáng)度;
4：引入極性基團(tuán)或加入相容性能好、極性大的樹脂，可提高橡膠型膠粘劑的粘接強(qiáng)度;
5：適當(dāng)?shù)慕宦?lián)劑;
6：添加適量適當(dāng)?shù)奶盍稀⒔档褪湛s率，晶須或納米田納西奧效果極佳;
7：加入適當(dāng)?shù)呐悸?lián)劑;
8：加入稀釋劑，降低黏度，增大濕潤性。
耐熱性的改進(jìn)設(shè)計(jì)
1：采用耐高溫性能好的樹脂或橡膠(酚醛樹脂、有機(jī)硅、氟橡膠、雜環(huán)聚合物);
2：提高環(huán)的密度;
3：增加交聯(lián)劑;
4：適當(dāng)?shù)靥岣呓Y(jié)晶度;
5：使用耐高溫性能好的固化劑;
6：加入耐熱填料;
7：減少高溫氧化分解，加入抗氧劑;
8：添加硅烷偶聯(lián)劑。
耐寒性的改進(jìn)設(shè)計(jì)
1：選用耐寒性的聚合物，如聚氨酯;
2：加入增塑劑或增韌劑;
3：降低交聯(lián)度;
4：降低結(jié)晶性;
5：減少填料用量。
耐溶劑性的改進(jìn)設(shè)計(jì)
1：采用耐溶劑好的樹脂或橡膠;
2：增加交聯(lián)度;
3：適當(dāng)增大填料的用量;
4：少用或者不用增塑劑。
耐酸堿性的改進(jìn)設(shè)計(jì)
1：提高交聯(lián)度;
2：選用惰性填料;
3：提高填料的用量;
4：酯類增塑劑不耐酸。
耐水性改性設(shè)計(jì)
1：選用分子中含有-CN、-NH2、-OH、 -COO-等基團(tuán)少的聚合物吸水性低，不易被水解;
2：增加膠粘劑基料的用量;
3：使用耐水性固化劑;
4：提高交聯(lián)密度;
5：所用填料為吸水性較小的品種;
6：加入偶聯(lián)劑，改善界面性質(zhì)。
耐老化性的改進(jìn)設(shè)計(jì)
1：選用耐水性、耐候性和耐老化性能好的基料;
2：提高交聯(lián)度;
3：加入活性填料;
4：某些膠粘劑中可適當(dāng)?shù)募尤敕览蟿┗蚩寡趸瘎?
5：加入適量的有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑;
6：使用高溫固化劑。
阻燃性的改進(jìn)設(shè)計(jì)
1：選用阻燃性的樹脂和橡膠味基料;
2：采用阻燃性的增塑劑;
3：加入阻燃劑，如三氧化二銻、硼酸鋅;
4：使用阻燃性固化劑。
