【漲知識】一文全面了解膠粘劑基礎知識

一、膠粘劑的定義

1、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、有機的或無機的一類物質(zhì)，統(tǒng)稱為膠粘劑（adhesive）又叫粘合劑，習慣上稱為膠。

2、粘結（粘合）：

指兩個表面靠化學力、物理力或者兩者兼有的力使之結合在一起的狀態(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，該力來源于次價鍵力或主價鍵力。

3、內(nèi)聚：

即單一物質(zhì)內(nèi)部各粒子靠主價鍵力（包括離子鍵、共價鍵、配位鍵、金屬鍵等）、次價鍵力（包括范德華力、氫鍵）結合在一起的狀態(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、結晶和分子纏繞等因素有關。

二、膠粘劑的要求

1：不論出于何種狀態(tài)，當涂布時都應呈液態(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)，形成堅韌而穩(wěn)定的膠層；

4：固化后應有一定的強度。能夠可靠的連接，傳遞應力，抵抗破壞；

5：可耐0℃以上的溫度，并經(jīng)受一定時間的考驗。

三、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、化學反應型、壓敏型。

四、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。按照化學的成分的不同   ，基料的來源有無機化合物和有機化合物。有機化合物是高分子合成類的高分子基料。

2.1 常用的有機化合物

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)膠粘劑應用的對象、應用的場合及應用的性能的選擇。同時分子基料的分子結構與粘接性能的關系甚為密切。

1).高分子材料的極性有關   

2).高分子材料的結晶性能

3).高分子材料的分子量

3、固化劑（硬化劑）

3.1.固化劑（硬化劑）

使基態(tài)原料通過化學反應，發(fā)生聚合、縮聚或交聯(lián)反應轉(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強度和穩(wěn)定性的物質(zhì)。

3.2.固化劑的選擇：

1）：最好是液體的無毒、無色、無味的物質(zhì)；

2）：固化劑與被固化物反應要平穩(wěn)，放熱量少，以減少膠層的內(nèi)聚力；

3）：耐熱性，選用分子中具有反應基團較多的固化劑；

4）：韌性，選用分子鏈較長的固化劑；

4、膠粘劑溶劑

4.1.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。

4.2.溶劑的作用：

1） 聚合反應的介質(zhì)：是反應緩和、溫度易于控制、

2） 溶解基料：制備溶劑型膠粘劑

3） 稀釋劑：稀釋膠粘劑使其達到一定的黏度，有利于濕潤、便于涂布

4） 調(diào)節(jié)膠粘劑的揮發(fā)速度

5） 防止凝膠，用來增加貯存穩(wěn)定性

6） 粘結前的表面清潔處理劑

7） 直接粘接，某些塑料

8） 降低成本、提高效益

4.3、膠粘劑溶劑的選擇

1）. 溶劑的選擇

A、極性：選擇與基料極性相同或相近的溶劑（相似相容的原理）。

B、溶解度參數(shù)（與極性有關）：溶劑的溶解度參數(shù)和高分子基體的溶解度參數(shù)相近。

C、溶劑的揮發(fā)性：選擇揮發(fā)度適當?shù)娜軇┗蚩炻旌系娜軇?/span>

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)是一個吸熱的過程，太快膠膜表面的溫度降低而凝結水汽，影響粘接質(zhì)量。

溶劑揮發(fā)太慢：表干時間慢，影響工效。

D、溶劑的選擇要考慮到價格、毒性和來源。

5、軟化劑

5.1. 軟化劑的作用：

軟化劑是SBS費用不可的組分，其作用是調(diào)節(jié)硬度，流動性，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，還會導致噴出。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。

5.2. 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。

5.3. 軟化劑的特點：

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；

2） 環(huán)烷基橡膠油：兼具石蠟基、芳香基的優(yōu)點，乳化性、相容性適中，無污染、無毒性，適用范圍也比較廣。

3） 芳香基橡膠油：相容性好，填充量大，價格低廉，所得橡膠產(chǎn)品強度高。但顏色深、毒性大、對環(huán)境污染大。

6、增塑劑

6.1. 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、增進熔融流動性的物質(zhì)。

6.2.   增塑劑的作用：

1）、 屏散高分子化合物的活性基團，減弱分子間作用力，從而降低分子之間的相互作用。

2）、 增加高分子化合物的熱性、延伸性和耐寒性，降低其內(nèi)聚強度、彈性模量及耐熱性。

6.3、增塑劑的選擇：

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。

2）、持久性：

由于滲出、遷移、揮發(fā)二損失影響膠的物理機械性能。選擇高沸點的或高分子量的增塑劑。

3）、分子量及狀態(tài)：

分子量越高，粘接強度越好。

6.4、 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。

7、填料

7.1. 填料的定義

在膠粘劑中不與基體起化學反應，但是可以改變其性能，降低成本的固體材料。

7.2. 常用的填料分為有機填料和無機填料：

有機填料：改善樹脂的脆性、吸濕性高、耐熱性能低

無機填料：使膠的相對密度增加、脆性增加、但耐熱性、介質(zhì)性能、收縮率等都會有所改善。

7.3. 填料的選擇：

1）：無活性與膠粘劑的其他組分不發(fā)生反應；

2）：分散性好與基料有良好的潤濕性；

3）：不含水分、有害物質(zhì)、油脂，無吸濕性；

4）：顆粒均勻，無毒；

5）：來源廣泛、加工方便、價格低廉；

6）：填料的密度與基料的密度不能相差太大；

7）：用量適宜。

7.4. 常用的填料：二氧化硅、碳酸鈣、碳酸鎂、鋁粉、酚醛樹脂等

8、偶聯(lián)劑

8.1. 偶聯(lián)劑

能同時與極性物質(zhì)和非極性物質(zhì)產(chǎn)生一定結合力的和化合物，其特點是分子中同時具有極性和非極性部分的物質(zhì)。常用的偶聯(lián)劑有有機鉻偶聯(lián)劑、有機硅偶聯(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。

8.2. 偶聯(lián)劑的作用：

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)聚強度

2).增加樹脂與被粘合物之間的結合，起了一定的架橋作用。

不同的偶聯(lián)劑具有不同的反應基團，反應基團不同對粘接性能的影響也不同。

9、其他助劑

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)

三、改變膠粘劑性能的設計原則

粘接強度的改進設計

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，熱固性樹脂提供強力和耐熱元素，而熱塑性樹脂提供粘性和韌性元素。綜合結果會得到較高的粘接強度；

4：引入極性基團或加入相容性能好、極性大的樹脂，可提高橡膠型膠粘劑的粘接強度；

5：適當?shù)慕宦?lián)劑；

6：添加適量適當?shù)奶盍?、降低收縮率，晶須或納米田納西奧效果極佳；

7：加入適當?shù)呐悸?lián)劑；

8：加入稀釋劑，降低黏度，增大濕潤性。

耐熱性的改進設計

1：采用耐高溫性能好的樹脂或橡膠（酚醛樹脂、有機硅、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?shù)靥岣呓Y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。

耐寒性的改進設計

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：降低結晶性；

5：減少填料用量。

耐溶劑性的改進設計  

1：采用耐溶劑好的樹脂或橡膠；

2：增加交聯(lián)度；

3：適當增大填料的用量；

4：少用或者不用增塑劑。

耐酸堿性的改進設計

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。

耐水性改性設計

1：選用分子中含有-CN、-NH2、-OH、 -COO-等基團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)。

耐老化性的改進設計

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?shù)募尤敕览蟿┗蚩寡趸瘎?/span>

5：加入適量的有機硅烷偶聯(lián)劑；

6：使用高溫固化劑。

阻燃性的改進設計

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。