一、粘接的理论技术

 

1、机械理论

 

机械理论认为，胶粘剂必须渗入被粘物表面的空隙内，并排除其界面上吸附的空气，才能产生粘接作用。在粘接如发泡橡胶的多孔被粘物时，机械嵌定是重要因素。胶粘剂粘接经表面打磨的致密材料效果要比表面光滑的致密材料好，这是因为（1）机械镶嵌；（2）形成清洁表面；（3）生成反应性表面；（4）表面积增加。由于打磨确使表面变得比较粗糙，可以认为表面层物理和化学性质发生了改变，从而提高了粘接强度。

 

2、吸附理论

 

吸附理论认为，粘接是由两材料间分子接触和界面力产生所引起的。粘接力的主要来源是分子间作用力包括氢键力和范德华力。胶粘剂与被粘物连续接触的过程叫润湿，要使胶粘剂润湿固体表面，胶粘剂的表面张力应小于固体的临界表面张力，胶粘剂浸入固体表面的凹陷与空隙就形成良好润湿。如果胶粘剂在表面的凹处被架空，便减少了胶粘剂与被粘物的实际接触面积，从而降低了接头的粘接强度。

 

许多合成胶粘剂都容易润湿金属被粘物，而多数固体被粘物的表面张力都小于胶粘剂的表面张力。实际上获得良好润湿的条件是胶粘剂比被粘物的表面张力低，这就是环氧树脂胶粘剂对金属粘接极好的原因，而对于未经处理的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯和氟塑料很难粘接。

 

通过润湿使胶粘剂与被粘物紧密接触，主要是*分子间作用力产生永久的粘接。在粘附力和内聚力中所包含的化学键有四种类型：

 

（1） 离子键、（2） 共价键、（3） 金属键、（4） 范德华力

 

3、扩散理论

 

扩散理论认为，粘接是通过胶粘剂与被粘物界面上分子扩散产生的。当胶粘剂和被粘物都是具有能够运动的长链大分子聚合物时，扩散理论基本是适用的。热塑性塑料的溶剂粘接和热焊接可以认为是分子扩散的结果。

 

4、静电理论

 

由于在胶粘剂与被粘物界面上形成双电层而产生了静电引力，即相互分离的阻力。当胶粘剂从被粘物上剥离时有明显的电荷存在，则是对该理论有力的证实。

 

5、弱边界层理论

 

弱边界层理论认为，当粘接破坏被认为是界面破坏时，实际上往往是内聚破坏或弱边界层破坏。弱边界层来自胶粘剂、被粘物、环境，或三者之间任意组合。如果杂质集中在粘接界面附近，并与被粘物结合不牢，在胶粘剂和被粘物内部都可出现弱边界层。当发生破坏时，尽管多数发生在胶粘剂和被粘物界面，但实际上是弱边界层的破坏。

 

聚乙烯与金属氧化物的粘接便是弱边界层效应的实例，聚乙烯含有强度低的含氧杂质或低分子物，使其界面存在弱边界层所承受的破坏应力很少。如果采用表面处理方法除去低分子物或含氧杂质，则粘接强度获得很大的提高，事实业已证明，界面上确存在弱边界层，致使粘接强度降低。

 

6、粘接的一般过程

 

在进行粘接之前，首先要对被粘表面进行适当的处理，然后将准备好的胶粘剂均匀地涂覆在被粘物表面上，接着便是胶粘剂润湿、流变、扩散、渗透、叠合之后，使之紧密接触。当胶粘剂的大分子与被粘物表面的距离小于0.5nm时，则会互相吸引，产生范德华力或形成氢键、配位键、共价键、离子键、金属键等，加上渗入孔隙中的胶粘剂，固化后生成无数的小"胶钩子",从而完成了粘接过程，于是获得了牢固的粘接。

 

一般来说，粘接过程就是表面处理、涂胶、叠合、固化、后处理等，是一复杂的物理和化学过程。

 

二、橡胶粘接设计考虑因素

 

橡胶弹性体包含：天然橡胶和许多合成橡胶。选择弹性体时应考虑零件的性能要求、是否容易混合、加工或硫化。

 

大部分硫化粘接零件使用：

 

天然橡胶（NR）

 

丁苯橡胶（SBR）

 

氯丁橡胶（CR）

 

丁腈橡胶（NBR）

 

其他常用的合成橡胶包括：

 

丁基橡胶（IIR）

 

异戊二烯橡胶（IR）

 

顺丁橡胶 (BR)

 

氯磺化聚乙烯（CSM）

 

聚丙烯酸酯（ACM）

 

乙烯-丙烯酸酯类 (AEM)

 

各种可浇注聚氨酯（AU或EU）

 

高性能和超高性能的弹性体专用于要求耐用性和极端工作条件的场景。包括各种氟橡胶（FKM）和硅橡胶（MQ），以及氢化丁腈橡胶（HNBR）。

 

零件设计师开始在以缓冲为主要功能的组件中使用可熔融加工的弹性体或热塑性弹性体，包括各种聚烯烃（TPO）、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和热塑性聚氨酯。这些材料不需要硫化，因此并非典型的粘接组件，但易于加工，且产生的废物也可回收利用。最终用途一般要求在室温下使用。

 

配方体系的变化对粘接性能的影响

 

洛德技术服务实验室生成的数据，结合客户的输入，可以提供用于理解配方体系的变化对粘接性能的影响的相关信息。这些配方应用指南主要与非极性二烯弹性体有关，如：EPDM、IIR和NR，也涉及一些更易粘接和极性更强的类型，如：CR和NBR。

 

以下配方体系、固化系统、填料、增塑剂和抗降解剂在不同程度上影响“粘接性”。这些成分的效用如下所示：

 

硫磺含量—配方体系中的硫含量举足轻重：硫含量为1 p.h.r.或以上时，有利于粘接。配方体系含少量硫或无硫则很难粘接。

 

促进剂--常用促进剂中，MBT通常具备良好的粘接性。ZDMC和超促进剂（如TMTD）会降低粘接性，特别是在EV或半EV硫化体系中。防焦烧剂（PVI）通常添加到快速硫化的配方体系中，以提升加工安全性。但使用超促进剂时：NR配方中如存在高含量的PVI，则不利于粘接。PVI如低于0.15 p.h.r.，则粘接效果较好。

 

填料--填料的类型和数量是关键。炭黑含量为40至80 p.h.r.的橡胶比炭黑含量较低的橡胶更容易粘接。粘土和白炭黑等非黑色填料也有利于粘接。

 

蜡和油--传递到硫化弹性体表面的蜡质或油质成分会降低粘接性能。包括低分子量聚烯烃助剂（即低熔点聚乙烯和聚丙烯加工助剂/润滑剂）、芳香油和脂肪酸酯（即蓖麻油酸酯）。环烷烃或石蜡油问题比较少。

 

邻苯二甲酸酯增塑剂--尽管经常推荐邻苯二甲酸二辛酯等增塑剂用于维持聚烯烃弹性体（EPDM和IIR）在低温、终端应用中的机械性能，但并不利于粘接。使用邻苯二甲酸酯会影响NBR材料的粘接性。但加入白炭黑等高表面积的无机填料，可中和邻苯二甲酸酯增塑剂的消极影响。

 

抗臭氧剂 - 高性能的抗臭氧剂和某些抗氧化剂，特别是对苯二胺类，可能会减弱粘接性。

 

非二烯类弹性体--未使用硫磺和促进剂固化的弹性体，可加入高表面积的填料提升粘接性。与某些油、增塑剂和蜡混合时，粘接性会降低。

 

三、橡胶硫化粘接问题

 

粘接工艺上有很多需要注意的部分，如果出现问题，都需要查:

 

1、金属基材是不是变化了？

 

2、金属表面的处理是否出现问题，比如有灰尘、有油？

 

3、粘接剂是否过期？

 

4、涂刷在金属表面的粘接剂是否干透了？

 

5、硫化温度是否合理？

 

6、橡胶是否发生了变化？

 

硫化后粘接不好，你要看你涂的胶水是跟着橡胶还是跟着骨架！胶水跟着橡胶走，证明你的金属件处理有问题。如果胶水跟着骨架走，证明你的硫化工艺存在问题，还有一些问题需要去逐一排查的，是否胶水失效，橡胶是否存在问题，等等。有些问题找不到原因的时候，需要耐心的逐一排查。直到找到答案为止。

 

骨架的处理方式：高温除油——喷砂——磷化——烘烤——涂胶——固化

 

四、胶粘剂相关概念

 

1、胶黏剂的主要理化性能指标

 

操作时间

 

胶粘剂混合到待粘结件配对之间的最大时间间隔

 

初固化时间

 

达到可搬卸强度时间，允许处理粘结件的足够强度，包括从夹具上移动零件

 

完全固化时间

 

胶粘剂混合后得到最终机械性能需要的时间

 

贮存期

 

在一定条件下，胶黏剂仍能保持其操作性能和规定强度的存放时间

 

粘接强度

 

在外力作用下，使胶粘件中的胶黏剂与被粘物界面或其邻近处发生破坏所需要的应力

 

剪切强度

 

剪切强度是指粘接件破坏时，单位粘接面所能承受的剪切力，其单位用MPa（N/mm2）表示

 

不均匀扯离强度

 

接头受到不均匀扯离力作用时所能承受的最大载荷，因为载荷多集中于胶层的两个边缘或一个边缘上，固是单位长度而不是单位面积受力，单位是KN/m

 

拉伸强度

 

拉伸强度又称均匀扯离强度、正拉强度，是指粘接受力破坏时，单位面积所承受的拉伸力，单位用MPa（N/mm2）表示

 

剥离强度

 

剥离强度是在规定的剥离条件下，使粘接件分离时单位宽度所能承受的最大载荷，其单位用KN/m表示

 

2、胶粘剂的常见检测项目

 

1.物理性能

 

常规性能：厚度；粘度；耐水性

 

机械测试：拉伸性能；剥离强度；拉伸剪切强度；压缩剪切强度；水平和垂直持粘性

 

燃烧性能：水平燃烧；垂直燃烧；灼热丝燃烧

 

电性能：绝缘材料表面和体积电阻率；防静电材料表面电阻率；介电强度、击穿电压；耐电压

 

2.老化测试

 

快速紫外老化；氙灯老化；耐温湿老化；盐雾老化 ；老化后外观及性能评价

 

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

 

温湿循环；温度冲击；防水防尘；振动测试

 

3、胶黏剂的现行相关标准

 

GB 18581-2009室内装饰装修材料溶剂型木器涂料中有害物质限量

 

GB/T 2791-1995胶黏剂T剥离强度试验方法 挠性材料对挠性材料

 

GB 18581-2009室内装饰装修材料溶剂型木器涂料中有害物质限量

 

GB/T 27934.3-2011纸质印刷品覆膜过程控制及检测方法

 

GB/T 2794-2013胶黏剂黏度的测定 单圆筒旋转黏度计法

 

GB/T 16585-1996硫化橡胶人工气候老化（荧光紫外灯）试验方法

 

GB/T 7124-2008胶粘剂剪切强度

 

ASTM D 1781-1998胶黏剂滚筒剥离试验方