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>>根据应用要求选择胶粘剂及表面处理1
引言

运输工业是一个迅速发展的工业,在运输工业中胶粘剂粘接技术发挥着日益重要的作用。胶粘剂粘接在运输工业中用以代替焊接、铆接以及机械固定和活塞结合连接的原因是:

·空气动力学,以及美学、设计和燃料消耗方面的原因

·使用的新型材料,如复合材料,则无法进行焊接和铆接

·减轻重量,减少燃料消耗

·减少腐蚀或泄漏的可能性

在某些公司粘接是一种代表技术发展水平的技术,但在大多数公司这项技术却被认为有些奇怪。如果不了解或不懂得使用,人们就不会选择或使用胶接技术。而那些使用胶粘剂连接部件的公司如果没有正确运用这项技术,也会面临各自的问题和麻烦。只有应用得当并进行认真的操作,胶接才能作为主要的连接技术。

还有很多公司愿意进行钻孔铆接而不是在无损表面上进行胶粘剂粘接,胶粘剂粘接可减小腐蚀和泄漏的危险,并由于均匀传递应力而增强了刚性。另外,若限制重叠部分的几何形状(更少的搭接)或采用更薄的被粘物,那么还可减轻重量。

本文将重点介绍胶粘剂在运输业(货物运输)中的应用。包括许多公司,他们生产公共汽车、长途汽车、卡车、拖车、火车、汽艇和房车(野营车和大篷车)。此外还包括一些货物的供应商和制造商,如顶棚系统的生产以及衍生产品的应用,如滑冰鞋。本文还将给出一些实际生活中应用胶粘剂特例。结合这些实例来讨论两大类胶粘剂的普遍性质。

适宜用作结构连接的胶粘剂

胶粘剂的范围之广是本文无法全部概括的。有许多文献介绍了胶粘剂的化学性质及其特性。这里将重点介绍商业中的应用,并为便于讨论将胶粘剂大致分为两类:

1.所谓的刚性胶粘剂(如环氧体系(单、双组分),聚氨酯(双组分)和丙烯酸酯(双组分))。这些产品在室温应用中多为双组分体系。而单组分体系,特别是环氧类(液体和膜)需加热才能获得最终性能,其单搭接剪切强度(ASTM D 1002)一般在20-40MPa。

2.弹性胶粘剂(如聚氨酯PU和甲硅烷基改性聚合物(MS聚合物和SPU))在多数应用中为室温单组分潮湿固化产品。而双组分的混合比为1:1到1:50(增强技术)。单搭接剪切强度(ASTM D 100)一般为1-5MPa。



根据应用要求选择胶粘剂及表面处理1




结构胶粘剂的选择在很大程度上受组装车辆的影响。这里的结构胶粘剂是与那些将分离的部件组装在一起的工作相联系的。如果完全使用其它连接技术,则只是在胶粘剂固化过程中使各部件连接在一起的工作。各类胶粘剂的适用期是受产品配方的影响。一个典型的应用实例就是夹心板的生产。不同公司需要不同的适用期,而加压时间取决于所制面板的尺寸和数量。采用双组分聚氨酯的适用期在数分钟至6小时,而夹板时间为1分钟(在夹具中)至12小时(真空加压)。

初始强度和后固化速度是很重要的参数,它们在生产中影响着夹板时间,而在汽车的售后服务(挡风屏的修复)中影响着安全驾驶时间。在弹性胶粘剂中,可通过设计产品配方来满足需要,即可以使产品的流变性在高剪切速率下呈现“低”粘度,而在低剪切速率下呈现“高”粘度(抗流淌性),这样可以使胶接接头具有很高的初始强度。

表面预处理

此课题已有包括笔者在内的很多人进行了大量细致的工作。本文的目的不是讨论所有可行的预处理,而是从用户的角度探讨在某一应用中,何时,为什么,及如何选用预处理,以及胶粘剂的选择对预处理方法的影响。

如果为某一应用必须选择表面预处理,这个选择主要取决于胶粘剂的选择。一个典型的例子是宇航工业中使用的环氧膜胶粘剂。这类胶粘剂的剪切强度很容易就可达到40MPa,这意味着在充分利用胶粘剂强度的情况下,基质、氧化层和底剂层的强度也可至少达到40MPa。通常进行的铝的阳极化不仅因为防腐需要,而且是从总体的接头强度考虑。如果某一应用中的最佳选择是弹性胶粘剂,那么氧化层和底剂层的强度可能会较低,这可能是由于使用了便宜的表面预处理。

刚性和弹性胶粘剂的使用实例

滑冰鞋

将前面所讨论的内容结合在一个简单的应用中的实例就是如图所示的荷兰生产的滑冰鞋。在冬季的荷兰,滑冰是一项最受欢迎的运动。一般冰鞋的冰刀是焊接结构的。只要选择相对较便宜的钢,就可以进行焊接,虽然对生产者来说,可能形成的刀面的轻微变曲会提高成本(安装刮刀和昂贵的夹具)。但若冰鞋是由轻质材料制成,就会出现问题。在这项应用中是挤压铝制品与新型钢制冰刀(在高压下将粉末制成型)相结合。

除了减轻重量,也有增强(抗扭)刚度的目的。基本上硬度越大,滑冰性能越好,可使滑行速度提高。由于有接触腐蚀和不同热扩散速度下冰刀弯曲的可能性,胶粘剂是这类特殊材料唯一可能的连接技术。目前最新的技术是采用室温固化的胶粘剂,由于对硬度的需要,所以采用双组分环氧体系。

钢制冰刀必须连接在铝制挤压件上,其实这是不适宜用胶粘剂的,因为胶粘剂是被压入内部,则无法看到接头是否由胶粘剂全部充满而避免腐蚀。另外需考虑胶粘剂的粘度问题,粘度过低,胶粘剂会从铝制挤压件中流出,但粘度过高则冰刀无法压入铝制挤压件中。

最后讨论两种金属的表面预处理。这主要取决于胶粘剂结构的耐久性,尤其在这项应用中环境载荷很高(接触水和冰,温度低)。第一双粘接的冰鞋的问题出现在冰刀的尖端/挤压件的接头处(载荷最高),这引出了一种新的预处理/保护工序,它是成熟的飞机粘接应用和协同生产工序相结合的技术。在生产冰鞋时必须进行此处理。首先将铝在碱浴中清洗,然后在铬酸/硫酸中蚀刻,再进行底涂(底剂含铬酸,120℃固化1小时,采用喷涂)这可使所选用的胶粘剂及粉状涂料很好的结合,可用于铝制挤压件的外部。冰刀在进行最终组装前已磨光,预处理是将前面提到的底剂浸涂在冰刀要粘合的一面上。

通过上述方法,公司可以在批量生产中预处理冰刀和铝制挤压件,而且在需要时可贮存数月而不出现问题。一旦有特定的尺寸的订单,如11号,只需用乙醇清洗冰刀和挤压件就可直接进行粘接。

在实际使用中,这项粘接应用在8年后也不会出现任何问题。

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