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2025年9月24-26日 | 上海世博展览馆1&2号馆

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上海医疗器械博览会Medtec谈胶黏剂的固化过程,收藏!

2024-10-10

01胶粘剂的固化过程
上海医疗器械博览会Medtec了解到,胶黏剂与被粘物之间,借助于复杂的机械互锁、物理吸附及化学反应等多种机制,形成强大的黏附力。为了确保被粘物之间的稳固结合,胶黏剂需以液态形式均匀涂覆于被粘物表面,并深入渗透其细微结构之中。然而,液态状态下的胶黏剂本身并不具备显著的抗剪切强度,这一状态类似于两块玻璃间夹有水层,虽然看似难以直接分离,但实际上仅需微小的剪切力即可轻松使其分开。

因此,为了使胶黏剂能够承受各种外部负荷,必须采取适当措施促使其从液态转变为固态。这一过程称为胶黏剂的固化,是胶接工艺中的关键环节。固化可以通过物理手段,如加热、冷却或紫外线照射等方式,也可以通过化学方法实现,如引发剂作用下发生聚合反应,使胶黏剂分子链增长,最终形成坚固的高分子固体结构。这样,固化后的胶黏剂不仅能够紧密连接被粘物,还能有效抵抗剪切、拉伸等多种外力作用,确保粘接的持久与稳固。

热熔胶及热塑性高分子

热熔胶及热塑性高分子材料在经历加热熔融过程后,展现出良好的流动性,这一特性使得众多高分子熔融体能够作为有效的胶黏剂应用。当这些熔融体充分浸润被粘物的表面后,通过冷却处理即可实现固化,形成稳定的粘接。

在热熔胶的配方设计中,需精心平衡胶黏剂的强度与熔融体黏度之间的关系。一方面,高分子物质需具备足够高的分子量以保证其强度和韧性;另一方面,分子量的增加又会直接导致熔融体黏度的急剧上升。为了改善流动性并增强对被粘表面的黏附性,常需加入多种辅助成分,如基本树脂、蜡、增黏剂、增塑剂、填料及抗氧剂等,以优化热熔胶的性能。

热熔胶凭借其独特的固化机制——即熔融体冷却即固化,展现出了粘合速度快、适合机械化操作、无溶剂使用因而更加安全环保及经济高效等诸多优点。这些优势使得热熔胶在包装、装订、木材加工、鞋业制造等多个工业领域得到了广泛应用。

然而,热熔胶也存在一些局限性,如耐热性相对较弱、粘接时需高温处理、对气候条件较为敏感以及在加热过程中可能释放挥发性有机物等。因此,在使用热熔胶时,需严格控制熔融温度、涂胶后的晾置时间,并在处理结晶性聚合物时还需注意冷却速度的管理。

值得注意的是,塑料的热封接技术与热熔胶的使用在某些方面存在相似之处。热封接通过局部加热使塑料熔融并紧密结合,其加热方式多样,包括烙铁、热气、超声波、高频电磁场以及机械摩擦等。众多塑料材料,如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS、聚甲醛、聚丙烯酸酯、乙酸纤维素、尼龙、聚碳酸酯、聚苯醚及聚砜等,均适用于热封接技术,进一步拓宽了热塑性材料的应用领域。

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溶剂型胶黏剂

溶剂型胶黏剂,作为一种重要的胶黏剂类型,其制备过程涉及将热塑性高分子物质溶解于适宜的溶剂中,形成具有流动性的高分子溶液。这一溶液在充分浸润被粘物表面后,随着溶剂的逐渐挥发,高分子物质逐渐浓缩并产生牢固的黏附力。溶剂型胶黏剂的固化过程,本质上就是溶剂挥发导致溶液浓度持续上升,直至达到所需的强度水平。

固化速度对于溶剂型胶黏剂而言至关重要,它直接受溶剂挥发速度的影响。因此,在配制过程中,选择合适的溶剂种类及配比显得尤为重要。对于某些挥发速度较慢的溶剂,可能需要较长的固化时间;而挥发速度过快的溶剂则可能导致涂刷时产生起皮现象。为了优化固化效果,常常需要精心挑选溶剂或采用混合溶剂的方式,以调节挥发速度至最佳状态。

溶剂型胶黏剂的一大优势在于其较低的固化温度,这使得一些在高温下易分解的高分子物质也能被有效利用。例如,聚喹吖恶啉树脂,尽管其熔点高于分解温度,无法制成热熔胶,但可通过溶解于甲酚、四氯乙烷等溶剂中,制备成耐高温的溶剂型胶黏剂。此外,多数溶剂型胶黏剂还能在室温下实现固化,进一步拓宽了其应用范围。

然而,溶剂型胶黏剂也存在一些显著的缺点。首先,其胶接强度相对较低,一般仅适用于非结构部件的粘接。其次,溶剂的使用往往伴随着毒害和易燃的风险,对环境和人体健康构成威胁。同时,溶剂挥发过程中可能产生的有害气体也加剧了环境污染问题。因此,随着环保意识的提升,溶剂型胶黏剂正逐步向环境友好型方向发展,以减少对环境的负面影响。

尽管如此,溶剂型胶黏剂在塑料胶接领域仍具有广泛的应用。其独特的配方设计和灵活的制备工艺,使得它在满足特定粘接需求方面展现出独特的优势。同时,随着技术的不断进步和环保要求的日益严格,溶剂型胶黏剂的配方和工艺也将不断优化和创新,以适应更加广泛和复杂的应用场景。

在使用溶剂型胶黏剂进行塑料粘接,特别是针对薄型制品时,务必谨慎处理溶剂对被粘塑料表面的潜在腐蚀作用,因为这可能导致材料变形甚至损坏。对于如有机玻璃、聚苯乙烯、聚碳酸酯等敏感塑料材质,溶剂的直接作用可能引发内应力释放,从而在材料表面形成细微裂缝。

为了降低这种风险,选择快干型胶黏剂或聚合型胶黏剂成为有效策略。快干型胶黏剂能迅速固化,减少溶剂长时间作用的机会;而聚合型胶黏剂则通过化学反应形成牢固的粘接层,同样有助于减少溶剂对被粘物的不良影响。

此外,还需注意外应力对粘接效果的影响。过高的压力在粘接过程中可能加剧裂缝的产生,因此应合理控制施加的压力,确保既达到良好的粘接效果,又避免对材料造成不必要的损伤。

综上所述,针对特定塑料材质进行溶剂型胶黏剂粘接时,需综合考虑溶剂选择、胶黏剂类型以及操作过程中的压力控制,以确保粘接质量并保护被粘物的完整性。

乳液胶黏剂

乳液胶黏剂,作为一种聚合物胶体在水中的精细分散体系,其特征在于其胶体颗粒直径精细分布于0.1至2微米之间,这些微小的颗粒被乳化剂层所环绕保护,以防止其相互聚集。当前,乳液胶黏剂领域广泛采用的高分子材料主要包括聚乙酸乙烯酯及其共聚物,还有丙烯酸酯类共聚物。其固化机制涉及乳液中水分向多孔性被粘材料的渗透与挥发,导致乳液浓度逐步提升,最终在高分子胶体颗粒间因表面张力作用而凝聚成膜。环境温度对此过程影响显著:高温条件下,乳液能顺利凝聚形成连续且强度良好的胶膜;反之,若温度低于最低成膜温度(该温度通常略低于高分子的玻璃化温度),则可能形成不连续、强度低下的白色胶膜。因此,使用乳液胶黏剂时需确保环境温度不低于其最低成膜温度。

乳液胶黏剂以水作为环保型分散介质,具备高固体含量、优异的胶接强度、无毒害及成本低廉等优势,尤其适合用于木材、纸张、纤维素制品等多孔性材料的粘接。然而,其耐水性相对较弱且易产生蠕变,是应用时需注意的不足之处。

此外,还存在一种以有机溶剂为分散介质的特殊乳液胶黏剂,即非水乳液,如氯丁二烯与丙烯酸的共聚物可稳定分散于脂肪烃类溶剂(如庚烷)中,形成高固体含量(可达50%质量分数)的体系。类似地,塑料溶胶则采用增塑剂作为高分子的分散介质,形成具有流动性的分散体系,兼具胶黏与密封功能。塑料溶胶在固化过程中,增塑剂有效融入高分子固体中,促进高分子颗粒的融合,从而实现低体积收缩率与优异的粘接效果。

热固性树脂
热固性树脂,作为一类具有三向交联结构的聚合物,以其卓越的耐热性、耐水性、耐介质性以及低蠕变特性,在结构胶黏剂领域占据主导地位。此类胶黏剂实现交联结构主要通过两种途径:一是将线性高分子链进行交联,如橡胶硫化过程;二是利用多官能团单体或预聚体直接聚合成三向交联结构的树脂,典型代表如酚醛树脂胶黏剂和环氧树脂胶黏剂,这两类反应在部分结构胶黏剂的固化过程中可能并存。

热固性树脂的性能不仅依赖于精确的配方设计,固化周期亦至关重要,因为它深刻影响着固化产物的微观结构及最终性能。在官能团单体或预聚体聚合反应中,随着分子量的增加,分子链支化和交联同步进行,当反应达到某一阈值时,体系中出现不溶不熔的凝胶现象,即凝胶化。此后,胶层虽已具备一定粘接强度,但随时间推移及后固化过程的进行,强度将进一步增强。适当延长固化时间或提高固化温度有助于促进后固化,提升粘接强度,但需避免固化温度过低导致的固化不完全及性能下降。对于高温固化胶种,建议采用程序升温固化法,以优化固化效果并减少内应力。

在固化剂或引发剂的使用上,需严格控制用量。固化剂不足会导致固化不完全,过量则使胶层变脆;而引发剂用量的调整则直接影响固化速度与胶层性能,复合引发剂及氧化还原引发体系的应用可有效控制凝胶化过程,提高固化效率。催化剂则通过降低反应活化能加速固化,但过量使用亦会损害胶层性能。

凝胶化速度受官能团反应活性、单体浓度及官能度影响,是评估树脂工艺性能的重要指标。固化产物的性能受其微观结构影响显著,不同固化周期将导致不同的微观结构及性能表现。因此,在使用热固性胶黏剂时,需根据具体情况平衡固化时间与温度,确保获得最佳性能。

此外,上海医疗器械博览会认为,部分热固性胶黏剂在固化过程中会释放小分子挥发性副产物,需施加适当压力以避免气泡形成。对于特定胶黏剂,综合运用多种固化方式可进一步提升其综合性能,如反应型热熔胶和反应型压敏胶即为例证。

此外,上海医疗器械博览会Medtec认为,部分热固性胶黏剂在固化过程中会释放小分子挥发性副产物,需施加适当压力以避免气泡形成。对于特定胶黏剂,综合运用多种固化方式可进一步提升其综合性能,如反应型热熔胶和反应型压敏胶即为例证。

文章来源:粘接

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