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复合材料粘接方法

一.复合材料
    所谓复合材料是用各种方法把物理上、化学上性质不同的材料合为一体;弥补各种材材的缺点,取得优越性能的材料总称。
    复合材料由于素材的种类和组合不同,有无数的种类,一般讲,有用物理化学方面进行复合的物质,例如:玻璃钢、无机质填料的塑料、无机质和有机质组合的填充塑料、塑料和金属的组合等。
二、复合材料的粘接方法
    以下就代表性组合塑料复合材料的粘接作简单地介绍。
(一).泡沫塑料和金属夹心板及其粘接   
近年来,以泡沫塑料为芯材、金属板为表面板的多层结构板,在建筑、运输机上以及冷冻装置等方面使用量迅速扩大,芯材多采用聚苯乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯或酚醛树脂等的发泡体。其中以聚苯乙烯泡沫塑料采用得最广泛。聚苯乙烯泡沫塑料具有良好的绝热性、耐水性、耐水蒸汽透过性,在低密度时具有高的强度而且价格低廉。铝合金板是多层结构板较理想的板面材料。
    铝-聚苯乙烯泡沫-铝组成的多层结构板具有强度高、质轻以及良好的绝热性等特点,又因为可用粘接剂简单地组合所以按广泛地采用在冷藏库、工作台面、屏壁、活动式冷冻机的门、移动房屋等方面。
    用于这类多层结构板的胶粘剂有:热固性环氧系胶粘剂、再生橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶系胶粘剂以及热塑性聚氨酯系胶粘剂。
    环氧系胶粘剂适用于刚性芯材,但因固化速度较慢,不适于高速生产。
    再生橡胶系胶粘剂在高温下的耐老化性和耐水性比其它胶粘剂差。丁苯橡胶系比再生橡胶的耐水性好,但比丁腈橡胶和氯丁橡胶系胶粘剂差。
    丁腈系胶粘剂的耐老化性和耐水性能非常优越。
    氯丁系胶粘剂在高温环境中反复暴露时,其性能几乎无恶化,对水的耐性也甚好,即使在低压下粘接也只有相当大的耐高温性。又因该系胶粘剂具有优越的耐紫外线、臭氧、酸、油、碱、脂肪族碳化氢等的性能,所以把氯丁系胶粘剂作为以泡沫塑料为芯材的多层复合板的胶粘剂最合适。
    聚氨酯系胶粘剂、丁腈橡胶系胶粘剂,在该类多层复合板中常常采用。下表列出该类多层结构复合板常用的胶粘剂。

泡沫塑料

被粘物

胶粘剂

醋酸纤维素

醋酸纤维素、金属、热固性塑料

环氧树脂+聚酰胺
环氧树脂+填料+脂肪胺
聚醋酸乙烯改性环氧树脂+脂肪胺

 

聚苯乙烯

聚苯乙烯、金属、复合板、胶合板、木材、纸张、织物

环氧树脂+聚酰胺
环氧树脂+脂肪胺
聚醋酸乙烯改性环氧树脂
乙烯-酚醛
再生橡胶
丁苯橡胶

 

软质聚氨酯

金属

丁腈橡胶

 

硬质聚氨酯

硬质聚氨酯、金属、热固性塑料

环氧树脂+聚酰胺
环氧树脂+填料+脂肪胺
聚醋酸乙烯改性环氧树脂+脂肪胺

 

1.铝-聚苯乙烯泡沫塑料-铝夹心复合板
聚苯乙烯泡沫塑料的粘接方法和胶粘剂的选择与聚苯乙烯的性质有关。

(1)粘接聚苯乙烯泡沫塑料的注意事项
①溶剂型胶粘剂所含的有机溶剂会侵蚀聚苯乙烯泡沫塑料。
②因为用聚苯乙烯泡沫塑料作芯材,其表面凹凸不干,所以,要形成连续的皮膜较困难。
③胶粘剂的再活性温度,会使聚苯乙烯泡沫体破坏。
(2)胶粘剂必须具备的性质
①易于使用喷涂或者辊筒操作。
②对聚苯乙烯泡沫塑料直接涂敷时,顺注意溶剂配合的时间,胶粘剂中不能含有溶剂,以防止对聚苯乙烯泡沫塑料的侵蚀。
③适合于辊简或压机的加压操作。
④粘接后把铝板连续剥下,聚苯乙烯应为均匀的破坏,并具有切期粘接强度。
⑤热活性温度低,对聚苯乙烯不应有损伤。
⑥对金属和聚苯乙烯均有粘接力。
⑦使用时温度在75℃左右,不产生过度的蠕变。
⑧暴露在50℃,相对湿度100%的环境下,不腐蚀金属。
(3)胶粘剂及粘接方法
用辊筒或自动喷雾器把胶粘剂涂敷在金属板上,涂膜通过干燥箱使其干燥,然后把芯材放在二块金属板之间进行热合。环氧胶粘剂用压机加压,溶剂型胶粘剂用辊简加压,热源都可采用水热器。
2.钢-—聚苯乙烯泡沫塑料—钢夹心复合板
聚苯乙烯泡沫塑料为芯材和以钢材为面板的粘接,多用再生橡胶系胶粘剂,将两者粘接面薄薄地涂效一层胶粘剂后干燥,当表面具有很好的粘接住后将其重叠用器具夹紧,这种多层结构板多用于建筑的墙壁。
3.钢-软质聚氨酯泡沫-钢夹心复合板
这种多层结构板最初使用氯丁橡胶胶拈剂进行粘接,粘接后位置不易修正,改用室温固化性环氧树脂胶粘剂粘接,效果较好。该种板多用作冷冻设备的外壳板。
4.泡沫塑料和乙烯板或胶合板的夹心复合板
这种多层结构板,可作为屋顶、培壁、地板的材料,该材料是在15cm的聚苯乙烯泡沫塑料功两侧分别粘合2.4mm的聚氯乙烯板(外侧)和9.5mm厚的胶合板(内侧)。墙壁材料是在厚度为10cm聚苯乙烯泡沫板的两侧粘合胶合板。地板是用厚度为15cm的聚苯乙烯泡沫塑料板,在两侧粘合2cm厚的胶合板材料。制造这类材料,常使用快干的合成橡胶胶粘剂,可在-35~120℃的温度下使用,能够迅速干燥,不需要晾置而且可以任意调节粘接位置。
(二).硬质聚苯乙烯烯泡塑料与ABS塑料夹心复合扳   
这种夹心板的组合,过去使用溶剂型胶粘剂,由于溶剂对两面塑料都有损伤,废品率大,粘接的时间长,所以—般效率不高。最近美国板制造厂,使用新的聚氯丁烯泥灰,解决了这个问题,这种胶粘剂的特点,是使用了特别的溶剂,可以进行喷雾干燥。即当胶粘剂到达被粘体的表面之前,溶剂几乎部已蒸发,所以对粘粘体(聚苯乙烯泡沫塑料),不会损伤。
(三)塑料层压板和金属板的复合粘接
制造塑料层压板和金属板的复合板的方法有两种,一种是把领先固化成型的层压板和金属板粘接,组合成复合板。另一种是将金属板与末固化的层压板一起固化、粘接而成型为一体。
前者是二次粘合,应选择平整没有翘曲的材料,而且材料必须进行表面处理。由于是已成型的层压板,一般在加热后有翘曲的倾向,最好使用室温固化的胶粘剂。如果层压板保存时由于温湿度的变化和成型时的机械加土而产生变形的情况,粘接前必须整形,使得和全届板保持紧密接触。若不早修整时,可采用热固性胶粘剂,使用的胶粘剂可参考下,并根据用途和使用的温度进行选择。

塑料

用途

使用温度,℃

胶粘剂

醇酸树脂
邻苯二甲酸二烯丙酯树脂
环氧树脂
三聚氰胺树脂
酚醛树脂
聚酯树脂

电气用

93

环氧树脂+芳胺
环氧树脂+酰胺+玻纤
环氧树脂+芳胺+玻纤
环氧树脂+芳胺+无机填料
环氧树脂+玻纤+酸酐
聚乙烯醇缩醛-苯酚

79

环氧树脂+脂肪胺+无机填料
环氧树脂+脂肪胺



121

丁腈-酚醛树脂

93

聚乙烯醇羧醛-酚醛

79

环氧树脂+芳胺+玻纤
聚醋酸乙烯改性环氧树脂+芳胺
聚醋酸乙烯改性环氧树脂+芳胺+玻纤+无机填料

66

环氧树脂+芳胺+无机填料
环氧树脂+脂肪胺
聚醋酸乙烯改性环氧树脂+芳胺

52

环氧树脂+聚酰胺
聚硫橡胶改性环氧树脂+叔胺

非结构用

 

氯丁橡胶

铜箔用

 

聚乙烯醇缩醛-酚醛
丁腈-酚醛

因为塑料层压板纵横向的膨胀系数不同,两面层压时必须注意,加压时压力应适当。过大的压力会损伤表面光泽,产生不均匀的收缩;过小的压力,会胶粘接强度降低。所以一般压力在0.5~0.55MPa较为适宜。
必须在整个粘接面均匀施加压力。粘接这类板材时,常用压敏胶粘剂。使用压敏胶粘剂时,在粘接的两面都应均匀涂敷,粘接前徐膜必须干燥,如果有残留溶剂,就不能得到压敏胶粘剂特有的早期强度。这类胶粘剂的缺点是耐热性差,因此在使用前应添加适当的固化剂。例如加入二异氰酸酯就可克服耐热性差的缺点。
第二种方法在装饰板上进行多层复合板的层压时,固化和粘接同时进行,由于固化时塑料和金属的膨胀,收缩率的差异,使用时历受负荷及环境条件等也不同,要选择好胶粘剂是较困难的,一般采用环氧树脂胶粘剂。普通的环氧树脂胶粘剂在,50℃的固化温度下有显着的流动性,会产生缺胶的倾向。因此采用薄膜胶粘剂较好,当然也要避免选用那些在加热后膨胀或发泡的品种。为了减少内应力应选择塑料层压板和金属的热膨肤系数与胶粘剂的热膨胀系数尽量接近。
实际上这种方法本身,在胶粘剂层内应力的产生是不可避免的,为了尽可能限制在最小范围内,这种方法所使用的胶粘剂的固化温度,必须比层压物的固化温度高。
(四)包装用复合薄膜
    柔软性包装材料,过去主要是纸、玻璃纸和铝箔的复合品。第二次世界大战以后,出现了塑料薄膜与塑料薄膜、塑料薄膜与铝箔的复合品或者多层薄膜。由两种不同薄膜基材制成复合薄膜,能使每种基材的优良性能结合于新材料中。而且,在最佳情况下还能克服每种基材的某些不足性能。复合薄膜具有良好的防潮、防水、耐油、耐热、气密等优点。可作为速溶茶、速溶咖啡、奶酪、药品、干燥食品、冷冻食品、糕点、糖果、肉食品、奶粉等的包装材料,具有保护、保存等多种功能。
1.复合薄膜的组成
    复合薄膜的组成是多种多样的。它的构成是根据各素材的特性,由适当的外层材和内层材组合,外层主要是纸、玻璃、铝箔等具有良好耐热性尺寸稳定性和印刷性能的材料。内层材主要是聚乙烯、聚丙烯、软聚氯乙烯等具有出色的热封性和卫生性材料。此外具有较高强度的各种拉伸薄膜(聚酯、聚丙烯、尼龙等)、聚碳酸酯、醋酸纤维素、聚聚氯乙烯等也可供作外层材料。   
复合薄膜广适用于食品包羡。食品包装复合薄膜用的胶粘剂应具备下列条件:   
①完全无臭无味
②在食品卫生方面不合有害的萃取物。
③耐寒、耐温性好,层压时耐100℃,热封耐200℃,贮存时耐0℃以下。
④受日光照射不会产生发黄
⑤富有柔软性。
⑥不会卷曲或沟状剥离  
⑦良好的耐油、耐碱和耐醋酸性。
⑧适宜于照相凹板、凸板的印刷。
⑨表面对油墨的粘接性好,不引起油墨发黄、
2.复合薄膜层压法复合薄膜层压方法大致分为湿法层压、干法层压、热熔层压、共挤层压、挤复层压五种。各种层压方法简要介绍如下。
(1)湿法层压
湿法层压是将水基胶粘剂涂敷在一粘接面上浸润后与另一粘接面对合上,通过压紧辊简压紧干燥即成。 湿法层压用胶粘剂主要有淀粉、酪酛、聚乙烯醇、硅酸钠等水溶液,以及聚醋酸乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酸酯等乳液、天然橡胶、丁基橡胶、聚异丁烯等橡胶乳胶。   
湿法层压由于胶粘剂是含水的,粘合膜要经过干燥,因此被粘物至少要有一层是像纸张、织物或破璃纸等透水的物质。
(2)干法层压
干法层压是先将第一块基材涂上胶粘剂,通过敞开干燥,合上第二决基材,在加热下加压而制成。它是纸张、铝箔、塑料薄膜等组合层压的重要方法,尤其适用于同种或异种塑料薄膜的层压。如聚酯/聚乙烯、尼龙/聚乙烯、聚丙烯聚乙烯、聚酯/铝箔/聚乙烯、玻璃纸/铝箔/聚乙烯的复合薄膜。
干法层压的胶粘剂多采用双组分的热固性树脂和丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯等,但丙烯酸树脂耐热性不够理想,环氧树脂太脆,聚氨酯耐热性好、剥离强度高,尤其是聚酯型聚氨酯应用得最为普遍。
(1)热熔层压   
热熔层压是将熔融状态的胶粘剂涂敷在第一基材表面上,直接与第二基材对合,通过冷却辊简,实现了粘接。胶粘剂一般采用照相凹版辊筒或浸渍的方法进行涂敷。
适于热熔层压的胶粘剂有:乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、聚异丁烯、聚丁二烯、石油树脂等改性蜡类热熔胶粘剂。
(4)共挤层压
共挤层压是两合以上的塑料吹塑时,利用多孔机头,通过共同挤出,将尚处于熔融态的不同基料层压为一体。 这一方法不需要胶粘剂,只有分子结构相同或相似的塑料之间才能实现熔合,如高密度聚乙烯/低密度聚乙烯、高密度聚乙烯/中密度聚乙烯/低密度聚乙烯间的复合或乙烯丙烯共聚物/聚乙烯的复合等。当两种塑料的分子结构差异较大时,就必须加入第三种能与两者具有亲和力的材料作为胶粘层,才能实现熔合,如尼龙/聚乙烯复合时,须以离子型树脂作为胶粘层。
(5)挤复层压
挤复层压是把第二种材料如聚乙烯、聚丙烯或尼龙等,通过挤出机的T型机头挤出熔融状态的薄膜徐覆在另一个已经定型的薄膜状物体上,使之层压成一体,这种方法不用胶粘剂,但是二种基材中必须有一种是热塑性塑料薄膜,如铝箔/塑料、织物/塑料、纸张/塑料.塑料/塑料等。
为了提高层压粘合性能,必须对粘粘合的基树薄膜进行打底处理,使用的底漆(也称固定剂),一股为烷基钛酸盐溶于己烷的稀溶液,被粘面涂敷烷基钛酸盐之后,由于空气中水分而水解,形成氧化钛的皮股,增大粘接性。烷基钛酸盐法适于聚乙烯与纸、玻璃纸、铝箔的层压。烷基钛酸盐的浓度根据材料不同而异,对纸和铝箔为2%,对玻璃纸、乙烯薄膜、醋酸纤维素等含增塑剂较多的材料为5.1%较适当。煮沸用薄膜,特别是要求耐水耐温时,使用双组分聚氨酯胶粘剂,提高加热干燥的温度使其反应。
聚酯、尼龙、聚丙烯作为被粘合基材时,须进行电晕放电处理,而且与聚氨酯、聚乙烯、亚胺、环氧树脂的溶液相配合进行挤复层压。

 


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