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如何提高纳米碳酸钙在胶黏剂中的应用性能?

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时间:2019/5/6 9:58:10

生产一辆汽车要使用5~10kg胶黏剂,一架波音飞机的粘接面积达到2400m2 ,一架航天飞机需要粘接30000块陶瓷片。胶黏剂的应用已渗入到国民经济中的各个部门,成为工业生产中不可缺少的组成部分。目前,与塑料、合成橡胶、合成纤维这三大合成高分子材料的产量相比,胶黏剂产量只占第五位,但年增长速度则稳居第一位。

高分子结构图

随着我国汽车、电子电器等行业的飞快发展,纳米材料等新材料、新技术在胶黏剂工业中得到应用,今后胶黏剂的性能将更加优异,应用范围将不断扩大。

一、胶黏剂的组成

胶黏剂是一种能够把两种同类或不同类材料紧密地结合在一起的物质。胶黏剂通常是由基料和辅助材料配合而成。

1、基料

基料又称粘料,是胶黏剂的主要成分。有天然聚合物、合成聚合物及无机物三大类。常用的合成树脂有环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、聚氨酯、硅树脂等;合成橡胶有氯丁橡胶、丁腈橡胶和聚硫橡胶等;常用的无机化合物有硅酸盐类和磷酸盐类。

2、辅助材料

辅助材料主要包括固化剂、促进剂、填料、增韧剂、稀释剂、偶联剂、稳定剂,防老剂、增粘剂、增稠剂等。

固化剂:又称为硬化剂、交联剂或硫化剂。 是使液态基料通过化学反应,发生聚合、缩聚或交联反应,转变成高分子量固体,使胶接接头具有力学强度和稳定性的物质。不同的基料应选用固化快、质量好、用量少的固化剂。不同的树脂要针对其分子链上的反应基团而选用合适的固化剂。

溶剂:主要对胶粘剂起稀释分散、降低粘度的作用,使其便于施工,并能增加胶粘剂与被胶粘材料的浸润能一力,以及延长胶粘剂的使用寿命。溶剂分为两大类:一类为非活性稀释剂,俗称为溶剂,不参与胶粘剂的固化反应;另一类为活性稀释剂,参与固化反应。常用的有机溶剂有丙酮、甲乙酮、乙酸乙酯、苯、甲苯、酒精等。

填料:是不参与反应的惰性物质,可提高胶接强度、耐热性、尺寸稳定性并可降低成本。其品种很多,如石棉粉、铝粉、云母、石英粉、碳酸钙、钛白粉、滑石粉等。各有不同效果,根据要求选用。

偶联剂:具有能分别和被粘物及粘合剂反应成键的两种 基团,提高胶接强度。多为硅氧烷或聚对苯二甲酸酯 化合物。

稳定剂:为防止胶黏剂长期受热分解或贮存时性能变化的成分。

二、胶黏剂的粘接机理

把被粘物连接成整体的操作步骤可分为:

首先对被粘物的待粘表面进行修配,使之配合良好;

其次表面处理之后,可涂敷偶联剂,或进行胶粘剂底涂,即先涂一极薄的底胶,以保护表面;

然后涂布胶粘剂,将被粘表面合拢装配;最后通过物理或化学方法固化,实现胶接。

三、胶黏剂的特点

1、耐温性 耐温性是无机胶黏剂的优良特性之一。无机高温胶黏剂通常使用范围在1500~1750℃,而磷酸氧化铜胶黏剂的耐温范围更广,可在 180~1400℃范围内使用。

2、粘接无破坏性 材料的连接主要有螺栓连接、铆接、焊接和粘接等,使用螺栓连接等技术虽然可实现快速连接,但却因对材料部件打空或局部加热而对材料有所破坏,并在使用中不能避免应力集中。 相比之下,粘接技术是一种非破坏性连接技术,并因粘接界面整体承受负荷而提高负载能力,延长了使用寿命。

3、轻质性 胶黏剂的密度较小,大多在0.9~2之间,约是金属或无机材料密度的20%~25%,因而可以大大减轻被粘物体连接材的重量。这在航天、航空、导弹上,甚至汽车、航海上,都有减轻自重,节省能源的重要价值

四、胶黏剂的分类

按化学成分分类: 1)无机胶粘剂;2)有机胶粘剂;3)天然胶粘剂;4)合成胶粘剂。

以无机化合物为基料的称为无机胶粘剂,如硅酸盐、磷酸盐、氧化铅、锡-铅等。以有机化合物为基料的称有机胶粘剂,分为天然胶粘剂:动物胶、植物胶、矿物胶和合成胶粘剂:树脂型、橡胶型、复合型。

五、胶黏剂未来发展前景

据估计,“十三五”期间我国胶粘剂产量有望实现8%的年均增长率,尤其是环保节能型和高新技术型产品将有较大发展,到2020年末我国胶粘剂的总产量可达1,034万吨左右,将带动世界胶产品需求平稳增长。

从下游消费行业来看,内生增长+需求升级确保汽车用胶消费增长;环保标准趋严助力软包装需求升级;新能源用胶需求借国家清洁发展之风快速攀升;建筑用胶分享国家城镇化建设红利;电子器件用胶搭乘行业发展快车;高铁建设用胶将与国家高铁建设的快速发展齐头并进。

六、纳米碳酸钙等填料在胶黏剂中的应用及前景

填料是胶粘剂一主要成份,填料的制造、后处理和测试,尤其是粉碎分筛和活化处理及使用中的分散技术都对胶黏剂的性能起到至关重要的作用。加强相关技术的研究和攻关,提升产品制备、处理能力,轻质碳酸钙、纳米碳酸钙、滑石粉、超细氧化镁、活性氧化锌及多种非金属矿粉未都有望打入国际市场。

纳米碳酸钙应用于胶黏剂中的几个技术因素

晶型:立方体、菱形六面体、立方体部分呈链锁状的晶型比较适合用于胶黏剂。

粒径:以60~100 nm为宜。

水分:纳米碳酸钙的水分含量低为宜,一般小于0.5%。

pH值:此值偏低为宜。

吸油值:它是影响碳酸钙在胶中浸润性的因素。

比表面积:纳米碳酸钙的比表面积在20~25m2/g为宜。

表面改性:纳米碳酸钙表面改性效果的好坏将影响其颗粒对胶体的掺合作用,影响胶体的触变性。

优点:

具有结晶完整、粒径小、粒度分布范围窄、比较面积大、活性高等特点。配合复合表面处理剂及分段活化工艺技术,使产品具有较强的应用适应性。

应用范围:

反应型胶黏剂、热熔型胶黏剂、氯丁橡胶胶黏剂、有机硅胶黏剂、密封胶等。

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