聚氨酯胶粘剂的粘接工艺
专栏:行业新闻
发布日期:2023-04-24
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作者:admin

聚氨酯胶粘剂的粘接工艺



聚氨酯胶粘剂是一类粘接能力强并且性能优良的胶粘剂,在生活中的各个方面应用极为广泛,与含有活泼氢的基材,如泡沫、塑料、木材、皮革、织物、纸张、陶瓷等多孔材料,以及金属、玻璃、橡胶、塑料等表面光洁的材料都有优良的化学粘接力。那么,聚氨酯胶粘剂的粘接工艺都有哪些呢?


一、表面处理


要想使聚氨酯胶粘剂与基材之间形成良好的粘接效果,必要条件之一就是要对基材表面进行一些适当的处理。这是由于被粘物表面常常存在着油脂、灰尘等弱界面层,受其影响,建立在弱界面层上的粘接所得的粘接强度不易提高,因此,对粘接基材的表面进行适当的处理是使用聚氨酯胶粘剂对材料进行粘接之前必不可少的一项工艺。除此之外,对于那些与聚氨酯胶粘剂表面张力不匹配的基材,在使用聚氨酯胶粘剂进行粘接之前,还必须对其表面进行一定的化学处理,其中,表面处理就是提高聚氨酯胶粘剂粘接强度的首要步骤之一。


二、清洗脱脂


一些金属及塑料基材的表面经常容易受到汗、油以及灰尘等的污染,另外,塑料表面还有脱模剂,因此,这样的塑料与胶粘层之间仅能形成粘接力很弱的粘接界面。


对聚氨酯胶粘剂来讲,金属或塑料表面的油脂与聚氨酯胶粘剂之间的相容性很差,而存在的水分则会与聚氨酯胶粘剂中的-NCO基团发生化学反应从而产生气泡,使得聚氨酯胶粘剂与粘接基材之间的接触表面积大幅度降低,并且会使胶粘层的内聚力降低,所以在使用聚氨酯胶粘剂进行粘接前必须首先对粘接基层进行表面清洗以及干燥处理这一步骤。常用的清洗及干燥方法为:先用含表面活性剂及有机溶剂的碱水对基材的粘接表面进行清洗,再进行水洗干燥;或用有机溶剂(如丙酮、四氯化碳、乙醇等)直接进行清洗。对于表面有锈迹的金属,一般要先用砂纸、钢丝刷除去表面铁锈,再对其进行清洗及干燥。


三、粗糙化处理


若粘接表面光滑,则一般需要首先对其进行粗糙化处理,以增加聚氨酯胶粘剂与基材的接触面积。聚氨酯胶粘剂渗入基材表面的凹隙或孔隙中,固化后起“钉子、钩子、棒子”似的嵌定作用,可牢固地把基材粘在一起。常用的处理方法有喷砂、木锉粗化以及砂纸打磨等。但若粘接表面处理的过于粗糙,则会使聚氨酯胶粘剂在粘接表面的浸润受到影响,凹处容易出现残留或产生气泡,反而会降低聚氨酯胶粘剂与粘接表面的粘接强度。而且,用砂磨等方法处理粘接表面又容易损伤基材,所以建议采用涂底胶、浸蚀及电晕处理等方法改变其表面性质,使之易被聚氨酯胶粘剂粘接。


四、金属表面化学处理


对金属表面可同时进行除锈、脱脂以及轻微腐蚀处理等,可用的处理剂有很多,一般使用的是酸性处理液。例如,对于铝以及铝合金,可用重铬酸钾/浓硫酸/水(质量比约10/100/300)混合液,将其在70-12℃的温度范围内浸泡5-10min,然后进行水洗、中和,之后再水洗并干燥。对铁则可用浓硫酸(盐酸)与水以1:1的比例混合,在室温下浸泡5-10min,然后水洗并干燥,也可使用重铬酸钾/浓硫酸/水混合液对其进行处理。


五、塑料及橡胶的表面化学处理


对于多数极性塑料及橡胶而言,只须对其表面进行粗糙化处理以及溶剂脱脂处理。不过由于聚烯烃材料的表面能很低,可采用化学方法等增加其表面极性,常用的几种方法有:溶液氧化法、电晕法以及氧化焰法等。


(1)溶液氧化法


化学处理液可用重铬酸钾/浓硫酸/水(质量比75/1500/12,或5g/55ml/8ml等配比),将PP或PE材料放入其中,于70℃的温度条件下浸泡1-10min,或者也可在室温条件下浸泡1.5h后,然后进行水洗、中和,之后再次水洗并进行干燥处理。


(2)电晕处理法


采用高频高压放电,使得塑料表面被空气中的氧气部分氧化,从而产生羰基等极性基团。电晕处理法常常与几种表面处理方法相结合,例如砂磨→腐蚀→清洗→干燥。


六、上底涂剂


为了改善聚氨酯胶粘剂的粘接性能,可在已处理好的基材表面涂上一层很薄的底涂剂(底胶),底涂剂可以保护刚刚进行处理过的被粘物表面,使其免受腐蚀和污染,从而延长存放时间。聚氨酯胶粘剂常用的底涂剂有:聚氨酯清漆(如聚氨酯胶粘剂或涂料的稀溶液)、多异氰酸酯胶粘剂(如PAPI稀溶液)、有机硅偶联剂的稀溶液以及环氧树脂稀溶液等。


七、胶粘剂的配制


单组分聚氨酯胶粘剂一般无需配制,可按操作要求直接使用,这也是单组分聚氨酯胶粘剂的使用方便之处。对于双组分或多组分聚氨酯胶粘剂,应按说明书的要求进行配制,若知道组分的羟基含量及异氰酸酯基的含量,则可通过化学计算确定各组分的配比,异氰酸酯指数(R=-NCO/-OH)一般在0.5-1.4范围内。


一般来说,双组分溶剂型聚氨酯胶粘剂配胶时,两组分配比的宽容度要比非溶剂型的大一些,但若配胶中-NCO基团过量太多,则会使胶粘剂固化不完全,且固化了的胶粘层较硬,甚至是脆性;若-OH基团过量太多,则会出现胶层软粘、内聚力低以及粘接强度差等问题。


无溶剂型双组分聚氨酯胶粘剂配比的宽容度比溶剂型的要小一些,这是因为各组分的初始分子量较小,若其中一组分过量,则会造成固化速度慢且不易固化完全,还会使得胶层表面发粘、强度降低。


已调配好的胶粘剂应在当天用完为宜,因为配成的胶粘剂适用期有限,适用期即配制后的胶粘剂能维持其可操作施工的时间较短,因为随着放置时间的增长,聚氨酯胶粘剂的粘度会增大,致使操作困难,直至胶液失去流动性、发生凝胶而失效。不同品种、牌号的聚氨酯胶粘剂的适用期各不相同,从几分钟至几天不等。


在工业生产上需要大量使用时,应预先做适用期试验以检验其适用期的长短。若聚氨酯胶粘剂组分中含有催化剂,或为了加快胶粘剂的固化速度而在配胶时加入了催化剂,则适用期较短。另外,环境温度对适用期的长短也会产生较大影响,一般来说,夏季适用期短,而冬季适用期则相对较长。经氨酯级有机溶剂稀释的双组分聚氨酯胶粘剂,其适用期可适量延长。


一般溶剂型双组分胶粘剂(如软塑复合薄膜用双组分聚氨酯胶粘剂)的适用期应大于8h(即一个工作日)。若配好的胶粘剂当天用不完,可对其进行适当的稀释,并上盖封闭,然后于阴凉处存放,第二天上班时检查有无变浊或凝胶现象出现,若胶液外观无明显变化且流动性较好,则仍可继续使用。一般情况下,可将其分批少量地兑入新配的胶粘剂中,若已变质,则应弃去。


为了降低聚氨酯胶粘剂的粘度,使其便于操作且胶液涂布均匀,并有利于控制施胶厚度,可向其中加入有机溶剂进行稀释。聚氨酯胶粘剂可用的稀释剂有丙酮、丁酮、甲苯以及醋酸乙酯等。此外,加入催化剂能加快聚氨酯胶粘剂的固化速度,常用的固化催化剂一般为有机锡类化合物。


八、粘接施工


(1)涂胶


涂布(上胶)的方法有喷涂、刷涂、浸涂、辊涂等,一般根据胶粘剂的类型、粘度以及生产要求而决定,涂胶的关键是要保证胶层均匀、无气泡、无缺胶。此外,涂胶量(实际上与胶层厚度有关)也是影响剪切强度的一个重要因素,通常涂胶量控制在一定范围内时剪切强度较高。如果涂胶量过少导致胶层太薄,胶粘剂不能填满基材表面凹凸不平的间隙,则会留下空缺,使得粘接强度降低。若胶层厚度过厚,同样会使得胶粘剂的粘接强度降低。


(2)晾置


对于溶剂型聚氨酯胶粘剂来说,在基材表面涂好胶粘剂之后,需要晾置几分钟到数十分钟,使胶粘剂中的溶剂大部分挥发,这有利于提高胶粘剂的初粘力。必要时还需要适当加热并进行鼓风干燥(如复合薄膜层压工艺),否则会使得大量的溶剂残留在胶粘剂中,残留的溶剂在胶粘剂发生固化的过程中会在胶层中形成气泡,从而影响粘接质量。对于无溶剂型聚氨酯胶粘剂来说,则可省略晾置这一步骤,在涂胶之后即可将被粘物贴合。


(3)粘接


粘接这一步骤是将已涂过胶的被粘物粘接面贴合起来,也可使用夹具固定粘接件,保证粘接面完全贴合定位,必要时可施加一定的压力,使胶粘剂能够更好地产生塑性流动,以充分浸润被粘物表面,使得胶粘剂与基材表面达到最大接触面积。


九、聚氨酯胶粘剂的固化


大多数聚氨酯胶粘剂在粘接时不会立即具有较高的粘接强度,还需进行固化。所谓固化就是指液态胶粘剂变成固体的过程,固化过程也包括后熟化,即初步固化后的胶粘剂中的可反应基团进一步反应或产生结晶,获得最终固化强度。对于聚氨酯胶粘剂来说,固化过程是使胶粘剂中-NCO基团反应完全,或使溶剂挥发完全、聚氨酯分子链结晶,使得胶粘剂与基材之间产生足够高的粘接力的过程。


聚氨酯胶粘剂可室温固化,对于反应型聚氨酯胶粘剂来说,当室温固化需要较长时间才能完成时,可加入适量催化剂促进胶粘剂的固化。此外,为了缩短固化时间,也可采用加热的方法促进固化。加热不仅有利于胶粘剂本身的固化,还有利于加速胶粘剂中的-NCO基团与基材表面的活性氢基团发生相反应。同时,加热还可使胶层软化,以增加对基材表面的浸润,并有利于分子运动,在粘接界面上找到产生分子作用力的“搭档”。加热对提高聚氨酯胶粘剂的粘接力也是十分有利的,例如,一种双组分聚氨酯胶粘剂粘接钢板,其在不同固化温度、不同固化时间下的粘接强度均有所不同。


固化的加热方式有烘箱或烘道、烘房加热以及夹具加热等。对于传热快的金属基材可采用夹具加热,其胶层受热比用烘箱加热快。加热过程应以逐步升温为宜。对于溶剂型聚氨酯胶粘剂,则需要注意溶剂的挥发速度。大部分溶剂已经在晾置的过程中挥发掉了,而剩余的溶剂会慢慢地透过胶粘层向外扩散,若加热过快则会使溶剂在软化了的胶层中气化鼓泡而在接头中形成气泡,严重的话还可将大部分未固化、呈流粘态的聚氨酯胶粘剂挤出接头,从而形成空缺,影响胶粘剂的粘接强度。


对于双组分无溶剂型聚氨酯胶粘剂及单组分湿固化型聚氨酯胶粘剂,加热也不能太快,否则-NCO基团会与胶粘剂、基材表面以及空气中的水分加速反应,导致产生的CO2气体来不及扩散,而胶层的粘度又很快的增加,最终气泡就留在了胶层之中。单组分湿固化型聚氨酯胶粘剂主要靠与空气中的水分反应固化,故应将空气湿度维持在一定的范围内,使其在室温条件下缓慢固化为宜。若空气湿度不够,可加入少量水分于涂胶面上,以促进胶粘剂的固化。若胶粘剂被夹于干燥、硬质的被粘物之间,且胶层较厚时,界面及外界的水分不易渗入胶粘剂中,则容易导致胶粘剂固化程度不够,固化不完全,这种情况下可以在胶粘剂中注入极少量的水分。


   来源:互联网综合

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