乐博士技术秀期 热硫化粘合剂-底涂

乐博士技术秀是乐瑞固专门针对橡胶与金属热硫化粘合推出的一种知识讲解和科普;其中“乐”源自乐瑞固,寓意快乐与专业,“博士”则点明该微信内容的定位—— 专业、易懂、有深度的科普知识分享 。

ntent="t" yb-mpa-mark="mark-intro" style="font-size: 15px; color: rgb(51, 51, 51); line-height: 26px; word-break: break-word; letter-spacing: 0px;" data-mid="" data-mpa-md-action-id="mowkds24h0t">
ntent="t" yb-mpa-mark="mark-intro" style="line-height: 26px;word-break: break-word;" data-mid="">引言:

在日常生产与生活中,粘接似乎是一件再普通不过的事:胶水一涂、双面胶一贴,就能把两样东西连在一起。但在工业制造、部件组装、材料成型等更严苛的场景下,粘接远没有看起来那么简单。

金属与橡胶怎么牢牢粘在一起?为什么有些材料用普通胶水完全粘不住?同样是“胶”,为什么有的需要加热、有的需要加压、有的还需要涂两层?

这些问题的背后,其实是不同材料特性之间的博弈。每一种材料都有其独特的表面能、极性、模量和化学活性,而粘接的本质,就是在这些“性格迥异”的材料之间,搭建一座稳定、可靠的“分子桥梁”。

本系列内容旨在用通俗易懂的方式,系统讲解粘合技术背后的原理、方法与实践经验。粘合剂是怎么“工作”的?如何根据材料类型选择合适的粘接方案?

让粘接无痛点,是我们做这份科普的初心。从理解材料开始,一步步把粘接这件事,讲清楚、讲明白。

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ntent="t" yb-mpa-mark="mark-intro" style="font-size: 15px; color: rgb(51, 51, 51); line-height: 26px; word-break: break-word; letter-spacing: 0px;" data-mid="" data-mpa-md-action-id="mowkds261dhf">材料的分类
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一般地,按照材料本身特性分类,基本分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、合成高分子材料以及复合材料等。每种材料之间的本身特性差异明显,因此想要获得良好粘接,必须要选择同时适合两种材质的粘合剂。当两种材料均已经成型且需要粘接时,就需要类似于结构胶或密封胶等的粘合剂。这种类似的粘合剂,在日常生活中有很多,如:补胎时工人用的快干胶,装修工人打的硅酮密封胶,以及现在很流行的免打孔,小五金墙壁安装胶等。当需要粘接的材料中有一种未成型,需要在材料成型过程中完成粘接,如橡胶、塑料等未成型弹性体在成型过程中与基材的粘接,这种粘接与上面又完全不一样,需要使用到ink-id="link-1778307106274-0.29436725940055575">热硫化粘合剂
橡胶、塑料等弹性体属于合成高分子材料,金属属于金属材料,其它基材可能列属无机非金属材料,复合材料等。为了解决双向粘接问题,热硫化粘合剂就必须要同时兼顾两种材料的特性。
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ntent="t" yb-mpa-mark="mark-intro" style="font-size: 15px; color: rgb(51, 51, 51); line-height: 26px; word-break: break-word; letter-spacing: 0px;" data-mid="" data-mpa-md-action-id="mowkds29212d">金属 / 基材与橡胶粘接破坏示意图
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图2是典型的双涂体系粘接未成型弹性体(主要是橡胶,以下用橡胶替代)与基材的破坏示意图,从图2可以看出采用双涂的粘接体系,有四种材质,有3个界面,因此想要解决粘接问题,就必须要解决不同的界面问题。我们把粘合剂(底胶和面胶)看为一个整体,粘合剂与金属/基材之间有一个粘接,粘合剂与橡胶之间有一个粘接,因此研发人员必须要充分考虑这两个方面的因素。

ntent="t" style="width: 60.1%; margin: 0px -60.1% 0px 0px; padding: 5px 80px 2px 6.1%; flex-shrink: 0; background-position: center center; background-size: 100% 100%; background-repeat: no-repeat; display: flex; align-items: center; background-image: url("https://mmecoa.qpic.cn/sz_mmecoa_png/KGEFQYjyA2klIxhJH46AFrSYqWIo8kvGIOPPJ0j9hQHEp40nYiaqe9hic682QdWpNyrMsHjqa78pwZdicbJJbEriclDcvLF6EjWjfJiaekhicNkRY/640?wx_fmt=png&from=appmsg&tp=wxpic&wxfrom=10015&wx_lazy=1");" data-lazy-bgimg="https://mmecoa.qpic.cn/sz_mmecoa_png/KGEFQYjyA2klIxhJH46AFrSYqWIo8kvGIOPPJ0j9hQHEp40nYiaqe9hic682QdWpNyrMsHjqa78pwZdicbJJbEriclDcvLF6EjWjfJiaekhicNkRY/640?wx_fmt=png&from=appmsg" class="" data-fail="0">
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ntent="t">01
ntent="t" yb-mpa-mark="mark-main-title" style="font-size: 18px; color: rgb(0, 82, 255); line-height: 22px; word-break: break-word; letter-spacing: 0px;" data-mid="" data-mpa-md-action-id="mowkds2b1w70">底胶与金属粘接的基本原理

除了极少数的基材(如一些未完全硫化的弹性体)有活性官能团外,大多数基材本身是活性是很低的。目前市面上热硫化粘合剂与基材粘接的机理大多数如下图3所示。
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ntent="t" yb-mpa-mark="mark-intro" style="font-size: 15px; color: rgb(51, 51, 51); line-height: 26px; word-break: break-word; letter-spacing: 0px;" data-mid="" data-mpa-md-action-id="mowkds2e10k8">双涂体系粘接橡胶与金属的典型示意图
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粘合剂底涂与金属之间的相互作用被认为是由机械和化学吸附过程共同作用的结果,即包含ink-id="link-1778307106429-0.6418695524695857">机械吸附和化学反应两部分;当基材或基材表面处理不一样,与底胶之间的化学反应也不一样,如铜与铁、ink-id="link-1778307106429-0.996486353099789">磷化处理过的铁与没有磷化处理过的铁等;吸附机理对所有基材均是有效的,粘接质量在很大程度上取决于所有界面能否自由交换化学物质,因此任何表面污染都会破坏基材表面化学性质,并降低粘接强度。图4显示了经过喷砂处理的钢材,表面形成的无污染、易于润湿、具有“尖锐”不规则表面以促进机械咬合以及氧化程度可控的表面。
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ntent="t" yb-mpa-mark="mark-intro" style="font-size: 15px; color: rgb(51, 51, 51); line-height: 26px; word-break: break-word; letter-spacing: 0px;" data-mid="" data-mpa-md-action-id="mowkds2g1h48">经过喷砂处理的金属表面涂胶前的状态
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ntent="t" style="width: 60.1%; margin: 0px -60.1% 0px 0px; padding: 5px 80px 2px 6.1%; flex-shrink: 0; background-position: center center; background-size: 100% 100%; background-repeat: no-repeat; display: flex; align-items: center; background-image: url("https://mmecoa.qpic.cn/mmecoa_png/KGEFQYjyA2kyPB8icHNN6DMPJxo87pcdEx32BUuoiclDpnqopHEY7AOdxr4F6s7MYDWluBKoyQA2gX2ZR7goBGMUx3o6Tv3KibLpnEDRibnIk40/640?wx_fmt=png&from=appmsg&tp=wxpic&wxfrom=10015&wx_lazy=1");" data-lazy-bgimg="https://mmecoa.qpic.cn/mmecoa_png/KGEFQYjyA2kyPB8icHNN6DMPJxo87pcdEx32BUuoiclDpnqopHEY7AOdxr4F6s7MYDWluBKoyQA2gX2ZR7goBGMUx3o6Tv3KibLpnEDRibnIk40/640?wx_fmt=png&from=appmsg" class="" data-fail="0">
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ntent="t">02
ntent="t" yb-mpa-mark="mark-main-title" style="font-size: 18px; color: rgb(0, 82, 255); line-height: 22px; word-break: break-word; letter-spacing: 0px;" data-mid="" data-mpa-md-action-id="mowkds2hd5m">从配方的角度改善底涂与基材的粘接

基于上面的粘接机理,我们可以从基材表面处理和粘合剂两方面来改善与基材的粘接。
从基材方面,所有阻碍粘合剂与基材充分接触、阻碍两个界面自由交换化学物质的因素均是不利粘接,需要避免的,所有有助于粘合剂的化学和物理吸附的因素均是有利于粘接的。这方面具体的处理方法,我们会在随后的知识讲座中给大家详细说明;总之从基材方面,无油、无锈、适当的表面粗糙度是我们基材表面处理的宗旨。
从粘合剂方面,研发者在研究底涂的时候,要充分考虑与各种基材的吸附和化学反应。一般地,底涂中会包含多种类似于橡胶和树脂类的高分子,这些物质具有很强的润湿金属表面的能力,从而确保大的界面接触程度,此外,这些橡胶和树脂还能作为屏障,阻止外部腐蚀向金属表面迁移,同时可以在粘合剂体系中形成相互贯穿的ink-id="link-1778307106429-0.9901325284469362">高分子交联网络,给粘合剂以强度和结构。

ntent="t" style="width: 60.1%; margin: 0px -60.1% 0px 0px; padding: 5px 80px 2px 6.1%; flex-shrink: 0; background-position: center center; background-size: 100% 100%; background-repeat: no-repeat; display: flex; align-items: center; background-image: url("https://mmecoa.qpic.cn/sz_mmecoa_png/KGEFQYjyA2kURS8jMlGHgbSYGjibBSWTsISBoIMYcia7rcqYJcViceRSTjxRO0dPOwdeWIIpKcp8iadSadrPUk07ibZl7sGCnrM91RZ4CcENPzx4/640?wx_fmt=png&from=appmsg&tp=wxpic&wxfrom=10015&wx_lazy=1");" data-lazy-bgimg="https://mmecoa.qpic.cn/sz_mmecoa_png/KGEFQYjyA2kURS8jMlGHgbSYGjibBSWTsISBoIMYcia7rcqYJcViceRSTjxRO0dPOwdeWIIpKcp8iadSadrPUk07ibZl7sGCnrM91RZ4CcENPzx4/640?wx_fmt=png&from=appmsg" class="" data-fail="0">
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ntent="t">03
ntent="t" yb-mpa-mark="mark-main-title" style="font-size: 18px; color: rgb(0, 82, 255); line-height: 22px; word-break: break-word; letter-spacing: 0px;" data-mid="" data-mpa-md-action-id="mowkds2j1rra">高分子选择的逻辑

底漆中高分子的选择十分重要,根据“相似相容”的机理,两种物质如果模量或性质类似时,会更容易吸附,因此底漆研究者会选择成型后模量更高的一点的树脂来优化与金属的粘接;但是交联网络的致密性以及成膜的柔韧性需要刚性树脂有一定的柔韧性,以满足底涂对苛刻环境的耐受性以及对于各种基材的湿润和化学吸附性。同样基于“相似相容”的机理,为了与各种面涂粘合剂的适配,底涂中其它高分子的选择会与面涂粘合剂选择类似。
待续
下期提前预告
第二期 金属基材表面处理
第三期计划是非金属基材表面处理

主笔人介绍
黄星  高级工程师
在橡胶与基材粘接用粘合剂行业深耕20余年,熟悉橡胶、聚氨酯弹性体与各种基材的粘接粘合剂、应用和失效分析等;
现任上海乐瑞固化工有限公司副总经理,主要从事橡胶与基材粘接用粘合剂、脱模用脱模剂的技术支持、应用推广,高性能涂料和ink-id="link-1778307106430-0.5003580866606998">水性防腐涂料研发和应用推广等。
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