粘接工藝的程序如下表示:
1、確定接頭 —— 2、選定膠粘劑 —— 3、表面處理 ——(4、配膠)—— 5、涂膠 —— 6、晾置
7、合攏 —— 8、清理 ——(9、初固化)—— 10、固化 ——(11、后固化)—— 12、檢查 ——(13、加工)
注:(括號)表示根據(jù)實際情況也可省略
按粘接工藝的程序,內(nèi)容簡述如下:
1、確定粘接接頭:
由接頭的力學特性可知,它的抗拉、抗剪和抗壓強度均比較高,而剝離、抗彎和抗沖擊強度比較低。
因此,從力學角度考慮,選擇(或設計)粘接接頭形式的基本原則是:
① 盡可能承受或大部分承受剪切應力,因抗剪強度比較高,也容易實現(xiàn),故適合采用平板搭接或斜接形式。
② 盡可能避免剝離和扯離力的作用,若難以避免,可采用適當?shù)募庸檀胧?,如端部包扎、端部加寬、端部加固、端部加鉚等。
③ 盡可能增大粘接面積,提高接頭承載能力,如采用V形斜接、臺階對接和嵌接形式。
④ 盡可能防止層壓材料的層間剝離。對于層壓材料的粘接,應采用斜接形式。
⑤ 盡可能采用粘接連接和機械連接兼而有之的混合接頭。
2、選定膠粘劑:
可參考《如何正確選用膠粘劑》
3、表面處理:
被粘物的表面處理得如何,直接關系到粘接強度的高低和耐久性的好壞,它是粘接工藝中不可忽視的重要環(huán)節(jié)。
若不經(jīng)表面處理,將膠粘劑涂在有油污、水分或被污染的物件上,根本無法粘住。
要獲得牢固的粘接,首要條件是膠粘劑對被粘物完全浸潤,這就要求被粘物須有最佳的表面狀態(tài),使之與膠粘劑形成的粘接力超過膠層的內(nèi)聚力。
因此,就一定要對被粘物的表面進行適當?shù)奶幚怼?br />
雖然SGA和厭氧膠原則上不需要表面處理,但處理后的表面,其粘接強度還是有所提高。
總之,不論使用何種膠粘劑,對任何性質(zhì)的被粘物都應進行適當?shù)谋砻嫣幚恚瑥亩@得清潔、干燥、粗糙、活性的表面,以提高粘接強度。
1)表面處理的重要性:
① 由于機械加工和防腐的需要,金屬表面常附有大量的油脂;
塑料和橡膠制品在注塑加工過程會帶上脫模劑、潤滑油等;
有些物體上會涂上漆層;
這些物質(zhì)存在于被粘物的表面,均會妨礙膠粘劑對被粘物的浸潤。
② 由于空氣和環(huán)境的污染,金屬會腐蝕生銹,被粘物表面會蒙上灰塵、積成污垢,這些物質(zhì)形成隔離層,會影響膠粘劑對被粘物的浸潤。
③ 金屬、玻璃、陶瓷、木材、金屬氧化物等都是親水物質(zhì),在空氣中慢慢地會覆蓋上一層薄薄的水膜;
固體物質(zhì)的表面能較高,而且表面實際上都是粗糙多孔的,容易吸附水汽和其它氣體。
所有這些均會影響膠粘劑對被粘物的浸潤。
④ 一些難粘的塑料,如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等,經(jīng)表面處理后,就可變?yōu)橛靡话隳z粘劑也可粘接的塑料。
⑤ 表面適當粗糙化,可以增大粘接的面積,提高粘接強度。
總之,表面處理就是要改變被粘物的表面狀態(tài),獲得清潔、干燥、粗糙活性的表面,以實現(xiàn)牢固的粘接。
2)表面處理的方法:
對于不同性質(zhì)的被粘物和不同的工況,表面處理的具體方法并不是一樣的,可分為一般方法、化學方法和物理方法三種,現(xiàn)簡介如下:
① 一般方法:
首先用水洗的方法或用棉紗、干布初步把表面的污物、灰塵和厚油脂清除掉;對于微小的被粘物也可用超聲波洗滌。
然后脫脂去油:以丙酮、丁酮、汽油、甲苯、三氯乙烯等有機溶劑擦拭、浸漬、噴洗或用溶劑蒸汽脫脂,都可除去礦物油、植物油和動物油;
若采用堿液除油,只對去除動物油、植物油有效。
再除銹粗化:即用銼削、打磨、粗車和噴砂等方法除去表面銹蝕及氧化物,并使材料表面粗化,但不能粗糙過度。
其中噴砂方法效果最好,不僅除去銹蝕、粗化表面,而且提高被粘物表面能,使粘接強度增大。
最后用毛刷、干布或壓縮空氣清除表面的沙?;驓埿迹⒃俅斡萌軇┎潦?,進一步除去油污,隨即干燥備用。極大多數(shù)粘接均采用這種方法。
② 化學方法:
這種方法通過氧化、接技、交聯(lián)、置換等化學反應,使被粘物表面引入化學基因,而提高粘接強度。具體方法以下:
A.酸蝕法
將經(jīng)過處理的被粘物,放入一定種類和一定濃度的酸溶液中,浸泡一定時間,然后清洗干凈。
B.預涂偶聯(lián)劑
可改變表面性質(zhì),提高粘接強度和耐久性。
C.陽極化
有磷酸陽極化、硫酸陽極化和鉻酸陽極化等幾種。
D.保護處理
將已處理好的被粘物表面涂上底膠,以起到防水、防污染等作用。底膠雖不能直接提高粘接強度,但能保證強度不會降低。
③ 物理方法:
這種方法主要用于非極性的高分子材料。具體方法如下:
A.放電處理:
在真空或惰性氣體環(huán)境中,進行高壓氣體放電,使表面氧化或交聯(lián),產(chǎn)生極性表面。
根據(jù)使用的裝置和放電條件,放電處理有電暈、電接觸、電弧、輝光、等離子等方法??蛇m用于聚烯烴材料。
B.火焰處理:
即以可燃氣體燃燒的火焰在被粘物表面上進行瞬間高溫燃燒,使表面發(fā)生氧化反應。
例如用氧-乙炔火焰(氣焊槍)處理難粘塑料表面后,便可用一般膠粘劑粘接。
C.輻射處理:
利用高能射線,如X光射線或γ射線促使被粘表面氧化、接技、交聯(lián)等。
不同的表面處理,對粘接強度的影響也是不相同的。
3)表面處理的檢驗:
表面處理的是否干凈?浸潤是否良好?
最簡便的檢驗方法是水膜法:
即在處理后的被粘物表面灑上水;
若是清潔的表面,水能蔓延鋪展成連續(xù)的水膜;若出現(xiàn)水滴滾動或水膜破裂,便說明表面不潔,膠粘劑對被粘物不能良好的浸潤。
4)表面處理的有效期:
表面處理后未涂底膠的被粘物最好馬上粘接,不要放置過久,其有效期對于不同的材料,不同的處理方法是各不相同的。
4、配膠:
膠粘劑可有多種不同的狀態(tài):有液態(tài)、糊狀、膏狀、粉狀、膠棒、膠條、膠膜、膠帶、單組分、雙組分、多組分等。
其中熱熔膠和壓敏膠可直接拿來使用;
單組分的膠粘劑也無需配調(diào),但如果含有比重大、易沉淀的填料,使用前應攪拌均勻。
對于雙組分或多組分膠,使用前應按規(guī)定比例,現(xiàn)用現(xiàn)配,根據(jù)適用期長短確定配膠量,用多少配多少,以免造成浪費。
對于自行配制的膠粘劑,應按已知配方計算正確,稱量準確,攪拌均勻。
配膠所用的器具必須干燥,未用的各組分膠切忌滲混。
5、涂膠:
就是將膠粘劑以適當?shù)姆椒ㄍ坎加诒徽澄锉砻娴牟僮鬟^程。
要得到理想的粘接強度,必須使膠粘劑很好地浸潤被粘物表面,否則任何孔隙都會形成應力集中,而降低粘接強度,這就要求正確涂膠。
對于熱熔膠,應用熱熔膠槍涂膠;
對于粉狀膠,可進行噴灑;
對于膠膜,應在溶劑未完全揮發(fā)之前貼上,滾壓或指壓;
對于液體、糊狀、膏狀膠粘劑,可用涂刷、噴膠、注膠、浸膠、刮膠、滾膠及漏膠等方法涂布。
其中,刷膠最普通,即用刷子或毛筆蘸取膠液涂布到被粘物表面,順著一個方向,不要往復,速度要快,以防帶進氣泡,盡量均勻一致。
厚度要適宜(0.05~0.50mm),一般來講,在保證不缺膠的情況下,膠層盡可能薄些。
涂膠量和涂膠遍數(shù),應視膠粘劑和被粘物不同而異:
它是影響粘接強度很重要的因素,一般抗剪強度是隨膠層的厚度減少而提高;剝離強度則相反。
涂膠遍數(shù)與膠粘劑的性質(zhì)和膠層厚度有關:
如對于無溶劑的環(huán)氧膠涂一遍即可;而多數(shù)有溶劑的膠粘劑都要涂2~3遍,頭遍膠盡量薄些,待溶劑揮發(fā)盡后,再涂下一遍膠。
對于多孔材料的粘接,要適當增加涂膠量和涂膠遍數(shù)。
如果能預熱被粘材料,采用熱涂膠,則粘接效果更好。
因為熱涂膠時,膠粘劑的粘度降低有利于浸潤,且流動性增加,易于滲入被粘物表面的縫隙微孔之中,能夠形成良好的界面接觸;
同時,也為形成化學鍵創(chuàng)造條件。
熱涂膠法,會使粘接強度大大提高。
若膠粘劑粘度過大,不僅不利于涂膠,而且不易浸潤、滲透、難以保證粘接性能,必須用適當?shù)娜軇┫♂尯笤龠M行涂膠。
就涂膠面而言,原則上每個被粘物表面都應均勻涂膠,以保證充分的浸潤。
但對于大面積、強度要求不高的粘接,也可采用點涂或線涂或點、線涂并用的方法來涂膠,這樣既省膠又省工。
6、晾置:
無溶劑的膠粘劑在涂膠之后,雖說可立即進行膠合,但最好在室溫中稍加晾置,這樣有利于排除空氣,流均膠層,增加粘性,然后再膠合。
有的無溶劑膠粘劑晾置是不可缺少的,如502膠必須晾置片刻,以吸收空氣中的微量水份,引發(fā)聚合,實現(xiàn)固化。
含溶劑的膠粘劑必須晾置一定時間,讓溶劑揮發(fā)完后再膠合,否則固化后膠層結構松散。因有氣孔而使粘接強度大大下降,導致發(fā)生脫膠。
不同類型的膠粘劑,不同種類的溶劑,不同溶劑的含量,其晾置的時間是不同的。
一般來講,在10~30min之間。晾置時間不宜過長,也不宜過短,長則膠層表面結膜,失去粘性,短則殘留溶劑,粘接強度下降。
晾置,均在室溫下進行,但有些膠粘劑在室溫晾置后,還要烘干,如酚醛-縮醛膠粘劑,在室溫晾置后還要在60~70℃下烘干。
晾置的環(huán)境濕度要低,無塵埃污染,空氣要流通,尤其是濕度,越低越好;
若不然,溶劑揮發(fā)后,表面溫度降低,空氣中的水汽會凝結于表面,對粘接強度十分不利。
但必須注意:切忌晾置過度,否則膠粘劑粘性會失去。
7、合攏:
又稱裝配、膠合或粘合,即將兩被粘物表面涂膠后,經(jīng)過適當晾置緊密貼合在一起,并對正位置。
對于無溶劑膠,合攏后最好來回搓動幾次,以增加接觸,排除空氣,調(diào)勻膠層;如發(fā)現(xiàn)缺膠或有縫,應及時補膠填縫,合攏之后壓出微量膠液為好。
對于橡膠型膠粘劑,合攏時應一次性對準位置,不可搓動,用圓棍壓或木錘打,然后壓平,排除空氣,使之緊密接觸。
8、清理:
在粘接過程中,難免會有些殘膠濺至被粘物的非粘接表面,這不僅外觀不好看,而且會影響裝配尺寸。
為了保證外觀和裝配順利,并減少固化后的清理難度,合攏后,固化前,應將殘留或多余的膠清除掉。
9、初固化:
也稱凝膠,就是將膠粘劑在室溫下放置一定時間,使其初步進行固化反應,增大粘度,以致凝膠,這對室溫固化的膠粘劑便是合二為一的事情。
而對高溫固化的膠粘劑,這一步也很重要,如果粘接、合攏后馬上進行加熱固化,膠液粘度會驟降,可能發(fā)生流膠,也可能使粘接位置錯動。
10、固化:
就是膠粘劑通過溶劑揮發(fā)、熔體冷卻、乳液凝聚等物理作用,或通過縮聚、加聚、交聯(lián)、接技等化學反應,使其膠層變?yōu)楣腆w的過程。
固化是獲得粘接性能的最后一步,對粘接強度影響極大。
在固化過程中,溫度、壓力、時間是固化工藝的3個重要參數(shù),每一參數(shù)的變化對粘接強度都有直接的影響。
不同的膠粘劑,要求固化的條件不同:
有的可室溫固化;有的要加溫固化;
有的需加壓固化;有的指壓即可固化;
有的瞬時即可固化;有的需很長時間才能固化;
有的需加溫、加壓才能固化。
每一種膠粘劑都有特定的固化溫度,溫度和固化時間又有一定的關系。
固化溫度高,需要時間短,反之則時間長。
但低于固化規(guī)定溫度,時間再長,固化過程也無法完成。
高于固化規(guī)定溫度,雖然固化時間縮短,但因固化速度太快,膠層變脆,粘接性能下降。
一般來說,低于室溫固化的膠粘劑,若條件允許,可加熱固化,不僅時間縮短,粘接強度提高,還會提高耐熱和耐老化性。
當然,加熱溫度不得超過該膠粘劑能承受的最高溫度。
加熱的方法可以用電烘箱、電吹風、干燥窯、紅外線、遠紅外、高頻電加熱等。
加熱固化的膠粘劑,最好分階段升溫。
固化后要緩慢降溫冷卻,盡量減少因溫度變化所產(chǎn)生的內(nèi)應力,以防止變形,這對薄形被粘物或線膨脹系數(shù)相差較大的被粘物尤重要。
固化時施加一定的壓力,對所有膠粘劑都是必要的。
因為加壓有利于膠粘劑的擴散滲透,與被粘物緊密接觸,有助于排除氣體、水份、避免產(chǎn)生氣泡,使膠層均勻及被粘物位置固定。
壓力的大小與膠粘劑的種類有關,如環(huán)氧膠粘劑,只要求接觸壓力即可;
酚醛樹脂膠粘劑或用其成分的改性膠粘劑則至少需要0.3MPa的壓力。
加壓時用專門工具,加壓方法有錘壓、滾壓、機械壓力、液壓機及真空加壓等。
加壓適當,均勻,壓力太小不起作用;太大會擠出膠液,造成缺膠而降低粘接強度。
加壓時最好逐步增壓,開始時因膠粘劑粘度較低,壓力可低一點,然后再逐漸升至規(guī)定的壓力。
無論是靠化學反應還是物理反應來完成膠層的固化,都需要一定的時間。
用于膠粘劑的種類不同,所需的時間差異很大,況且升高溫度、增加壓力都會使固化時間縮短。
為了固化完全,得到最大的粘接強度,必須保證有足夠的固化時間。
總之,無論哪一種膠粘劑,都要根據(jù)其最佳固化條件來進行固化,才能得到最大的粘接強度。
11、后固化:
又稱熱處理,是固化后的粘接件,放在一定的溫度下,保持一定的時間,以起到補充固化的作用。
這樣做可消除內(nèi)應力,提高粘接強度。
對于使用條件要求高的粘接件,一定要進行后固化。
12、檢查:
對于固化后的粘接件,應進行一次全面檢查。
首先,是看膠粘劑是否固化完全;
其次,是輕敲后是否會脫開,并觀察有無裂縫、氣孔和缺膠;
再就是,注意位置有無錯誤,還可以進行密封性檢查;
對于大面積和大型制件的粘接,應用X線或超聲波進行無損探傷;
對于大批量的粘接件,應進行抽檢,作破壞性試驗,并實測粘接強度,以檢查是否牢固可靠。
13、加工:
有的粘接件,如機床導軌拉傷后進行的粘接,在其粘接固化后,還要根據(jù)技術要求進行機械加工。
綜上所述:
雖然粘接工藝比較簡單,但卻相當重要。
例如同樣的粘接工作,有的成功了,有的失敗了,根本原因就在于具體工藝上的差別。
因此,粘接工藝的合理與否,往往是粘接成敗的關鍵。
總之:要獲得牢固的粘接,
首先,是確定粘接接頭的型式;
其次,是選定膠粘劑的品種;
再次,是施行正確的粘接操作。
三者必須兼顧配合,不可偏廢。