结构胶是指在预定时间内,在使用环境中能承受相当的力,并具有与被粘物相匹配的强度和较长的使用寿命,多用于黏接受力工程结构件的胶黏剂。20世纪40年代,在飞机上开始应用胶接结构。到了70年代,以
美国为代表的航空强国将耐久金属胶结结构应用于飞机主承力结构。90年代,发展应用了
复合材料胶结结构,结构胶黏剂发展迅速。1983年由中科院大连化物所联合辽宁建科院共同研制出中国第一个实用的
建筑结构环氧型胶黏剂,并且达到了进口胶的水平。
结构胶具有优良的耐热性、耐介质、耐大气老化、耐震动疲劳、耐冲击、低的
蠕变和高的持久强度等特点。结构胶黏剂包括
环氧胶、聚氨胶、
丙烯酸酯胶、厌氧胶、
有机硅化物等,可不用
溶剂,通常都能在室温下通过化学反应而
固化。结构胶黏剂在航空航天军工工业、
工程技术、建筑行业等领域获得推广应用。室温固化
结构胶粘剂是结构胶粘剂发展的主要方向之一,因为它符合世界胶粘剂工业的发展方向:节能、无公害、低成本、高性能。耐高温结构胶粘剂在许多高技术领域,如航空航天、电子、汽车和机械制造工业等领域中得到了广泛的应用。
简史
结构胶粘剂的发展已有半个多世纪的历史,社会发展对航空航天工业的高要求一直是推动现代胶接技术和结构胶粘剂发展的主要动力,结构胶粘剂也是伴随着航空航天高新技术的发展而发展的。在20世纪40年代,在飞机上开始应用胶接结构。70年代,以
美国为代表的航空强国将耐久金属胶结结构应用于飞机主承力结构。90年代,发展应用了
复合材料胶结结构,结构胶黏剂发展迅速。
20世纪五六十年代,美国将环氧树脂结构胶应用于公路、桥梁、机场跑道等工程中。70年代,各类性能优良的
建筑结构胶黏剂相继出现并进入市场。此后建筑结构胶黏剂的应用越来越广泛。1983年由中科院大连化物所联合辽宁建科院共同研制出中国第一个实用的建筑结构
环氧型胶黏剂,并且达到了进口胶的水平。由于使用效果良好,得到建筑设计、施工、使用单位一致认可。
性能特点
结构胶黏剂大多以具有三向交联结构的热固性树脂为主体,配以
固化剂、热塑性树脂或橡胶型增韧剂等组分,有的还加填料、
溶剂、稀释剂、
偶联剂、固化
促进剂和抗热
氧化剂等。胶黏剂的性能主要取决于这些组分的结构、配比及其相容性。结构胶黏剂具有优良的耐热性、耐介质、耐大气老化、耐震动疲劳、耐冲击、低的
蠕变和高的持久强度等特点。
生产工艺
以建筑结构胶为例说明
原料选用
专用建筑结构胶选用易得的环氧树脂 (618/0164)、环氧稀释剂、改性固化剂为主要原料,其中采用环氧树脂(618/0164) 制作的灌封料具有优异的机械性、耐化学药品性选用环氧稀释剂,赋予产品流动性,使操作方便。选用改性
固化剂使产品具有低毒、柔韧性佳等特点。其次合理选用助剂经过反复比较试验,确定了固化剂的选用标准及产地,使结构胶具有特定性能。通过以上各种原材料的选定,使专用建筑结构胶具有良好的综合性能。
配方确定
原料配比确定
进行了环氧树脂(618/0164)、环氧稀释剂、改性固化剂的配比试验。通过多批次试验的结果,并经优化组合,最终确定了原料配比。
工艺条件试验
通过多批次反复试验,确定了专用建筑结构胶 A 料混合温度为 60°C~80C;B料混合温度为 40C~60C;定为最佳条件。
扩大生产试验
通过小试优化组合试验及工艺条件,设备条件的优化选择确定了扩大试生产配比及工艺参数,并用此配方进行数批扩大试生产。
安全可行性
专用建筑结构胶就其生产形式而言,属于一般化工金式反应。无需高温、高压反应,其生产方法与一般的胶粘剂生产方法大致相似。
废水处理可行性
专用建筑结构胶生产过程,为物理混合过程,整个过程无废水产生。
工艺流程
A 组份
加热
ep、稀释剂混合 (60
--80
°C)过滤包装成品
B 组份
加热
固化剂、助剂混合 (40-60°C) 过滤包装成品
基本分类
结构胶黏剂包括
环氧胶、
聚氨酯胶、
丙烯酸酯胶、厌氧胶、
有机硅化物等,上述胶种多属反应型,可不用
溶剂,通常都能在室温下通过化学反应而
固化。
环氧胶
环氧胶属于高强度、高韧性的结构胶,可在-60~120C 温度下使用。可用于胶接
不锈钢 、
碳钢、铜铝等各利
金属材料。
聚氨酯胶
聚氨醋胶粘剂与很多
有机化合物相溶性良好:胶粘剂能在不同胶粘物(如橡胶与金属)之间形成紧密的软-硬过渡层,这种黏合内应力小,耐疲劳,使用时间长。这类胶粘剂耐老化,低温强度优异,在耐低温粘胶剂中它的性能突出。聚氨醋胶粘剂开始主要用于橡胶与金属之间和织物的黏合,在制鞋工业中应用很多现已广泛应用于粘接金属、玻璃钢、玻璃、木材、塑料、皮革、陶瓷、织物等。聚氨醋胶粘剂可分为多异氰酸醋型、预聚体型和端封型等三大类型。
丙烯酸酯胶
丙烯酸醋胶黏剂是以各种类型的丙烯酸脂为基料,经化学反应制成的胶黏剂,具有易合成,耐久性好低温性能好,透明性好,基本上无毒和无环境污染,制造及储运时无火灾危险,黏结面广,黏结性能好等特点而受到重视。
厌氧胶
厌氧胶黏剂简称厌氧胶,是利用氧对
自由基阻聚原理制成的单组分密封粘合剂,既可用于粘接,又能进行密封。当涂胶面与空气隔绝并在
催化情况下便能在室温快速聚合而
固化。
有机硅胶
有机硅胶具不仅作为航空、尖端技术、军事技术部门的特种材料使用,而且也用于
国民经济各部门,其应用范围已扩到纺织、汽车、机械、皮革
造纸、化工轻工、金属和油漆、医药医疗等行业。
应用领域
航天工业
结构胶黏剂广泛应用于航空航天工业中,常见的结构胶黏剂有
酚醛型、
环氧型、双马树脂型和酸酯型胶黏剂,以环氧型胶黏剂应用最广。采用结构胶黏剂的胶结已与焊接、机械连接(铆接、螺接)并列成为现代
航空器制造的三类主要连接技术。
军工航空工业
胶结蜂窝夹层结构、金壁板胶结结构、胶铆胶焊结构、胶结及
螺栓复合连接结构广泛应用于
歼击机、
战略轰炸机、
战略运输机、民用
客机、直升机。
有机高分子化合物树脂基复合材料实际上是黏结技术的发展,纤维铝合金复合层板(基于
芳香族聚酰胺纤维的复合层板称为ARALL结构,基于
玻璃钢的复合层板称为GLARE结构)在
军用飞机和民用飞机上得到了推广应用。这些复合层板从形式上和板-板胶胶结结构是一致的。国际先进水平的
复合材料胶结用结构胶黏剂体系、胶结工艺及胶结修补等已经达到相当成熟可靠的状态。
工业技术部门
结构胶黏剂可用于金属、陶瓷、塑料、橡胶、木材等同种材料或者不同种材料之间的黏结。主要用于结构件的加固、锚固、黏结、修补等,如粘钢、粘
碳纤维、植筋、裂缝补强、密封、孔洞修补、道钉粘贴、表面防护、混凝土黏结等,结合面
应力分布均匀,对零件无热影响和变形,在机械制造和高速运载工具(如飞机、火箭、
导弹)制造等现代工业技术部门中应用广泛。
建筑行业
建筑结构胶黏剂是重要的化学建材之一,它们广泛应用于施工、装修、密封和结构粘接等领域中。建筑结构胶黏剂应用于各类建筑物、结构及构件,对其进行加固、补强、修复、黏结,且具有较高黏结强度及良好综合性能的新型胶种,称之为建筑结构胶黏剂(简称建筑结构胶)。在建筑施工中,应用建筑结构胶黏剂对各类构件进行黏结、加固或修补。结构胶的强度大大超过混凝土的强度,其黏结性能也很好,耐水、耐介质、耐老化性能优良,能满足各种要求。
发展趋势
室温固化结构胶粘剂
室温
固化结构胶粘剂是结构胶粘剂发展的主要方向之一,因为它符合世界胶粘剂工业的发展方向:节能、无公害、低成本、高性能。环氧胶粘剂由于具有固化时挥发物少,收缩率小,胶接强度高,配制容易,工艺简单,耐环境老化及电性能优异等优点,在合成胶粘剂中占有重要地位。室温固化环氧胶因其不仅可以降低胶粘剂的使用成本,而且可以简化施工过程,特别适用于大型设备的修理,
建筑结构的加固补强,
复合材料的胶接以及航空、航天、汽车、轮船、电子及体育器材等的胶接,所以已引起人们广泛的关注,同时由于节能和使用方便的要求也使发展室温固化环氧胶粘剂具有极为重要的意义。
高温固化结构胶粘剂
优良的高温固化结构胶粘剂是21世纪宇航器飞行器制造不可缺少的重要材料,今后的发展方向是增加品种,并实现系列化、配套化,进一步提高强度、耐热性、韧性、耐久性、耐高温等性能,使之能用于隐身结构、消音结构、阻尼结构。
耐高温结构胶粘剂
耐高温结构胶粘剂在许多高技术领域中得到了广泛的应用。而在航空、航天、电子、汽车和机械制造工业等技术领域对胶粘剂耐高温性的要求愈来愈高。许多航天器的零部件,汽车、坦克、装甲车中应用的密封圈、耐磨件的制备中耐高温胶粘剂也是重要的材料之一。