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[组图]黏合剂和密封胶湿固化机制(中)         
黏合剂和密封胶湿固化机制(中)
作者:佚名 文章来源:本站原创 点击数: 更新时间:2005-10-24 23:52:26

 

 

 

 

 

 

 

 





 

通常,空气中和黏接表面的环境湿度在几秒钟固化是足够的,部件被快速黏结。操作时间取决于黏合剂种类,周围环境温度和相对湿度,物质表面特性(pH 和吸附水量)。

最理想的黏接条件是室温条件下环境相对湿度40%60%。低湿度固化慢;高湿度固化快,加速固化可能引起低黏结强度降低。图23说明相对湿度对氰基丙烯酸酯黏合剂固化时间的影响。


Figure 3: Curing of cyanoacrylate adhesives as a function of relative humidity. 3

为了达到快速固化,很薄的黏结膜或零缝隙"zero-gap"是最好条件。既然水作为固化机理起始者,在厚的黏结膜中湿气穿透对黏结中间部分可能被阻止。因此需要有足够的黏合剂填充在接缝中,氰基丙烯酸酯黏合剂只需要涂在一个表面上。

氰基丙烯酸酯黏合剂固化加速剂有冠醚、聚乙二醇低聚物、杯芳烃[2]。在早期加速剂一般为碳酸盐。现代加速剂包含有一定数量的有机和无机碱,一般溶剂作为载体使用。通常加速剂被喷射在一个表面,而黏合剂被涂在另一个表面上。防止加速剂对黏合剂固化,黏合部件是成对的。多余的黏合剂(比如黏合剂过量或用于金属固定黏合剂)一般在几秒钟固化在这种情况下,加速剂被直接喷射在液体氰基丙烯酸酯黏合剂上。

表面处理剂(primer)或加速剂(accelerator)一般使用在酸性表面或不吸水表面或无氢氧根离子(比如很多塑料和热塑体材料)。当使用一种或多种表面黏结时将加速氰基丙烯酸酯黏合剂固化。

表面处理剂一般制成己烷、丙酮或异丙醇溶液,很多生产厂家为他们的黏合剂提供合适的加速剂,推荐特殊化合物用于更多黏结应用。

不使用表面处理剂,酸性表面固化可能被延迟或阻止固化,反更多的碱性表面加速固化。因此人体组织用氰基丙烯酸酯黏合剂可以快速黏结,不仅由于水的存在,而且也有氨基酸存在。这些性能引起人们在很多外科和牙科领域使用氰基丙烯酸酯黏合剂。

氰基丙烯酸酯黏合剂一般为含乙基或甲基氰基丙烯酸酯单体,可以提供显著性质。在基层表面氰基丙烯酸酯黏合剂有刺激性气味和白化(变白)现象,高烷基衍生物如n-己基 解决了这些问题但降低了黏合剂性能。氰基丙烯酸酯黏合剂经过改良可以提高韧性和剥离强度。除了低黏度液体黏合剂,凝胶状氰基丙烯酸酯黏合剂也是非常有用的。在氰基丙烯酸酯黏合剂化学配方中有用的和感兴趣的是对多孔性材料黏结,如木材,皮革,陶瓷,织物。在DIY(自己动手做do-it-yourself)市场有显著用处。

硅树脂 Silicones

湿固化硅酮黏合剂和密封胶依靠水发生化学反应,在室温条件下与湿气反应发生胶联,因此被称做RTV(室温硬化)硅酮胶。与氰基丙烯酸酯黏合剂用水压制稳定剂发生离子聚合相比,硅酮胶使用水分子做交联剂。这意味着湿气必须迁移进硅酮胶内部,发生胶联,一个水分子可以结束一个链反应。硅酮胶反应的官能团必须是醋酸基、醇基和ketoxime。当水同封端官能团反应,放出副产物。由于化学反应类型不同,副产物可能是酸性(如醋酸),碱性(如氨)或中性(如醇或oxime )。在各自反应中首先水解生成硅醇,接着双分子反应浓缩,产生硅烷链。乙酰基封端的RTV硅酮密封胶反应顺序见图4


Figure 4: Reaction of Acetoxy Silicone with Moisture in One Component RTV Sealants. 2

与氰基丙烯酸酯黏合剂相似,硅酮黏合剂和密封胶开始固化速度依靠相对湿度,由于固化机制特点,硅酮胶胶结线硬化是从外部到内部。由于湿气需要渗透到交联位置,固化深度受到限制。如果要求深度超过1015㎜,需要使用双组分室温固化硅酮胶。在很多应用领域,快速固化是有利的。它能提供快速强度发展,在天气或其它因素影响密封表面前发生固化,快速结皮可以缩短加工时间。湿固化RTV硅酮胶被广泛用做密封胶,它们在应用领域已经使用很多年,从do-it-yourself 玻璃缸到高性能的汽车和结构密封胶。不同模数RTV硅酮密封胶配方见表2

Raw Materials, Percent

Insulating Glass, Structural Glazing

High Modulus

Medium Modulus

Low Modulus

Silicone polymers

80-85

80-85

60-80

45-55

Fumed Silica

10-15

6-10

2-5

 

Plasticizer

 

 

5-20

 

Calcium carbonate

 

 

20-30

45-50

Silanes

5-7

5-7

5-7

5-7

Miscellaneous

3-5

3-5

3-5

3-5

Properties:

 

 

 

 

Hardness, Shore A

45-55

35-45

25-35

10-15

Tensile strength, psi

140

120

100

30

Elongation, %

85

140

250

1000+

Table 2: Sealant Formulation for Various Modulus Sealants 4

高模数密封胶是乙酰基封端,尽管它们使用范围很广,已经逐渐被中模量和低模量、对表面不腐蚀的产品所取代。现已有了很大发展,使用或不使用处理剂,对很多材质都能黏结。今天更多的结构级硅酮密封胶采用乙醇或oxime 封端(+/50%)。它们耐热性、耐水性和抗UV性非常好。除了高成本外,硅酮密封胶很少有缺点。他们使用期预计2030年或更多。表3 给出硅酮密封胶的一些优点和缺点。

Advantages

Disadvantages

  • One or two component formulations
  • Available in colors, and good color stability
  • High temperature resistance
  • Low temperature applications qualities
  • Excellent UV resistance
  • High recovery
  • Little shrinkage
  • Excellent movement capability
  • Excellent fire resistance
  • Long durability over 20 years
  • Cost
  • Limited colors in single component
  • Dirt pickup
  • Poor tear resistance
  • Some odor, corrosion problems with acetoxy type
  • Short tooling time because of skin formation
  • Primer required with some substrates (concrete)

Table 3: Advantages and Disadvantages of One Component, Moisture Curing Silicone Sealants

近来对于RTV硅酮密封胶有利条件在黏合剂方面使用同密封胶一样好。这些发生在填充促进领域, 硅酮黏合剂有了很高程度韧性和耐高温性(短期可达350°C ),硅酮黏合剂原料相对高的蒸气压在胶接点很容易湿气固化。最新发展集中在RTVs.光和湿气固化方面5,6 。在光照下快速固定和安装;慢者在使用湿固化时间超过72小时。汽车灯的黏结和密封就是新硅酮黏合剂众多应用例之一。


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