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              1. 技術資料

                復合材料粘接方法

                一.復合材料
                    所謂復合材料是用各種方法把物理上、化學上性質不同的材料合為一體;彌補各種材材的缺點,取得優越性能的材料總稱。
                    復合材料由于素材的種類和組合不同,有無數的種類,一般講,有用物理化學方面進行復合的物質,例如:玻璃鋼、無機質填料的塑料、無機質和有機質組合的填充塑料、塑料和金屬的組合等。
                二、復合材料的粘接方法
                    以下就代表性組合塑料復合材料的粘接作簡單地介紹。
                (一).泡沫塑料和金屬夾心板及其粘接    
                近年來,以泡沫塑料為芯材、金屬板為表面板的多層結構板,在建筑、運輸機上以及冷凍裝置等方面使用量迅速擴大,芯材多采用聚苯乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯或酚醛樹脂等的發泡體。其中以聚苯乙烯泡沫塑料采用得較廣泛。聚苯乙烯泡沫塑料具有良好的絕熱性、耐水性、耐水蒸汽透過性,在低密度時具有高的強度而且價格低廉。鋁合金板是多層結構板較理想的板面材料。
                    鋁-聚苯乙烯泡沫-鋁組成的多層結構板具有強度高、質輕以及良好的絕熱性等特點,又因為可用粘接劑簡單地組合所以按廣泛地采用在冷藏庫、工作臺面、屏壁、活動式冷凍機的門、移動房屋等方面。
                    用于這類多層結構板的膠粘劑有:熱固性環氧系膠粘劑、再生橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠系膠粘劑以及熱塑性聚氨酯系膠粘劑。
                    環氧系膠粘劑適用于剛性芯材,但因固化速度較慢,不適于高速生產。
                    再生橡膠系膠粘劑在高溫下的耐老化性和耐水性比其它膠粘劑差。丁苯橡膠系比再生橡膠的耐水性好,但比丁腈橡膠和氯丁橡膠系膠粘劑差。
                    丁腈系膠粘劑的耐老化性和耐水性能非常優越。
                    氯丁系膠粘劑在高溫環境中反復暴露時,其性能幾乎無惡化,對水的耐性也甚好,即使在低壓下粘接也只有相當大的耐高溫性。又因該系膠粘劑具有優越的耐紫外線、臭氧、酸、油、堿、脂肪族碳化氫等的性能,所以把氯丁系膠粘劑作為以泡沫塑料為芯材的多層復合板的膠粘劑較合適。
                    聚氨酯系膠粘劑、丁腈橡膠系膠粘劑,在該類多層復合板中常常采用。下表列出該類多層結構復合板常用的膠粘劑。

                泡沫塑料

                被粘物

                膠粘劑

                醋酸纖維素

                醋酸纖維素、金屬、熱固性塑料

                環氧樹脂+聚酰胺
                環氧樹脂+填料+脂肪胺
                聚醋酸乙烯改性環氧樹脂+脂肪胺

                 

                聚苯乙烯

                聚苯乙烯、金屬、復合板、膠合板、木材、紙張、織物

                環氧樹脂+聚酰胺
                環氧樹脂+脂肪胺
                聚醋酸乙烯改性環氧樹脂
                乙烯-酚醛
                再生橡膠
                丁苯橡膠

                 

                軟質聚氨酯

                金屬

                丁腈橡膠

                 

                硬質聚氨酯

                硬質聚氨酯、金屬、熱固性塑料

                環氧樹脂+聚酰胺
                環氧樹脂+填料+脂肪胺
                聚醋酸乙烯改性環氧樹脂+脂肪胺

                 

                1.鋁-聚苯乙烯泡沫塑料-鋁夾心復合板
                聚苯乙烯泡沫塑料的粘接方法和膠粘劑的選擇與聚苯乙烯的性質有關。

                (1)粘接聚苯乙烯泡沫塑料的注意事項
                ①溶劑型膠粘劑所含的有機溶劑會侵蝕聚苯乙烯泡沫塑料。
                ②因為用聚苯乙烯泡沫塑料作芯材,其表面凹凸不干,所以,要形成連續的皮膜較困難。
                ③膠粘劑的再活性溫度,會使聚苯乙烯泡沫體破壞。
                (2)膠粘劑必須具備的性質
                ①易于使用噴涂或者輥筒操作。
                ②對聚苯乙烯泡沫塑料直接涂敷時,順注意溶劑配合的時間,膠粘劑中不能含有溶劑,以防止對聚苯乙烯泡沫塑料的侵蝕。
                ③適合于輥簡或壓機的加壓操作。
                ④粘接后把鋁板連續剝下,聚苯乙烯應為均勻的破壞,并具有切期粘接強度。
                ⑤熱活性溫度低,對聚苯乙烯不應有損傷。
                ⑥對金屬和聚苯乙烯均有粘接力。
                ⑦使用時溫度在75℃左右,不產生過度的蠕變。
                ⑧暴露在50℃,相對濕度100%的環境下,不腐蝕金屬。
                (3)膠粘劑及粘接方法
                用輥筒或自動噴霧器把膠粘劑涂敷在金屬板上,涂膜通過干燥箱使其干燥,然后把芯材放在二塊金屬板之間進行熱合。環氧膠粘劑用壓機加壓,溶劑型膠粘劑用輥簡加壓,熱源都可采用水熱器。
                2.鋼-—聚苯乙烯泡沫塑料—鋼夾心復合板
                聚苯乙烯泡沫塑料為芯材和以鋼材為面板的粘接,多用再生橡膠系膠粘劑,將兩者粘接面薄薄地涂效一層膠粘劑后干燥,當表面具有很好的粘接住后將其重疊用器具夾緊,這種多層結構板多用于建筑的墻壁。
                3.鋼-軟質聚氨酯泡沫-鋼夾心復合板
                這種多層結構板最初使用氯丁橡膠膠拈劑進行粘接,粘接后位置不易修正,改用室溫固化性環氧樹脂膠粘劑粘接,效果較好。該種板多用作冷凍設備的外殼板。
                4.泡沫塑料和乙烯板或膠合板的夾心復合板
                這種多層結構板,可作為屋頂、培壁、地板的材料,該材料是在15cm的聚苯乙烯泡沫塑料功兩側分別粘合2.4mm的聚氯乙烯板(外側)和9.5mm厚的膠合板(內側)。墻壁材料是在厚度為10cm聚苯乙烯泡沫板的兩側粘合膠合板。地板是用厚度為15cm的聚苯乙烯泡沫塑料板,在兩側粘合2cm厚的膠合板材料。制造這類材料,常使用快干的合成橡膠膠粘劑,可在-35~120℃的溫度下使用,能夠迅速干燥,不需要晾置而且可以任意調節粘接位置。
                (二).硬質聚苯乙烯烯泡塑料與ABS塑料夾心復合扳    
                這種夾心板的組合,過去使用溶劑型膠粘劑,由于溶劑對兩面塑料都有損傷,廢品率大,粘接的時間長,所以—般效率不高。最近美國板制造廠,使用新的聚氯丁烯泥灰,解決了這個問題,這種膠粘劑的特點,是使用了特別的溶劑,可以進行噴霧干燥。即當膠粘劑到達被粘體的表面之前,溶劑幾乎部已蒸發,所以對粘粘體(聚苯乙烯泡沫塑料),不會損傷。
                (三)塑料層壓板和金屬板的復合粘接
                制造塑料層壓板和金屬板的復合板的方法有兩種,一種是把固化成型的層壓板和金屬板粘接,組合成復合板。另一種是將金屬板與末固化的層壓板一起固化、粘接而成型為一體。
                前者是二次粘合,應選擇平整沒有翹曲的材料,而且材料必須進行表面處理。由于是已成型的層壓板,一般在加熱后有翹曲的傾向,使用室溫固化的膠粘劑。如果層壓板保存時由于溫濕度的變化和成型時的機械加土而產生變形的情況,粘接前必須整形,使得和全屆板保持緊密接觸。若不早修整時,可采用熱固性膠粘劑,使用的膠粘劑可參考下,并根據用途和使用的溫度進行選擇。

                塑料

                用途

                使用溫度,℃

                膠粘劑

                醇酸樹脂
                鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂
                環氧樹脂
                三聚氰胺樹脂
                酚醛樹脂
                聚酯樹脂

                電氣用

                93

                環氧樹脂+芳胺
                環氧樹脂+酰胺+玻纖
                環氧樹脂+芳胺+玻纖
                環氧樹脂+芳胺+無機填料
                環氧樹脂+玻纖+酸酐
                聚乙烯醇縮醛-苯酚

                79

                環氧樹脂+脂肪胺+無機填料
                環氧樹脂+脂肪胺



                121

                丁腈-酚醛樹脂

                93

                聚乙烯醇羧醛-酚醛

                79

                環氧樹脂+芳胺+玻纖
                聚醋酸乙烯改性環氧樹脂+芳胺
                聚醋酸乙烯改性環氧樹脂+芳胺+玻纖+無機填料

                66

                環氧樹脂+芳胺+無機填料
                環氧樹脂+脂肪胺
                聚醋酸乙烯改性環氧樹脂+芳胺

                52

                環氧樹脂+聚酰胺
                聚硫橡膠改性環氧樹脂+叔胺

                非結構用

                 

                氯丁橡膠

                銅箔用

                 

                聚乙烯醇縮醛-酚醛
                丁腈-酚醛

                因為塑料層壓板縱橫向的膨脹系數不同,兩面層壓時必須注意,加壓時壓力應適當。過大的壓力會損傷表面光澤,產生不均勻的收縮;過小的壓力,會膠粘接強度降低。所以一般壓力在0.5~0.55MPa較為適宜。
                必須在整個粘接面均勻施加壓力。粘接這類板材時,常用壓敏膠粘劑。使用壓敏膠粘劑時,在粘接的兩面都應均勻涂敷,粘接前徐膜必須干燥,如果有殘留溶劑,就不能得到壓敏膠粘劑特有的早期強度。這類膠粘劑的缺點是耐熱性差,因此在使用前應添加適當的固化劑。例如加入二異氰酸酯就可克服耐熱性差的缺點。
                第二種方法在裝飾板上進行多層復合板的層壓時,固化和粘接同時進行,由于固化時塑料和金屬的膨脹,收縮率的差異,使用時歷受負荷及環境條件等也不同,要選擇好膠粘劑是較困難的,一般采用環氧樹脂膠粘劑。普通的環氧樹脂膠粘劑在,50℃的固化溫度下有顯著的流動性,會產生缺膠的傾向。因此采用薄膜膠粘劑較好,當然也要避免選用那些在加熱后膨脹或發泡的品種。為了減少內應力應選擇塑料層壓板和金屬的熱膨膚系數與膠粘劑的熱膨脹系數盡量接近。
                實際上這種方法本身,在膠粘劑層內應力的產生是不可避免的,為了盡可能限制在最小范圍內,這種方法所使用的膠粘劑的固化溫度,必須比層壓物的固化溫度高。
                (四)包裝用復合薄膜
                    柔軟性包裝材料,過去主要是紙、玻璃紙和鋁箔的復合品。第二次世界大戰以后,出現了塑料薄膜與塑料薄膜、塑料薄膜與鋁箔的復合品或者多層薄膜。由兩種不同薄膜基材制成復合薄膜,能使每種基材的優良性能結合于新材料中。而且,在較佳情況下還能克服每種基材的某些不足性能。復合薄膜具有良好的防潮、防水、耐油、耐熱、氣密等優點??勺鳛樗偃懿?、速溶咖啡、奶酪、藥品、干燥食品、冷凍食品、糕點、糖果、肉食品、奶粉等的包裝材料,具有保護、保存等多種功能。
                1.復合薄膜的組成
                    復合薄膜的組成是多種多樣的。它的構成是根據各素材的特性,由適當的外層材和內層材組合,外層主要是紙、玻璃、鋁箔等具有良好耐熱性尺寸穩定性和印刷性能的材料。內層材主要是聚乙烯、聚丙烯、軟聚氯乙烯等具有出色的熱封性和衛生性材料。此外具有較高強度的各種拉伸薄膜(聚酯、聚丙烯、尼龍等)、聚碳酸酯、醋酸纖維素、聚聚氯乙烯等也可供作外層材料。   
                復合薄膜廣適用于食品包羨。食品包裝復合薄膜用的膠粘劑應具備下列條件:    
                ①完全無臭無味
                ②在食品衛生方面不合有害的萃取物。
                ③耐寒、耐溫性好,層壓時耐100℃,熱封耐200℃,貯存時耐0℃以下。
                ④受日光照射不會產生發黃
                ⑤富有柔軟性。
                ⑥不會卷曲或溝狀剝離  
                ⑦良好的耐油、耐堿和耐醋酸性。
                ⑧適宜于照相凹板、凸板的印刷。
                ⑨表面對油墨的粘接性好,不引起油墨發黃、
                2.復合薄膜層壓法復合薄膜層壓方法大致分為濕法層壓、干法層壓、熱熔層壓、共擠層壓、擠復層壓五種。各種層壓方法簡要介紹如下。
                (1)濕法層壓
                濕法層壓是將水基膠粘劑涂敷在一粘接面上浸潤后與另一粘接面對合上,通過壓緊輥簡壓緊干燥即成。 濕法層壓用膠粘劑主要有淀粉、酪酛、聚乙烯醇、硅酸鈉等水溶液,以及聚醋酸乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酸酯等乳液、天然橡膠、丁基橡膠、聚異丁烯等橡膠乳膠。    
                濕法層壓由于膠粘劑是含水的,粘合膜要經過干燥,因此被粘物至少要有一層是像紙張、織物或破璃紙等透水的物質。
                (2)干法層壓
                干法層壓是先將第一塊基材涂上膠粘劑,通過敞開干燥,合上第二決基材,在加熱下加壓而制成。它是紙張、鋁箔、塑料薄膜等組合層壓的重要方法,尤其適用于同種或異種塑料薄膜的層壓。如聚酯/聚乙烯、尼龍/聚乙烯、聚丙烯聚乙烯、聚酯/鋁箔/聚乙烯、玻璃紙/鋁箔/聚乙烯的復合薄膜。
                干法層壓的膠粘劑多采用雙組分的熱固性樹脂和丙烯酸樹脂、環氧樹脂、聚氨酯等,但丙烯酸樹脂耐熱性不夠理想,環氧樹脂太脆,聚氨酯耐熱性好、剝離強度高,尤其是聚酯型聚氨酯應用得為普遍。
                (1)熱熔層壓   
                熱熔層壓是將熔融狀態的膠粘劑涂敷在第一基材表面上,直接與第二基材對合,通過冷卻輥簡,實現了粘接。膠粘劑一般采用照相凹版輥筒或浸漬的方法進行涂敷。
                適于熱熔層壓的膠粘劑有:乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、聚異丁烯、聚丁二烯、石油樹脂等改性蠟類熱熔膠粘劑。
                (4)共擠層壓
                共擠層壓是兩合以上的塑料吹塑時,利用多孔機頭,通過共同擠出,將尚處于熔融態的不同基料層壓為一體。 這一方法不需要膠粘劑,只有分子結構相同或相似的塑料之間才能實現熔合,如高密度聚乙烯/低密度聚乙烯、高密度聚乙烯/中密度聚乙烯/低密度聚乙烯間的復合或乙烯丙烯共聚物/聚乙烯的復合等。當兩種塑料的分子結構差異較大時,就必須加入第三種能與兩者具有親和力的材料作為膠粘層,才能實現熔合,如尼龍/聚乙烯復合時,須以離子型樹脂作為膠粘層。
                (5)擠復層壓
                擠復層壓是把第二種材料如聚乙烯、聚丙烯或尼龍等,通過擠出機的T型機頭擠出熔融狀態的薄膜徐覆在另一個已經定型的薄膜狀物體上,使之層壓成一體,這種方法不用膠粘劑,但是二種基材中必須有一種是熱塑性塑料薄膜,如鋁箔/塑料、織物/塑料、紙張/塑料.塑料/塑料等。
                為了提高層壓粘合性能,必須對粘粘合的基樹薄膜進行打底處理,使用的底漆(也稱固定劑),一股為烷基鈦酸鹽溶于己烷的稀溶液,被粘面涂敷烷基鈦酸鹽之后,由于空氣中水分而水解,形成氧化鈦的皮股,增大粘接性。烷基鈦酸鹽法適于聚乙烯與紙、玻璃紙、鋁箔的層壓。烷基鈦酸鹽的濃度根據材料不同而異,對紙和鋁箔為2%,對玻璃紙、乙烯薄膜、醋酸纖維素等含增塑劑較多的材料為5.1%較適當。煮沸用薄膜,特別是要求耐水耐溫時,使用雙組分聚氨酯膠粘劑,提高加熱干燥的溫度使其反應。
                聚酯、尼龍、聚丙烯作為被粘合基材時,須進行電暈放電處理,而且與聚氨酯、聚乙烯、亞胺、環氧樹脂的溶液相配合進行擠復層壓。


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