获得合适的胶粘剂来连接塑料部件

塑料是日常生活中不可或缺的一部分。从包装机和汽车到消费电子产品和医疗设备，无所不包。工程师们欣赏它们的耐用性、令人愉悦的外观和它们提供的设计灵活性。

但是，为了充分利用塑料，制造商和工程师必须知道如何高效、持久地将塑料部件加工成完整的组件。通常情况下，这意味着转向胶粘剂。

胶粘剂优势

无论是将塑料粘接到塑料还是其他材料上，与其他连接方法相比，胶粘剂都具有多项优势。它们将负载均匀地分布在广阔的区域上，从而减少了接头上的应力。它们应用在关节内部，因此如果使用得当，它们不会被看到。胶粘剂可抵抗弯曲和振动应力，并形成密封和粘合，从而保护接头免受腐蚀。

胶粘剂也比机械或热紧固更容易连接不规则形状的表面;几乎不改变组件重量、零件尺寸或几何形状;并快速轻松地粘接不同的基材以及热敏材料。它们也可以使用自动化设备进行应用。

它们确实有局限性。胶粘剂需要凝固和固化时间，即胶粘剂完全固定和固化所需的时间。在组装之前，它们还需要进行一些表面处理。如果塑料部件的多组件组件会被反复拆解和重新组装，那么它们可能不是将塑料部件的多组件组装在一起的最佳紧固和连接选项。

在确定适合应用的最佳胶粘剂时，很大程度上取决于基材。塑料大致分为热固性材料或热塑性塑料。热固性塑料（如聚酯）以及酚醛树脂和环氧树脂一旦聚合，就不能熔化或重整。热塑性塑料在最终加工后加热时会回流，包括许多常见材料，如丙烯腈丁二烯苯乙烯 （ABS）、聚酰胺 （尼龙）、聚碳酸酯和聚烯烃。

虽然每个塑料系列都有不同的粘合强度性能特征，但有几个被指定为“难以粘合”。这些塑料通常是线性或支链碳链聚合物，具有低表面能和孔隙率，并且具有非极性/非功能表面。难以粘合的塑料包括聚烯烃（如聚乙烯和聚丙烯）、含氟聚合物（如特氟龙）、聚甲醛树脂和热塑性硫化橡胶（如山都平）。

合适的胶粘剂

在目前可用的众多胶粘剂中，有 7 种通常用于粘接塑料。每种产品都提供不同的性能和加工优势组合。

氰基丙烯酸酯在室温下快速固化，当放置在两个含有微量表面水分的基材之间时，会形成热塑性树脂。固化从基材表面开始，因此这些胶粘剂的固化间隙限制为仅 0.010 英寸。氰基丙烯酸酯可在几秒钟内达到夹具强度，并在 24 小时内达到最大强度，非常适合自动化生产。

早期的氰基丙烯酸酯具有低冲击、剥离强度和耐溶剂性，工作温度仅高达 160 至 180°F。 今天，由于材料科学的进步，有各种各样的氰基丙烯酸酯，它们具有不同的粘度、固化时间、强度和耐温性，超越了以前的限制。

例如，橡胶增韧氰基丙烯酸酯（在其中嵌入橡胶纳米颗粒）赋予它们更高的剥离和冲击强度。如果在胶粘剂之前将聚烯烃底漆涂在基材上，则会增加难以粘接的塑料的粘合强度。添加促进剂有助于胶粘剂在低湿度环境中快速固化。

公司还生产对表面不敏感的氰基丙烯酸酯，这些酯可在低湿度环境和酸性表面上快速固化。此外，还有一些不起霜的氰基丙烯酸酯可以最大限度地减少结霜（粘合层周围的白色雾霾）。耐热的氰基丙烯酸酯可承受高达 250°F 的连续暴露温度。

新型氰基丙烯酸酯解决了胶粘剂的许多缺点，但并非全部。幸运的是，适当的键合设计和加工技术可以缓解其中的一些问题。例如，氰基丙烯酸酯在增塑 PVC 组件上的粘合强度会随着时间的推移而衰减。为了防止这种情况，一些公司对 PVC 组件进行老化和测试，以确保粘合能够承受增塑剂浸出到基材上的影响。

另一个问题是，如果不固化，氰基丙烯酸酯会在一些热塑性塑料中引起应力开裂。最小化粘合间隙并限制分配的胶粘剂通常可以控制这个问题。极易发生应力开裂的塑料可能需要对表面不敏感的氰基丙烯酸酯。

光固化丙烯酸树脂（热固性塑料）是无溶剂液体，通常固化时间为 2 至 60 秒，固化深度超过 0.5 英寸。它们抵抗风、水和阳光;具有良好的间隙填充能力;并留下清晰的胶线以获得更好的外观。它们的粘度范围从粘度约为 50 cP 的稀薄液体到触变性凝胶。

丙烯酸树脂在暴露于特定波长和强度的光之前保持液态，使固定迅速并固化。固化是受控的，因此技术人员有时间对齐和定位部件。二次固化机制（如热和化学活化剂）可用于固化阴影区域的这些胶粘剂。

光固化丙烯酸树脂可在各种塑料上形成牢固的粘合，并具有从软弹性体到玻璃状塑料的各种柔韧性。

光固化氰基丙烯酸酯结合了氰基丙烯酸酯和光固化丙烯酸酯的优点。由于采用了二次湿固化机制，它们可以快速固定并在阴影区域固化。它们具有最小的起霜和结霜、牢固的粘合、更高的固化深度和快速的干表面固化。

光固化氰基丙烯酸酯还释放出很少的蒸汽，暴露在光线下立即表面固化，易于适应生产线，并且不需要第二步促进剂或活化剂。这些胶粘剂对表面不敏感，可以很好地粘附在多种基材上，包括橡胶和塑料。它们限制了敏感基材（如聚碳酸酯和丙烯酸）上的应力开裂，如果将增粘剂添加到模制部件中或应用于部件表面，它们将粘合聚烯烃塑料。

光固化氰基丙烯酸酯是大批量粘接应用的理想选择，越来越多地用于粘接医疗器械、化妆品包装、扬声器、电子组件和小型塑料部件。快速固化速度使部件可以在几秒钟而不是几分钟内完成加工，通常只需暴露在光线下 5 秒即可提供其最终强度的 60%。光固化氰基丙烯酸酯特别推荐用于粘合重叠、不透明部件。

几十年来，热熔胶一直用于组装工业和消费产品。传统的热熔胶是热塑性树脂，冷却后可将组件固定在一起。有许多热熔胶可供选择，但性能更高的热熔胶包括乙基醋酸乙烯酯 （EVA）、聚酰胺、聚烯烃和活性聚氨酯。热熔胶可以填充大间隙并在冷却后立即形成牢固的粘合。

EVA 热熔胶通常用于低成本灌封，而聚酰胺热熔胶则用于具有更严格温度和环境要求的类似应用。聚烯烃热熔胶耐湿气，耐极性溶剂、酸、碱和醇，并且与聚丙烯具有良好的粘附性。

另一类热熔胶是反应性聚氨酯，这是难以粘合的塑料的不错选择。虽然大多数传统的热熔胶是可以反复再加热的热塑性树脂，但反应性聚氨酯会形成热固性塑料。它们的强度比传统的热塑性热熔胶发展得更慢。尽管如此，对于结构粘合，活性聚氨酯的性能优于所有其他热熔胶。它们在 250°F 时熔化，比其他热熔胶低 200°F。

环氧树脂是单组分或双组分结构胶粘剂，可与许多基材良好粘合。它们不会释放副产物，并且在固化时收缩非常小。环氧树脂通常具有优异的内聚强度以及良好的耐化学性和耐热性。它们可以填充大量和间隙。

然而，环氧树脂的主要缺点是它们往往比其他胶粘剂固化得更慢;典型的固定时间在 15 分钟到 2 小时之间。热量会加速固化，但塑料基材可能无法承受更高的温度。事实上，环氧树脂在固化时会产生相当大的热量，这会导致温度高到足以损坏某些塑料基材。

聚氨酯胶粘剂是坚韧的聚合物，与环氧树脂相比，具有更高的柔韧性和剥离强度，以及更低的模量。它们可以是单组分或双组分胶粘剂，固化后，除了耐温性和耐化学性外，还包含增加接头柔韧性的柔软区域和有助于提高强度的硬区域。通过改变硬区域和软区域的比例，制造商可以根据应用需求定制物理特性。

与环氧树脂一样，聚氨酯与许多基材具有良好的粘合性，包括高度增塑的 PVC，但有时需要表面底漆。聚氨酯的固定时间也与环氧树脂相似（15 分钟到 2 小时），这可能需要货架部件，并为大量正在进行的工作留出空间。

尽管聚氨酯不会造成太大的应力开裂危险，但底漆中使用的溶剂会。聚氨酯耐化学品和耐高温。然而，长期暴露在高温下比环氧树脂降解聚氨酯的速度更快。与聚氨酯粘合时，湿气会损害性能和外观，因此必须防止湿气进入胶粘剂。

双组分丙烯酸树脂与环氧树脂和聚氨酯类似，因为它们具有良好的间隙填充能力，以及良好的耐环境和耐热性。双组分丙烯酸树脂可以配制成比环氧树脂和聚氨酯胶粘剂更快地固定或提高对许多塑料的粘合力。丙烯酸树脂具有高度柔韧性，可与许多金属和塑料很好地粘合，这使它们成为需要长期抗疲劳性和耐用性的应用的理想选择。

正确的关节

胶粘剂接头失效的最常见原因不涉及胶粘剂强度。它们通常是由于设计不佳、表面处理不充分或胶粘剂与基材和操作条件不兼容而失效的。

为了设计出牢固、持久的粘合，工程师必须充分了解两个配合基材上的应力分布，因为它在与粘合剂粘合的塑料接头的成败中起着重要作用。

通常有五种类型的应力会影响用胶粘剂粘接的组件：

• 拉伸应力往往会拉长并将组件拉开。
• 压应力将组件挤压在一起。
• 剪切应力将平行物体纵向拉开，从而在每个物体的相反方向上产生滑动运动。
• 当柔性基材从其粘合的基材上抬起或剥落时，就会产生剥离应力。
• 解理应力类似于剥离应力，但它是在不灵活的基材中产生的，当接头的一端被迫打开时。

在使用中，大多数关节都会承受这些力的组合。

大多数胶粘剂对拉伸、剪切和压缩应力具有出色的抵抗力，但在解理和剥离强度方面较弱。为了获得尽可能坚固的粘合接头，应尽可能均匀地将载荷分布在整个接头区域。目标应该是最大化拉伸和压缩应力，最小化剪切应力，并避免解理力和剥离力。

最好的接头设计可以最大限度地扩大粘合面积，并依赖于机械锁定和粘合强度。键合的末端比中间抵抗更多的应力，因此对于成功的接缝设计来说，接缝宽度比衬底重叠更重要。通过增加宽度，两端的粘合面积增加，整体接合强度也随之增加。

无论使用何种胶粘剂，表面处理都至关重要。基材和胶粘剂之间的粘附力在很大程度上决定了粘合的强度。要准备塑料基材的表面，请去除不需要的薄膜;使用底漆创建活性表面;并在基材上应用等离子体处理、电晕放电或化学蚀刻技术。