结构胶粘剂和传统紧固件有什么区别？

几乎每个行业都以某种方式、形状或形式使用胶粘剂。然而，包括航空航天、汽车和船舶制造商在内的运输行业在采用最新的胶粘剂技术方面处于领先地位。这些行业已经了解到，胶粘剂可以降低成本、时间和重量，同时保持或提高性能和美观性，并且对环境更友好。胶粘剂还开启了“传统”紧固件无法企及的新设计可能性。

精明的制造商通过寻找制造过程和产品环境中的指标来识别何时选择胶粘剂而不是焊接或机械紧固件。一些关键指标的示例包括当制造计划要求粘合不同的金属时，当金属暴露在热循环中时，或者如果可能发生电偶腐蚀（某些金属之间的电化学反应）。如果商品会接触到水和/或可能损坏或穿透其他紧固件的化学品，也会标明胶粘剂。

胶粘剂的一般优点包括能够减轻膨胀率差异，在潜在腐蚀性金属之间提供惰性屏障，以及建立天然的水密屏障。也可以设计或更改胶粘剂配方以抵抗特定的化学物质。

选择胶粘剂的另一个常见原因是为了减轻最终产品的重量。上述早期采用的行业都是重量至关重要的运输行业。即使客机的重量略有减轻，也会在飞机的整个生命周期内显著降低运营成本。但是，您不必在40,000英尺的高度巡航即可实现这些好处。通过减轻汽车和船只的重量，可以节省大量燃料，任何重量减轻都可能使产品更便携、降低运输成本或允许安装额外的组件，从而赋予产品新的功能和竞争优势。

胶粘剂在冲击分析中经常击败常见的螺钉和铆钉。当作为1 x 1英寸的单层搭接接头应用时，如本测试装置所示，它比标准钢测试试样更好地承受剪切应力，后者在胶粘剂粘合之前拉伸和断裂。当被粘合的材料在粘合剂之前变形或失效时，称为“基材失效”。该测试与胶粘剂的首选用途一致，胶粘剂在应用于大面积、清洁的表面时效果最佳。当应力分布在宽阔的表面上时，胶粘剂的粘合力比焊接、铆钉和螺纹组件更牢固。

成本

使用胶粘剂可以通过以下方式节省成本。首先，与机械紧固件相比，胶粘剂的每次应用材料成本更低，尤其是在必须使用高端或涂层紧固件时。其次，节省来自订购、运输和库存成本的降低。制造商可能备有数十种不同形状和尺寸的铆钉、螺钉、螺栓和垫圈，而这些成本都可以通过一种粘合剂来消除。第三，使用胶粘剂所需的人工成本可能低于其他紧固方法。只考虑焊接金属所需的时间：焊工需要设置和收集设备，进行焊接，检查和修补间隙，然后锉平多余的材料或尖锐的尖锐点。最后，可能需要对焊缝进行抛光并解决任何变色问题。使用粘合剂可以消除大部分劳动力。

飞机制造商以及汽车制造商和船舶制造商都是早期采用胶粘剂作为铆钉和其他机械快速接头替代品的制造商。他们喜欢更简单的安装、更轻的重量和更均匀的粘合强度。

时间

如上所述，通过使用粘合剂可以减少焊接所需的劳动力。但是螺纹紧固件或铆钉呢？这两种方法几乎总是涉及多个连接点，并且每个连接点都需要更多的劳动力和经常重复的工作。相比之下，胶粘剂通常只需一步即可涂覆在基材上。不要忘记，结构粘接中使用的螺纹组件的最佳实践已经要求以螺纹锁固剂的形式使用粘合剂。使用螺纹锁固剂或螺纹密封剂是改用结构胶粘剂可以消除的另一个步骤。

单组分和双组分环氧树脂是最常用的结构胶粘剂。过去，双组分环氧树脂（通常由粘合剂和引发固化的活化剂组成）需要额外的步骤，即在容器中以适当的比例混合两部分，以准备用于应用的环氧树脂。如今，这些双组分胶粘剂使用一次性静电混合棒在应用过程中以精确的比例混合。

静态混合棒是一根充满倾斜或弯曲塑料刀片的塑料管，它固定在填充有环氧树脂两部分的双容器筒的尖端。当技术人员准备好时，柱塞将两个部件从墨盒中挤出并穿过棒。当两种材料穿过管道时，叶片将它们混合在一起。叶片不会移动（因此称为静态），但该结构迫使两个环氧树脂成分在一个精心设计的组合过程中围绕和穿过它们。这个过程贯穿魔杖的整个长度，产生一种活化（固化）化合物，该化合物从魔杖的尖端流出，直接落在将要粘合的基材上。混合后，技术人员的工作时间有限，可以在胶粘剂固化和硬化之前将基材移动到位。也可以使用双组分/不混合环氧树脂，其中活化剂在涂覆胶粘剂之前喷涂到基材上，并且不会发生混合。诸如此类的工艺改进将继续提高胶粘剂应用的便利性和速度。

固化时间如何？胶粘剂的经验法则是固化时间越长，最终粘合力越强。然而，尽管胶粘剂需要时间才能达到全强度，但许多胶粘剂可以在几分钟内达到固定时间或处理点。即使需要更多时间，固化过程中也不需要人工。此外，一些胶粘剂以多种方式固化，以解决固化延迟、工艺问题或其他问题。

例如，在扬声器组装过程中，将磁铁粘接到板上的制造商可能会遇到一个工艺问题，即从粘接的磁铁和板上挤出多余的粘合剂。由于扬声器在生产过程中经常旋转和移动，因此如果未固化，这种裸露的粘合剂可能会迁移甚至飞溅。如果胶粘剂是多次固化且对光敏感的，则在高强度紫外光下快速“沐浴”即可固化裸露的胶粘剂，从而使制造商能够继续进行组装过程。胶粘剂的其余部分可以厌氧固化，固化的边缘将有助于建立处理强度。

焊接是一种将零件粘合在一起的耗时方法，并且仅适用于能够承受高温的材料（例如金属）。

重量

焊接和大多数机械紧固件都有一个共同的关键成分：金属。与胶粘剂的轻质聚合物相比，金属很重，当需要多个紧固件时，即使是小的金属部件也会大大增加重量。这就是为什么曾经用数千个金属紧固件将飞机固定在一起的航空航天公司转向胶粘剂以寻求更轻的最终产品重量的原因之一。

胶粘剂的重量并不比金属紧固件轻，但由于胶粘剂的性质以及它们与基材的相互作用方式，可以减少额外的重量。胶粘剂将粘接应力分布在粘接区域的整个表面上，而点焊、铆钉和其他机械紧固件将应力集中在粘接点。这种应力集中对基材的性能要求不一致，通常需要整个组件更厚，或者需要额外的材料来支持集中在每个点的应力。额外的材料和接缝面会增加整个产品的重量和成本，而使用胶粘剂可能会消除这种情况。

胶粘剂和密封剂甚至可以改善焊缝，以消除将来可能导致损坏的裂纹和微孔。

性能

考虑使用机械紧固件（例如螺纹组件）连接两个零件时会发生什么。第一步是在两个部分上打一个孔，以便紧固件可以穿过它们。这会产生污染物可以通过的路径传播，从而损害接头和部件的内部，并且这些孔会破坏最终产品的结构完整性。

最坚固、最有弹性的部件不是有十几个孔的部件，而是一块坚固、未损坏的部件。胶粘剂在粘接组件时不会造成损坏，因此选择胶粘剂可以提高产品质量和整体结构完整性，而不会造成伤害。

焊接也会给产品带来风险。焊接本质上需要足够的热量来熔化填充材料。这种热量通常会使主体金属变色甚至翘曲。在粘合薄零件或各种金属时，翘曲的可能性会增加。当基材较薄时，从焊接过程中吸收和消散热量的材料较少。当使用两种或多种金属时，每种金属可能具有不同的热膨胀率和耐热性水平。热膨胀的差异不仅会影响焊缝的凝固方式，而且焊缝在冷却时会承受进一步的热应力。一旦发货，热循环将继续对接头施加压力，从而增加已经承受的任何结构载荷。

胶粘剂在抗热循环方面的表现更好，因为它们可以减轻基材膨胀和收缩产生的应力。胶粘剂形成半柔性粘合，可吸收热变化产生的一些应力，并且胶粘剂对指定范围内的温度变化的反应较小。

如果声音或极端振动是一个因素怎么办？胶粘剂在这方面也有优势。胶粘剂更柔韧的特性再次吸收了一些应力。事实上，当振动是螺纹组件的一个因素时，最佳实践需要螺纹锁固剂，这是一种旨在协助螺纹紧固件的粘合剂。螺纹锁固剂确保螺母和螺栓在振动或冲击期间不会脱落或松动。

胶粘剂还具有粘弹性，因此具有静音效果。当声音振动通过胶粘剂时，它们会受到抑制。这一优势对于洗衣机和烘干机等电器至关重要。消费者要求更轻松地使用各种电器。表达这种愿望的一种方式是将洗衣房搬到楼上。随着洗衣设备从地下室进入生活空间，更安静的运行成为一个重要的卖点，而胶粘剂可以提供帮助。

许多胶粘剂还可以通过缓冲某些金属之间的电流效应以及水和其他化学品的氧化和类似影响来提高耐腐蚀性。除了直接抵抗许多化学过程外，胶粘剂还可以在将部件固定在一起时密封接头。使用其他方法，甚至焊接，需要额外的步骤来确保可靠的密封。

哪个更强？高级结构胶粘剂比机械紧固件具有更强的粘合力，特别是当粘合覆盖相对较大的表面积时。大多数“抗冲击”结构胶粘剂的冲击强度范围仅限于15至20 J，但一些下一代胶粘剂的强度更高。

最后，当涉及腐蚀剂时，胶粘剂可提供更好的长期强度和质量。即使是水和接触常见的化学品也会导致机械紧固件随着时间的推移而生锈、卡住、失效或分解，而正确的胶粘剂却不受影响。

随着时间的推移，铆钉和其他金属紧固件会导致难看的锈渍，这个问题可以通过使用粘合剂来解决。

美学

说到生锈，机械紧固件因在接触水后会产生长长的锈痕而臭名昭著。焊接也会积聚脏水袋，这些脏水可能会弄脏或冻结，从而膨胀和损坏产品。此外，焊接会留下难看的炉渣，必须在喷漆前锉平和抛光。即便如此，焊缝也经常会形成明显的块状物或明显改变油漆层下的表面纹理。铆钉和螺栓也会破坏表面，需要在粘合基材的两侧突出。

然而，胶粘剂在基材之间不可见，密封防潮，并允许光滑、美观的外部。最后一点对于医疗设备和表面至关重要，不间断的外部减少了细菌可以隐藏和生长的孔洞和缝隙的数量。

环境的

过去，胶粘剂理所当然地以有毒烟雾而闻名，这要归功于用于保持其流动性和延长工作时间的溶剂。然而，现代胶粘剂的配方范围很广，其中许多胶粘剂根本不使用任何溶剂。此外，更严格的标准，如NASA低释气标准、NSF认证和特定应用要求（如多重固化能力），推动了胶粘剂行业不断创新，减少对环境的影响和产品浪费。

消除溶剂不仅可以减少释放到大气中的化学品量，还可以提高效率并降低成本。胶粘剂与溶剂混合后，客户需要购买和运输材料，这些材料会随着胶粘剂或密封剂的固化而蒸发。不含溶剂的类似材料，有时被称为“100%固态”胶粘剂，让客户可以使用所购买的容器中的所有物品。当使用无溶剂胶粘剂或密封剂时，烟雾的减少为技术人员创造了一个更健康、更安全的工作场所，并消除了与溶剂相关的健康问题。

新的可能性

胶粘剂为制造商和设计师提供了秘密武器。当部件或接头可触及或更方便时，可以应用它们，然后使用热、厌氧、紫外线或几种固化方法的组合进行固化。自密封胶粘剂包括含有化学活化剂的微小玻璃胶囊。当使用这种材料将两种基材配合时，剪切作用会使胶囊破裂，释放活化剂并开始固化。例如，当将此类材料应用于消防喷头时，喷头的螺纹可以在安装前几周涂覆，而此时仍在工厂中，并且在喷头拧入到位之前，胶粘剂仍将保持柔韧和无活性。这意味着无需在现场凌乱地涂抹螺纹密封剂，无需将桶密封剂拖入和拖出工作现场，最终实现更高效的流程。

使用胶粘剂，也可以在机械紧固件和焊缝不切实际或不可能的地方和时间形成粘合。例如，热固化胶粘剂允许制造商部分或全部组装产品，然后通过在固化炉中加热整个产品来一次粘合多个表面。对于塑料和热敏基材，焊接根本不是一种选择，因为它会破坏塑料，但如果塑料很薄或很脆并且不能承受聚焦的应力点，也可能禁止使用机械紧固件。在这种情况下，胶粘剂显然是最好的选择。然后，胶粘剂的流体特性使制造商能够在不完全触及的表面之间形成粘合，并且可以将胶粘剂注入开口中，以填充间隙并粘合原本隐藏的表面。

这些独特的功能使工艺工程师能够更具创造力，并实现仅靠传统紧固方法无法达到的新效率水平。当胶粘剂从产品的初始设计阶段就成为有计划的紧固方法时，胶粘剂的粘合表面可以内置，而不是像现在这样进行改造，并且可以充分发挥胶粘剂的优势。

选择胶粘剂进行结构粘接的原因有很多。成本、时间、重量、性能、环境问题和美学都会影响决策。对于许多制造应用，胶粘剂已经跨越了一个关键的进步点，现在在强度和使用寿命方面成功地与其他粘合方法竞争，同时在成本、质量和外观方面具有明显的优势。胶粘剂的优势可能很明显，但如何为您的应用选择合适的胶粘剂的问题可能令人生畏。大多数胶粘剂制造商都提供专家建议，并乐于深入讨论您的产品和制造方法，以确保您获得完全正确的胶粘剂。