胶粘塑料的粘合技巧和窍门

塑料（又称聚合物或聚合材料）和粘合剂是工业应用领域相对较新的技术。

在过去十年左右的时间里，人们对这些技术的信任度不断提高。汽车、航空航天和产品组装制造商（以及许多其他制造商）都以某种形式使用聚合物材料和粘合材料。

如今，这些行业正在寻求使用粘合剂来粘合聚合物材料。他们希望粘合剂的使用寿命与产品的预期寿命一样长，甚至超过预期寿命。这表明人们对这些技术的信任度正在提高。

遗憾的是，目前尚无一站式解决方案来粘合塑料或聚合物部件。

这就是我们写这篇文章的原因。我们与行业专家合作，希望分享我们多年来积累的经验。通过阅读本文，您将了解其他工业制造商在粘合塑料时所犯的错误。

读完本文后，您将了解从设计到组装粘合塑料时需要考虑哪些方面。您将了解如何避免其他制造商经常犯的常见错误。我们可以帮助您实现粘合成功。

为什么塑料在工业用途上越来越受欢迎？

正如介绍中提到的，聚合物和粘合剂粘合是两种相对较新的技术。传统上，金属是任何结构用途的首选材料。即使是非结构材料通常也是金属。

例如，就在 40 年前，汽车内部几乎看不到塑料。用于结构用途的聚合物材料更是凤毛麟角。从小型部件到大型重要部件，塑料的使用非常广泛。甚至汽车保险杠也是聚合物。

此外，专家预测塑料使用量将进一步增加。有人说，到 2040 年，塑料产量必须翻一番才能满足需求。

那么聚合物如此受欢迎的原因是什么呢？

塑料在工业制造中越来越受欢迎的主要原因有两个。

2. 塑料通常比其他材料更容易成型和铸造。聚合物材料的主要替代品是金属。然而，大多数金属的成型和铸造难度要大得多。这主要是因为塑料的耐高温性明显较低（通常在 150℃ 左右）。软化聚合物以进行铸造和成型更容易，也更节能。
3. 塑料具有令人难以置信的各种特性。塑料中使用的单体种类繁多。这些单体的特性各不相同。所有这些变化意味着单体混合物可以产生最适合所需特性的聚合物。丙烯腈丁二烯-苯乙烯 (ABS)就是一个典型的例子。它结合了各种单体，创造出一种坚固、耐热、抗冲击的塑料。使其成为制造运动和冲击部件的理想选择。

事实上，随着这种材料类型更具可持续性的版本的发展，塑料的受欢迎程度很可能会提高。越来越多的工业制造商开始意识到在其工艺中使用塑料的好处。

尽管人们担心废塑料污染和耐低温性等问题，但工业制造商越来越多地使用塑料代替金属。预计未来几年聚合物材料行业将出现更多增长。

然而，随着粘合剂（其本质上也是聚合物）的发展，这两种新技术的发展路径必然会交叉。

在选择用于粘合塑料的胶水之前应该考虑什么？

在开始选择最佳塑料胶水之前，您应该了解“塑料胶水”一词的含义。塑料胶水是人们用来表示粘合剂适合粘合塑料的术语。塑料胶水不是指由塑料制成的粘合剂。

既然我们已经澄清了这一点，那么重要的是要记住，粘合剂与传统的连接方法有很大不同。如果使用不同的连接方法（例如焊接或机械紧固件）并且想要粘合聚合物材料，则需要调整接头设计以确保与粘合剂的牢固粘合。

接头设计不良会导致粘合接头失效。您可能选择了完美的塑料胶，但如果接头设计不正确，粘合仍然会失效。

设计粘合剂接头时，需要记住两件重要的事情：

1. 最大化表面和粘合剂之间的接触面积。表面和粘合剂之间的接触面积越大，粘合强度就越高。
2. 尽量减少剥离力。粘合剂可能承受多种不同类型的力。但是，大多数粘合剂无法承受太大的剥离力。尽可能减少剥离力很重要。

接头设计并不是唯一需要考虑的问题。基材兼容性也很重要。某些等级的塑料容易引起粘合问题。

我们专门写了一篇关于这个主题的文章。但总而言之，表面能低的材料会引起粘合剂和表面之间的“润湿”问题，因为它们是疏水性的。

疏水表面会排斥粘合剂。因此，表面能较低的塑料会排斥粘合剂，导致粘合力较弱。聚丙烯、聚乙烯和聚四氟乙烯（PTFE，又名 Teflon™）都是低表面能 (LSE) 聚合物的例子。

如果要粘合的材料具有较低的表面能，则有三种可能的解决方案可以形成牢固的粘合。

第一个解决方案是使用具有更亲水表面的替代材料。这将有助于粘合剂“润湿”并形成牢固的粘合。ABS、PVC 或丙烯酸等塑料的表面能更高，使其更亲水且更容易粘合。

第二种解决方案是使用专业的塑料粘合剂。有多种选择，特性各异。

第三种解决方案是改变塑料表面的性质。如果您找不到更亲水的材料或符合您要求的专业塑料粘合剂，您仍然可以改变塑料的表面以提高兼容性。这称为表面处理，可以有多种形式。本文后面将更详细地介绍表面处理。

总之，在选择用于粘合塑料的粘合剂之前，您应该考虑接头设计和塑料的表面能。如果不这样做，您可能很难实现牢固的粘合。

正确的表面处理对于塑料粘合至关重要

表面处理是粘合过程中最重要的步骤之一。塑料粘合依赖于有效的表面处理以确保牢固的粘合。

有两个主要原因导致您需要在粘合前准备聚合物。您可能需要增加表面能，并且可能需要清除塑料表面的污染物。

原因 1：准备塑料以增加表面能

正如我们已经提到的，塑料的表面能对其对粘合剂的接受程度起着重要作用。如果您发现表面能较低，并且不想使用专用粘合剂，则需要准备表面。

尽管如此，“准备表面”并不简单。什么时候简单呢？

这是因为您会发现自己正在评估三种表面处理方案。每种方案都有其优点。每种方案都有其缺点。让我们深入了解每种表面处理类型。

物理表面处理通过化学方式改变塑料表面

“物理表面处理”是指通过将表面暴露于火焰、电晕放电或等离子体来对表面进行化学改变。这种处理方法将通过将富氧基团移植到表面来增加聚合物的表面能，从而增加表面能。

它非常有效。

许多行业都使用这种方法。但是，这种方法也有一些缺点需要注意。这种方法的效果会随着时间的推移而退化，经过电晕处理的聚合物表面（如聚乙烯）会在几分钟甚至几秒钟内恢复其疏水状态。

因此，该处理通常被生产印刷或彩色聚合物箔（例如包装）的行业用作在线处理。火焰处理寿命非常长，可以用作批量处理。

通过正确选择物理表面处理方法，以前排斥粘合剂的塑料表面几乎总是会变成可粘合的表面。

机械预处理增加了粘合的表面积

正如我们在文章前面提到的，粘合接头设计的一个关键目标是最大限度地增加粘合表面积。机械表面处理是增加塑料表面积的一种方法。

机械预处理是对表面进行打磨。打磨、研磨或喷砂是打磨表面的主要方法。

它将表面从平坦表面变成粗糙表面。因此，之前平坦的表面现在有波峰和波谷。在大多数情况下，增加可用粘合面积可使接头更牢固。

然而，机械预处理不会改变表面的化学结构。虽然有更大的表面面积可供粘合，但表面仍然具有较低的表面能，使其具有疏水性。粘合剂将无法与该表面形成牢固的粘合。

机械预处理也容易损坏表面，并且效果可能不一致。由于表面积增加，机械预处理可能会改善粘合剂的性能。但这并不能保证。

化学预处理创建新的粘合界面

化学预处理涉及应用一种特殊的化学物质，这种化学物质会粘合到塑料的疏水表面并形成一层新的“可粘合”表面。

化学预处理通常称为“表面涂底漆”。底漆会扩散到塑料表面，与聚合物链混合，并在表面形成一层新的粘合剂可粘合的层。

然而，底漆对聚合物具有很强的特异性。它们不是“一刀切”的解决方案。它们只适用于某些类型的塑料。

例如，如果你想在粘合前给聚丙烯涂底漆，你就必须使用与之兼容的底漆。底漆需要能够与聚丙烯混合以形成坚固的基底。

但这还不是全部。底漆还需要与粘合剂兼容。有些粘合剂与某些底漆不兼容。

因此，在使用底漆之前，务必确保它与表面和粘合剂兼容。因此，最好使用粘合剂制造商推荐的底漆。

原因 2：准备塑料以去除污染物

塑料成型后，塑料表面可能会残留脱模剂。这些脱模剂通常是表面能较低的污染物。它们会影响胶粘剂的粘合能力。

虽然还有其他潜在污染物（如劣质清洁剂喷雾），但脱模剂是塑料上最常见的污染源。它们可以充当弱边界层 (WBL)。这是一层非常薄的污染物层，粘结强度低。接头强度只是此 WBL 强度的函数。

并非所有塑料都含有脱模剂。但大多数模塑（而非吹塑或挤压）聚合物材料都含有脱模剂。很难确定它们的存在和化学性质。确定是否有脱模剂的一种方法是询问供应商。他们可以帮助您了解他们在工艺中使用了哪些脱模剂。

一旦确定了塑料表面上的脱模剂，就可以选择清洁方法。清洁粘合剂表面的污染物主要有两种方法：

1. 使用物理表面处理。正如我们上面提到的，等离子、火焰或电晕处理等方法会物理地改变塑料的表面。这将去除任何污染并确保塑料表面易于粘合。
2. 使用溶剂清洁剂。溶剂清洁剂会溶解或清除污染物，确保表面清洁，便于粘合。己烷就是用于此目的的溶剂之一。

有些粘合剂（如丙烯酸树脂）可以穿透一些表面污染物。但这会引起放热反应，并且也无法穿透重度污染物。

如何选择合适的塑料胶水来帮助您避免粘合失败

现在您已经确定了塑料的粘合性以及所需的任何表面处理方法，现在是时候为您的应用选择合适的塑料胶水了。您可能会惊讶地发现强度是塑料胶水最不重要的特性之一。

选择塑料胶水时，您应该知道三件事：首先，强度不是很重要。其次，柔韧性是塑料胶水最重要的特性之一。第三，对环境因素的抵抗力将决定粘合的持久性。

为什么塑料胶水的强度并不重要？

强度对塑料胶水来说并不重要，因为塑料本身强度不高。如果使用强度极高的结构胶，则会增加基材损坏的可能性。

评估粘合剂的强度时，有一件重要的事情需要记住。粘合剂的“强度”并不重要。更重要的是确保粘合剂“足够强”。否则，您将面临使用规格过高（通常更昂贵）的粘合剂的风险。

为什么塑料胶水中柔韧性比强度更重要？

对于任何粘合，我们认为柔韧性与粘合剂的强度同样重要。然而，当粘合塑料时，我们发现柔韧性通常更为重要。

这是因为刚性粘合剂不会吸收任何应力或力。任何应力都会转移到塑料上并导致基材损坏。

在评估所需的柔韧性时，需要考虑的是粘合剂在最终使用过程中将承受的力和负载类型。这将帮助您确定需要刚性粘合剂还是柔性粘合剂。

粘合剂可能受到四种类型的力：

1. 拉力
2. 剪切力
3. 剥离力
4. 解理力

拉伸力和剪切力是最常见的力。然而，剥离力和裂解力仍可能在粘合过程中发生。您应该尽可能消除这两种力。大多数粘合剂都难以承受它们。

还可能经历两种类型的负载：

1. 持续负载：胶粘剂持续受力，且无冲击或振动波动。在这种情况下，刚性胶粘剂是最佳选择，因为它有助于防止过度蠕变。
2. 偶尔负载：胶粘剂上的力会波动。它通常必须承受冲击和振动。有些人将此称为“疲劳负载”。柔性胶粘剂最适合这种情况，因为它会根据需要承受的负载大小变形和拉伸。

了解粘合剂将承受何种类型的力和负荷将有助于您了解需要粘合剂具有多少柔韧性。

如果您不确定柔性粘合剂和刚性粘合剂之间的区别，请点击下面的按钮阅读我们的文章。它将帮助您了解不同类型的粘合剂。

为什么塑料胶水对环境因素的抵抗力如此重要？

使用塑料代替金属的一大好处是，您无需担心腐蚀。水是金属与金属连接中的杀手。它可以取代金属氧化物基材表面的粘合剂。但是，水不会像聚合物材料不会腐蚀那样影响塑料粘合。

然而，水会以不同的方式影响粘合的塑料接头。水会在一定程度上渗透到粘合剂中，并可能导致塑化（粘合剂变得更有弹性，强度降低）。持续浸泡在水中可能需要密封胶条来保护接头边缘。

您需要考虑粘合物会接触哪些其他类型的化学品。有些粘合剂的耐化学性很差。如果塑料粘合物可能会接触化学品，则应确保粘合剂能够承受这种化学品。

人们通常不会将耐高温与塑料粘接剂联系起来。这是因为塑料本身的工作温度通常较低（约 150℃）。尽管如此，有些粘接剂无法承受 60℃ 以上的温度。

了解胶粘剂将面临何种温度非常重要。这样您就可以确保所选的塑料胶具有足够的耐温性。高温胶粘剂可用，但主要用于粘合金属。

这不仅仅是关于耐温性的问题。暴露在紫外线 (UV) 光（阳光）下也会影响一些塑料胶水。大多数人不考虑紫外线对粘合剂的影响，因为他们认为紫外线无法到达粘合剂。通常，基材会覆盖粘合剂并阻止任何紫外线穿透到粘合剂本身。

但在某些情况下，粘合剂会暴露在紫外线下。如果塑料是透明的，或者粘合剂还被用作外部密封剂，则需要考虑所用塑料胶水的抗紫外线能力。

如果胶粘剂制造商宣传“塑料粘合胶”或“聚合物粘合胶”，那么它可能适合粘合塑料，但对上述环境因素的抵抗力却很弱。您必须确保所选胶粘剂能够承受这些因素并保持耐用性。胶粘剂的耐用性显然对粘合的持久性至关重要。

如何确保塑料粘合牢固耐用

现在您知道了粘合塑料时需要考虑的不同事项，是时候将其付诸实践了。您会意识到塑料粘合并非易事。事实上，它通常是工业制造商最难做好的工艺之一。

现在，是时候让您“解决问题”了。如果您不知道下一步该怎么做，我们会为您提供帮助。

或者，如果您想自己研究解决方案，您可以前往我们的知识中心。那里有大量的文章和内容可以帮助您找到有关粘合剂和粘合问题的答案。