金属与金属粘接技术

金属与金属粘接技术4.4.1乐泰胶水选择经表面处理后，金属就可涂乐泰胶水。此时选胶就成为当务之急。由于金属的种类繁多，每一种金属是由其元素所组成，因此，其表面也呈现不同的特性。一种胶粘剂不可能满足各种金属粘接强度要求，就一种高性能胶粘剂而言，由于其配方的比例不同，所用原料批次不一，也会出现性能差别较大的粘接体系，所以对胶粘剂的选择应予以高度重视。一般遵守的基本原则(详见3.1节所述)和考虑的因素为：①金属粘接件使用环境条件;②金属的种类及表面特性;③金属接头形式、受力类型、大小和持续的时间;④粘接面大小和固化条件;⑤成本;⑥现有设备(压机、夹具、热源和表面处理装置等)的状况等。在满足应用要求的前提下，尽量选择成本低，易涂胶，室温固化的胶种。选胶时，应经初步筛选，去掉那些不合格的胶粘剂，选准几个牌号的胶加以试验，择其良者。一旦候选胶粘剂限于仅有的几个牌号，就比较容易地寻找到最佳粘接体系。金属表面的非结构性粘接，可选用热塑性树脂和橡胶类胶粘剂，其成本低，适用于低强度或中等强度的粘接。但金属部件通常都是用作结构件和受力构件，所进行的粘接同样也是结构粘接。因此，在谈及金属粘接用胶粘剂时，通常是指结构胶粘剂，为便于选择现将金属粘接常用的结构胶粘剂的类型和通用物理性能列于表4-4-1，仅供选胶时参考。国内金属粘接用胶粘剂牌号、性能和用途请参见14.2。表4-4-1金属粘接用结构乐泰胶水的性能胶粘剂使用温度/℃剪切强度/MPa剥离强度冲击强度耐蠕变性耐溶剂性耐湿性接头类型最高最低环氧-胺环氧-聚酰胺环氧-酸酐环氧-酚醛环氧-尼龙环氧-聚硫丁腈-酚醛乙烯-酚醛氯丁-酚醛聚酰亚胺聚苯并咪唑66661491778266149107933162601015.615.6-253-253-73-73-51-56.7-253-25320.7～34.513.8～27.620.7～34.522.144.820.720.713.8～34.520.720.713.8～20.7差中等差差很好良好良好很好良好差差差良好中等差良好中等良好良好良好差差良好良好良好良好中等中等良好中等良好良好很好良好良好良好良好良好良好良好中等良好良好良好良好中等良好良好差良好良好良好良好中等良好硬韧性及中柔性硬硬韧性柔性韧性及中柔性韧性及中柔性韧性及中柔性硬硬聚氨酯丙烯酸双酯氰基丙烯酸酯苯氧树脂热固性丙烯酸酯66936682121-253-51-51-56.7-5134.513.8～27.613.817.220.7～27.6良好差差中等差良好中等差良好差良好良好良好良好良好中等差差差良好差差差良好良好柔性硬硬韧性及中柔性硬4.4.2铝及其合金用乐泰胶水铝粘接最常选用的、性能最佳的胶是改性环氧和酚醛胶粘剂。这类胶的粘接强度可达48～310MPa，已达到铝强度值的下限。最近国外采用乙烯基类胶粘剂粘接汽车发动机铝制盖外板，这种乙烯基类塑溶胶具有良好的隔音减振性能，还可吸收和透过薄油膜与铝(或其它金属)形成牢固的粘接。此胶初始剪切强度为4.1～5.5MPa，而采用橡胶胶粘剂粘接，其粘接强度仅为2.4MPa。常用的胶粘剂及其性能见表4-4-2。表4-4-2铝粘接用胶粘剂材料类型胶粘剂工作温度/℃铝与铝(冷冻或低温应用)玻纤增强的改性酚醛改性环氧有衬薄膜环氧-酚醛玻璃布-253～+260-253～+260-253～+371铭与铝(21℃以下低温应用)双组分环氧糊料-51～+93铝与铝(导电应用)双组分环氧银糊料单组分改性环氧糊料单组分环氧加银粉的糊料-46～+66～+177～+121铝与铝(高温应用)双组分环氧体系组分A糊料组分B糊料环氧-酚醛玻璃布双组分环氧体系组分A液体组分B粉料单组分环氧糊料～+316～+371长期使用～+316～+232铝与铝(快速固化)双组分环氧双组分环氧浆料双组分液体环氧-55～+66～+49～+49铝与铝(面上有湿汽)双组分环氧糊料-46～+82铝与铝(油污表面)双组分环氧-46～+93铝与混凝土双组分环氧糊料-20～+82铝与软玻纤单组分氯丁酚醛-34～+149铝与硬玻纤双组分改性环氧糊料单组分铝填充改性环氧糊-55～+82-40～+121铝与泡沫塑料(聚苯乙烯、聚氨酯等)双组分环氧液体糊料单组分再生橡胶(水分散)糊料-55～+82-37～+149铝与玻璃双组分环氧稀浆料硅酮橡胶糊料双组分改性环氧/胺酸糊料-55～+93-62～+177-55～+93铝与镍钢双组分环氧糊料～+82铝与MYLAR(聚酯薄膜)单组分合成橡胶树脂-46～+121铝与尼龙双组分环氧糊料单组分氰基丙烯酸酯～+82-54～+79铝与PVC单组分合成橡胶树脂双组分环氧糊料-58～+121-55～+93续表材料类型胶粘剂工作温度/℃铝与特佛隆(聚四氟乙烯)单或双组分环氧糊料～+260铝与橡胶(通用)环氧(高强度用)单组分氰基丙烯酯液体-54～+79铝与橡胶(布纳N-丁腈、海帕龙、天然、填充树胶、GR-S、KEL-F、氯丁红片、海绵、纯树胶)单组分合成橡胶液体-34～+110铝与硅酮橡胶单组分硅酮橡胶糊料-65～+232铝与木材双组分环氧糊料单组分环氧糊料-55～+82-55～+1774.4.3钢铁粘接用乐泰胶水为钢铁类材料所推荐的胶粘剂有：(1)聚合物合金胶粘剂酚醛-聚乙烯醇缩甲醛胶、酚醛-聚乙烯醇缩丁醛胶、酚醛-丁腈胶、酚醛-氯丁胶、环氧-尼龙胶、环氧-丁腈胶、环氧-酚醛胶等。(2)热固性胶粘剂环氧-多胺型胶、环氧-酸酐型胶、聚异氰酸酯胶等。(3)热塑性胶粘剂改性聚氯乙烯胶、氰基丙烯酸酯胶、聚甲基丙烯酸酯+单体型胶等。(4)耐高温胶粘剂聚酰亚胺胶和聚苯并咪唑胶等。美国在军事装备粘接中曾成功地使用胶粘剂对合金钢进行粘接。所用胶粘剂如下：丁腈-酚醛胶在中等温度下可提供很高的粘接强度，但在高温下其强度会迅速下降。聚苯并咪唑(PBI)胶在较大的温度范围内，特别是在高温下能保持高的粘接强度。其它胶粘剂还有环氧-酚醛胶、聚酰亚胺胶、丙烯酸酯胶(双组分、室温固化)、环氧胶带(在121℃温度下，施加345MPa压力，固化1h)、环氧糊状胶(在121℃、接触压力下固化1h)、双组分双酚A环氧/聚酰胺固化剂体系胶(在接触压力下室温固化)。最近，美国陆军的一份研究报告对通常的军需品(指枪炮、弹药)用超高强度钢-4340钢推荐了4种表面处理方法，使用了两种不同的胶粘剂：单组分的120℃固化的环氧糊(EC-2214)和双组分室温固化的丙烯酸类胶粘剂(TAME2000)。研究发现，尽管表面处理方法不同，用EC2214粘接的接头在强度方面只存在很小差别(6%)。而使用丙烯酸类胶粘剂TAME2000，粘接强度存在很大差异(高达45%);尽管两种胶粘剂都表现出优异的耐高温性能，但EC2214在60℃基本保持不变，而TAME2000在高温下明显地比室温高。然而，在60℃，环氧仍然具有比丙烯酸类更高的强度。4.4.4钛及其合金用乐泰胶水由于钛耐高温性能好，它的主要应用领域也在高温场合下，选择胶粘剂时自然也要选用那些耐高温胶粘剂。需选用的胶有：环氧-尼龙胶、环氧-聚硫胶、改性酚醛胶、酚醛-有机硅胶、酚醛-缩醛胶、聚氨酯胶、聚酯型胶、聚苯并咪唑胶、聚酰亚胺胶和聚酰胺酰亚胺胶等。上述胶粘剂中聚合物合金胶一般可在177℃下使用，超过这温度其剪切强度会明显下降。聚酰亚胺胶使用温度可达316℃，并可提供11.0～12.4MPa的粘接强度。4.4.5铜及其合金用乐泰胶水常选用的胶粘剂有：环氧-多胺体系胶、环氧-多氨基酰胺胶、聚酯-聚异氰酸酯胶、酚醛-缩醛胶、酚醛-丁腈胶、环氧-尼龙胶、聚氨酯胶、有机硅胶、尼龙胶和丙烯酸酯类胶等。由于铜特殊的氧化特点，在正常情况下属难粘接金属。国际铜研究学会(INC-RA)为鉴定铜的粘接特性曾用环氧胶粘剂，分别对钢、铝、铜进行了粘接对比试验，对三种粘接件先后进行了长期沸水、剥离、热冲击和六个月的使用试验。试验结果表明钢、铝试样经试验后无破坏，而铜则很快破坏，有的甚至几天内逐渐破坏。环氧-酸酐体系胶和乙烯-酚醛胶等都不能提供良好的粘接强度。后来的试验表明环氧胶体系中只能选用双氰胺或三聚氰胺为固化剂的胶才能为铜提供长期的粘接强度。除环氧胶外，可成功地对铜进行粘接的胶还有聚氨酯、有机硅、尼龙-环氧、丁腈-酚醛、氯丁酚醛、厌氧胶等。4.4.6镁及其合金用乐泰胶水(1)聚合物合金胶粘剂：酚醛-缩甲醛胶、酚醛-缩丁醛胶、酚醛-丁腈胶、酚醛-氯丁胶、环氧-尼龙胶、环氧-橡胶型胶粘剂等。(2)热固性胶粘剂：环氧-多胺型、环氧-酸酐型、环氧-多氨基酰胺型胶粘剂、聚酯-聚异氰酸酯胶粘剂等。(3)热塑性胶粘剂：聚甲基丙烯酸酯胶、氰基丙烯酸酯胶、尼龙胶粘剂等。4.4.7锌及其合金用乐泰胶水常采用的胶粘剂有：环氧、有机硅、氰基丙烯酸酯、丁腈-酚醛和橡胶胶粘剂等。4.4.8铍及其合金用乐泰胶水适于铍粘接的胶粘剂有：环氧-酚醛(固化条件为：177℃，345MPa压力)、丁腈-酚醛(固化条件：177℃，压力为345MPa)、环氧(室温固化，接触压力)、环氧-尼龙、聚酰亚胺、聚苯并咪唑等胶粘剂。由于铍可在538℃以上应用，仍具备足够的强度，故在高温应用领域具有一定位置。在200～288℃空气中应采用聚苯并咪唑胶粘接，粘接体系相对稳定;低于288℃空气中应用，可选用聚酰亚胺胶粘剂，也可进行成功地粘接。4.4.9其它金属粘接用乐泰胶水①钨及其合金粘接用胶粘剂资料报道很少，已成功通用丁腈-环氧胶粘剂、有机硅胶粘剂等对钨进行了粘接。②镍通常以合金形式应用，常用的胶粘剂有环氧-尼龙、聚酰胺、酚醛-丁腈、酚醛-缩醛、多异氰酸酯、三聚氰胺和氯丁胶粘剂等。在高温结构件中粘接中可采用聚苯并咪唑和聚酰亚胺胶粘剂等。③其它金属(镉、银、金、铀等)粘接所推荐的胶粘剂为环氧胶、酚醛-环氧胶、环氧-橡胶型胶粘剂等。