張偉崗

摘要：近年來膠接技術發(fā)展日益成熟，迅速發(fā)展完善的有機膠粘劑在工業(yè)生產領域中的應用范圍越來越廣，同焊接、機械連接共同構成了當代主要連接技術，文章主要對膠粘劑技術在化工設備生產中的應用進行了研究，在介紹了國內膠粘劑現狀（包括消費、生產等）的基礎上，闡述了化工設備生產中膠粘劑的實際應用情況，并對包括氰基丙烯酸酯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、輻射固化等在內的主要膠粘劑產品進行了重點綜述研究進展。

關鍵詞：膠粘劑;化工設備生產;氰基丙烯酸酯;應用分析

中圖分類號：TQ437 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）12-0009-03

不同種類的膠粘劑具備不同的功能（包括離溫、密封、結構固化等），包括室溫固化膠、壓敏膠等工藝類型。異種及薄片材料通過膠合劑的使用實現相互連接，并能夠確保應力在膠接處的均勻分布。環(huán)氧樹脂、氯丁橡膠、密封膠在制造及修理集裝箱中較為常用。合成膠粘劑包括主劑（即主料、基料或粘料）和助劑（包括固化劑、稀釋劑、填料、增稠劑、增塑劑、阻燃劑、穩(wěn)定劑、絡合劑等）。國內的膠粘劑產量和消費規(guī)模不斷擴大，應用范圍覆蓋了多個領域（包括制造、家具、建筑、汽車、電氣、包裝等），在化工設備生產中對設備及管道采用膠粘劑進行修復應用廣泛（包括使用膠粘劑進行枯接密封及不停車堵漏），成為膠粘劑應用的一個重點領域[1]。為順應快速發(fā)展的科技趨勢及環(huán)保要求，對膠粘劑進行優(yōu)化和完善使其環(huán)?；?、水性化及使用性能滿足不同領域的使用需求已成為目前研究的熱點之一。

1 現狀分析

作為膠粘劑的生產和消費大國，國內企業(yè)已具備了生產通用膠粘劑的技術能力（一些企業(yè)生產的高性能產品有自主知識產權），產品種類和質量也在不斷創(chuàng)新完善，目前的膠粘劑生產及使用領域存在的主要問題在于。

1）膠粘劑行業(yè)市場集中度低，生產規(guī)模較大的企業(yè)大多分布于經濟發(fā)達地區(qū)，使膠粘劑使用及發(fā)展不均衡。

2）膠粘劑產品的結構不均衡，以中低端、低附加值產品為主，存在部分產品產能過剩的問題;創(chuàng)新力度不足，高端高附加值產品（芯片膠、風電用PU膠等）的技術水平有待提升，高端產品開發(fā)成本極高，缺乏綜合市場競爭力。

3）膠粘劑除了需具備較高的穩(wěn)定性和可靠性，市場對膠粘劑產品的環(huán)保性能要求不斷提高，主要應用領域（汽車、光電和包裝等）的大型企業(yè)對膠粘劑性能的要求不斷提高，國內膠粘劑產品中占比較大的為溶劑型，日漸完善的行業(yè)標準及環(huán)保體系促使低溶劑型、水性產品成為未來膠黏劑的發(fā)展趨勢[1]。面對急需解決的技術、市場及環(huán)保等問題，膠粘劑行業(yè)企業(yè)需構建并完善行業(yè)標準化水平（包括生產、產品質量及使用流程等），加強技術創(chuàng)新，提升具有自主知識產權產品的市場競爭力，兼顧市場經濟和環(huán)境保護，提升產品的環(huán)保性能，注重對高性能、環(huán)保型膠粘劑產品的研發(fā)，促進膠粘劑行業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。

2 化工設備生產中膠粘劑的應用分析

實際化工設備生產中不可避免設備同腐蝕性介質的接觸，強度及模量較高且耐熱的鋼材抗腐蝕性較差，非金屬材料雖大多不具備金屬材料的優(yōu)勢（尤其是物理機械性能）但在耐腐蝕方面表現出了極大的優(yōu)勢，因此復合材料成為化工設備生產廣泛應用的材料（如蚊鋅、踱鋁、鋼襯塑料/橡膠玻璃、鋼涂涂料、搪瓷等）。傳統(tǒng)工業(yè)制造復合材料以機械方法為主（包括焊、釘、鉚、電艘法、粘接法等），但在連結金屬和非金屬方面粘接法效果更加，其中合成樹脂膠粘劑在化工中較為常用（如環(huán)氧、酚醛、環(huán)氧一聚酞胺、聚酯、合成橡膠等）。

2.1粘接技術的優(yōu)缺點

同質或異質的制件、材料通過使用膠粘劑或粘合劑（有機/無機、天然/合成）即可實現相互連接，膠粘劑屬于固化后具有較大強度的一類物質，如包括硅/磷酸鹽等在內的無機化合物;包括淀粉、天然橡膠、骨膠等在內的天然高分子化合物;包括熱固性樹脂（如環(huán)氧樹脂、聚胺酯等）、熱塑性樹脂（如聚乙烯醇縮醛等）及合成橡膠（如氯丁、丁腈橡膠）等在內的合成高分子化合物。在實際應用過程中經常需以具體使用要求為依據將輔助材料（包括增強劑、固化劑、促進劑、填料等）添加到膠粘劑中實現相應功能[2]。同其它連接方法相比，發(fā)展迅速的膠粘劑的主要使用優(yōu)勢表現在以下4個方面。

1）粘接性不受材料性質的限制，通過焊接及其他機械方法則難以有效連接不同性質的材料（如金屬同玻璃、塑料、陶瓷間），使用膠粘劑即可解決這些問題。

2）剪切強度大，在使用膠粘劑粘接后負荷由整個粘接面共同承受從而增加了剪切強度。

3）粘接結構重量輕且疲勞強度高，承受負荷狀態(tài)下應力分布在粘接結構的整個粘接面上，顯著提高了疲勞壽命。

4）可在禁火區(qū)施工，受到化學反應自身限制，許多易燃、易爆物質在化工設備生產過程較為常用，需停產置換后才可使用焊補，而使用膠粘劑則無需置換（部分粘補可不停車進行），顯著提高了經濟性和便利性。目前粘接技術仍然存在一些問題，包括控制粘接質量及后續(xù)粘接質量的檢查的難度較大（缺少科學高效的無損檢驗方法），并且粘接的剝離強度較低，以有機高分子作為主要材料的膠粘劑存在老化及使用溫度受限的問題。在粘接不斷發(fā)展的過程中，需對不同的粘接工藝特點進行充分掌握，以便根據實際需要揚長避短，逐漸彌補膠黏劑的不足和向題。

2.2粘接性能的影響因素

2.2.1合理選擇膠粘劑

目前膠粘劑種類繁多，各自性能不同，對膠粘劑進行合理選擇成為基礎環(huán)節(jié)，實際化工設備防腐膠粘劑的選擇以樹脂的防腐性能、環(huán)境溫度為主要依據，例如聯堿部分可使用環(huán)氧、聚氨醋等膠粘劑，若設備和管道裸露在外，耐候性及彈性較差的環(huán)氧則不適用，可選用聚丙烯酸、改性氯化橡膠。傳統(tǒng)針對機械、法蘭等采用固體墊片的各類靜密封逐漸被液體墊片一膠粘密封的方式取代，對具體的使用部位選擇密封膠時需以其溫度、壓力、介質、活動性等為重點考慮因素，厭氧膠適用于緊固密封微孔、軸承外套、螺絲等，如較為常用的不干性的MF-1、干性可剝型的厭氧膠609、半干性的603等，MF-1和603具備使用拆卸方便的優(yōu)勢，609則適用于高溫且無需經常拆卸部位。修復設備時需兼顧使用部位的溫度壓力及接觸介質，據此完成不同膠粘劑的選用（如耐水膠、油面膠、快干膠等），較高壓力情況下需進行機械加固。通過耐磨膠的使用可實現磨損機械尺寸的恢復[3]。

2.2.2表面處理

在使用膠粘劑前大多需對被粘物表面進行處理，是確保粘接成功的關鍵，被粘物表面的雜質必須去除（包括鐵銹、雜質、油污和水份），根據實際需要進行打磨以確保被粘物表面合適的粗糙度，如碳鋼在去銹后采用丙酮擦洗干凈，不銹鋼需先進行脫醋再分別使用濃鹽酸、30%的雙氧水、40%的甲醛和水進行處理后洗凈干燥，經表面處理處理后更有利于膠粘劑粘接性能的充分發(fā)揮。對于部分如塑料、采四氟乙烯等的難粘的低能表面，為避免前期的特殊處理過程需采用專用膠粘劑，塑料（如聚烯烴、氯化聚醚等）需進行氧化處理。

2.2.3粘接方式與工藝

不同的粘接方式對應不同的強度，通過前期合理設計粘接接頭可確保接頭以剪切力作為其所承受的大部分負荷，使減少剝離和劈開力得以有效減少或避免，從而防止層狀材料的剝離。

1）溫度和時間，除少數種類外（如丙烯酸醋類、環(huán)氧類）膠粘劑大多離不開加熱（為膠粘劑提供能量，促進分子間的交聯聚合）和固化（實現高內聚強度結構的形成）的操作環(huán)節(jié)，根據膠粘劑種類確定加熱溫度，合理范圍內偏高的溫度通常有利于粘接強度（尤其是高溫環(huán)境下），初始時溫度上升速度通常較慢，當進行激烈的聚合反應時需適當降低上升速度。緩慢的冷卻速度適用于熱處理后;溫度和時間是固化條件的重要影響因素，充分的膠層固化需確保充足的時間（注意過長時間會使生產效率降低），在一定范圍內，提高溫度并縮短時間的效果可通過延長時間并降低溫度實現。室溫固化的膠粘劑其粘接強度同時間長度成正比，合理范圍內溫度的提高可顯著縮短時間。

2）壓力，在粘接施工中施加一定的壓力可提高粘接強度，在壓力下膠粘劑會產生流動，固化粘接件時通過壓力的施加實現粘接結合面、接頭和膠層間的充分粘合，在順利進行浸潤滲透的基礎上使膠層或界面中的水分、氣泡得以有效消除，從而使膠層更加均勻緊密[3]。

3）膠層的厚度，隨著膠層厚度的減少粘接強度通常會有所提升，各類膠粘劑的適宜膠層厚度大多在0.05～0.25mm區(qū)間內，厚度較大的膠層提高了增加界面上缺陷的概率，進而導致強度降低。受到熱膨脹系數差的影響，樹脂的內應力在加熱、冷卻時因發(fā)生膨脹、收縮而增大，從而使強度降低，因此需確保膠層厚度的合理。

3 主要膠粘劑研究進展

3.1 PU膠

PU膠在建筑、包裝、制鞋及交通運輸等領域應用較為廣泛，目前存在高端產品不足的問題，為順應市場及環(huán)保需求，PU膠正逐漸向水性化和高性能化發(fā)展，WPU膠粘劑（水性聚氨酯）的主要缺點為耐水和耐熱性差、固化速率慢、黏度小，為擴大其應用領域需進行改性處理，目前以交聯、共混、共聚及助劑等改性方法較為常用，其中共聚改性研究以采用EP、有機硅、含氟化合物為主，例如，一種醫(yī)藥包裝WPU膠粘劑的制備方法，原料主要使用了異佛爾酮二異氰酸酯、二羥甲基丙酸等（郝小芳等）;將PU通過改性丙烯酸樹脂的使用完成改性過程后獲得的WPU膠粘劑的耐高溫性能得以有效提高（韋永好等）;將PU同丙烯酸酯、巴豆酸酯等發(fā)生反應后完成了PU的水性分散體的制備，所獲取的膠粘劑具備熱活化及可重復使用的優(yōu)勢（Achten等）。高強度、耐高溫、阻燃是PU膠需具備的高性能，通過將磷酸三苯酯加入到二異氰酸酯一三羥甲基丙烷加成物水分散液中，完成阻燃耐水低揮發(fā)性產品的制備（張君俠等）[5]。

3.2 EP膠粘劑

EP在建筑、汽車、儀器儀表、熱水器等領域應用較為廣泛，目前國內企業(yè)生產的EP膠粘劑大多用于建筑行業(yè)，汽車及電子電氣行業(yè)仍依賴于進口，環(huán)保及高性能的EP膠粘劑是研究重點。經過改性后的EP膠粘劑在擴大粘接基材范圍的同時，其韌性和靈活性得以顯著提高（如環(huán)氧聚氨酯、環(huán)氧丙烯酸酯改性等），例如，通過硅鈦預聚物接枝改性EP（主要使用鈦酸酯和二羥基硅烷獲取）制備硅鈦復合改性EP膠（王岳峰等），該產物具備較高的粘接強度（室溫下的剪切及剝離強度分別可達30MPa、3kN/m）及良好的熱老化性能;通過對EP膠使用有機硅進行改性實現了剪切強度的顯著增強（黃強等）;一種耐高溫磷溴型無溶劑EP膠也已成功制備（虞鑫海等）;一種凝膠時間可控的EP膠粘劑的制備實現了5min～24h的凝膠時間的控制，擴大了膠粘劑的應用領域[4]。

3.3輻射固化膠

該類膠粘劑在電子電器、光學、玻璃等領域應用較為廣泛，輻射固化膠粘劑產品的性能有待提高和改進，重點方向為：提高附著力及內聚力，降低空氣/濕氣敏感性，在縮小涂層厚度的同時使聚合物穩(wěn)定配向技術水平得以有效提高，例如，使用聚酯丙烯酸酯、聚硅氧烷丙烯酸酯等完成膠粘劑的研制，通過紫外光照射該膠粘劑無需使用濕氣即可完成固化和封裝過程（黃戰(zhàn)光等）;通過一種引發(fā)劑體系復配膠粘劑（包括陽離子型及輻射固化白由基型，輔以適量丙烯酸酯高聚物）提高了粘接強度和耐候性，使現有技術中膠粘劑內應力不確定及耐久性差問題得以有效解決（陳云傳等）[5]。

3.4氰基丙烯酸酯膠粘劑

該膠粘劑在工業(yè)消費品、汽車、醫(yī)療等行業(yè)應用較為廣泛，因存在固化慢、強度及黏度較低等不足而需對氰基丙烯酸酯膠粘劑進行改性，漢高的樂泰435產品具有較高的剝離強度及較強的耐沖擊性。通過使用ASA作為增稠劑和增韌劑實現了在不影響膠粘劑固化速率的同時，膠粘劑耐熱/濕、抗老化性能的有效提高（聶聰等）。通過由有機聚合物和氰基丙烯酸酯組成的膠粘劑的制備實現了該膠粘劑強度、水解及儲存穩(wěn)定性的有效提高，更加適用于空隙充填性粘接（Bachon等）[5]。

4 結語

作為一種新工藝技術粘接技術成本低、見效快、經濟高效、節(jié)能環(huán)保，以粘料為主劑的膠粘劑能夠將材料（包括同類和不同類）緊密結合在一起，同時需輔以使用其他助劑配制（包括各種固化劑、烯釋劑、增塑劑和填料等）。目前在工業(yè)及化工設備等生產領域中，除通過新材料的研制和使用實現設備防腐功能的有效提升外，對具備種類豐富、成本低且操作簡單等優(yōu)勢的膠粘劑進行推廣應用已經成為制造及檢修相關設備的有效手段，有利于設備泄漏問題的避免及使用壽命的延長。

參考文獻

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[2]段海波，范多青，李超，等.水性膠粘劑防腐劑檢測方法的研究進展[J].山東化工，2017（12）：72-73.

[3]Wenshu GJao， Cheng Li， Jianwu Li， etaI.Effect of theCrosslinking Agent Content on the Emulsion Polymeriza-tion Process and Adhesive Properties of Poly （N-ButylAcrvlate-Co-Methacrylic Acid）.Journal of AdhesionScience and Technology， 2018（07）：2031-2064.

[4]Hai Bo Xu， Jeong Hun Kim， Sangtae Kim， etal.Dou-ble layered dielectric elastomer by vapor encapsulationcasting for highly deformable and strongly adhesive tri-boelectric materials.Nano Energy， 2018（7）：145-153.

[5]陳衛(wèi)東，張鵬云，陳艷麗，等.高性能環(huán)氧樹脂膠黏劑研究概況[J].化工科技，2016（03）：81-85.