粘合剂（胶粘剂）概述

目录

• 介绍
• 胶粘剂的常见类型
• 粘合剂与密封剂
• 粘合剂的基本机理
• 粘合剂的特性
• 粘合剂的选择注意事项
• 粘合剂的应用
• 关键胶粘剂术语
• 概括

粘合剂简介

粘合剂是一个总括性术语，指的是当应用于两种或多种材料或物体（即基材）的表面之间时，可用于将它们固定、固定或粘合在一起的任何物质。粘合剂在基材之间形成的连接的耐久性（即粘合强度）在很大程度上取决于特定粘合剂的特性——特别是它的粘附力和内聚力。这些特性是粘合剂的主要机制；因此，计算每种可用粘合剂的两种性能的失效点有助于确定最适合在给定技术要求和规格的应用中使用的粘合剂。粘合剂广泛应用于整个行业，用于各种住宅、商业和工业应用中的永久、半永久和临时连接目的。可以对各种可用的粘合剂进行分类和分类的一些特征包括承载能力、化学成分、反应性或惰性以及形式。这些粘合剂中的每一种都表现出不同的特性并提供不同的优点，但是，与粘合强度和内聚强度一样，特定特性或特性（以及相应的粘合剂）的适用性取决于应用。本文重点介绍粘合剂，探索可用的各种分类和类别，并解释它们各自的特性、优点和缺点。此外，它还概述了一些常用类型以及为应用程序选择粘合剂的选择注意事项。

胶粘剂的常见类型

基于上述特征，有几种不同类型的粘合剂可供选择。整个行业使用的一些更常见的粘合剂类型包括：

• 厌氧粘合剂：厌氧粘合剂是丙烯酸基粘合剂，可在没有空气的情况下固化。金属的存在加速了固化过程。这种类型的粘合剂通常具有低粘度，有液体和糊状溶液可供选择，适用于固定、密封和保持紧密配合和结构部件。
• 氰基丙烯酸酯粘合剂：氰基丙烯酸酯粘合剂，也称为“瞬干胶”，是在湿气和紫外线（UV）光存在下固化的粘合剂（例如，Krazy Glue ®，Toagosei Co., Ltd 的商标）。这种类型的粘合剂有从低粘度到高粘度的各种配方，适用于多孔和无孔基材。由于其低剪切强度，它不适用于结构应用。
• 环氧树脂粘合剂：环氧树脂通常可作为单组分和多组分系统使用。这些类型的粘合剂表现出高剪切和剥离强度（即使在极端温度和环境下），适用于间隙填充和粘合不同的基材。
• 热胶：热胶是一种通常源自热塑性化合物的热熔胶。这种类型的粘合剂表现出高水平的粘性，适用于多孔和无孔基材。通常，热胶通过冷却固化，但某些变体可以通过湿气或紫外线固化。
• 白胶：白胶是一种常见的聚醋酸乙烯酯 (PVA) 胶水，传统上用于工艺品用途（例如，Elmer’s® Glue，Elmer’s Products, Inc. 的商标）。这种粘合剂在凝固过程中需要接触和压力，适用于布料、纸板、纸张、木材和其他多孔基材。

粘合剂与密封剂

粘合剂由相似的材料组成，采用相似的机制，表现出相似的特性，并且在一些与密封剂相同的应用中使用。因此，在讨论胶粘剂时，难免会提到密封胶。如前所述，粘合剂是一种物质，通过表面附着，可用于将两个或多个基材固定、固定或粘合在一起。另一方面，密封剂是一种物质，通过表面附着，可用于填充两个或多个基材之间的空间，以形成密封或屏障，防止不同元素（例如，液体、灰尘、火、噪声等。这些定义暗示了粘合剂和密封剂之间的一些相似之处，因为这两种物质主要利用粘合特性来形成表面附着物。其他重叠特性包括一些组成材料、应用和加工要求、失效机制、物质与基材的相互作用，并且取决于所使用的粘合剂或密封剂的类型，尽管有这些许多相似之处，但工业标准通常将粘合剂和密封剂归类为两种截然不同的独立物质。这种划分主要是由于它们不同的主要功能。粘合剂的主要功能是将两个或多个基材粘合在一起，而密封剂主要用于填充空间并在两个或多个物体之间形成屏障。尽管一些粘合剂（通常称为粘合密封剂）可以同时实现粘合和密封功能，但一般来说，它们的主要功能不一定是填充空间或在基材之间形成屏障。相反，虽然一些更强的密封剂可能有资格作为粘合剂，但大多数密封剂表现出较弱的附着力并且不适合用于粘合或附着目的。所以，

粘合剂的基本机理

如前所述，粘附力和内聚力是粘合剂的主要机制。无论类型和设计如何，所有粘合剂都具有这些相同的基本特性，这些特性描述了粘合剂、基材（一旦涂上粘合剂也称为被粘物）和基材表面之间的相互作用；粘合剂的成分；和基材的成分。

附着力

粘附力是两个不同基材之间将它们粘合在一起的吸引力的量度。通过计算粘合剂表现出的粘合力水平，可以确定粘合剂和基材之间形成的附着强度，并结合内聚力的测量值，确定粘合强度。已经开发了几种理论来定义和描述这种特性，但还没有一种理论能够准确、全面地解释各种可用粘合剂的粘附力。一些最常见的粘附理论包括：

• 吸附：吸附理论指出，粘附是两种物质表面之间（即粘合剂和基材之间）分子间接触的结果。由接触产生的吸引力——例如化学键、范德华力等——将两个基板固定在一起。
• 机械联锁：机械联锁理论指出，粘附力是由于粘合剂流入和围绕两个基材表面的空腔和突起而产生的。硬化后，粘合剂会机械地将两个基材固定在一起。
• 相互扩散：相互扩散理论指出，粘附是由分子扩散到粘合剂和基材之间以及在粘合剂和基材之间扩散产生的。在某些情况下，粘合剂分子吸附到基材表面会导致化学反应，例如熔化。分子的扩散和粘合剂随后的硬化导致在粘合剂和基材之间形成结合，该结合有效地将两个基材结合在一起。
• 静电吸引：静电吸引理论指出，在给定不同的电子能带结构的情况下，粘附力是由粘合剂和基材之间的接触点（即界面）产生的静电力引起的。这些吸引力会阻止分离（即使只是暂时的），从而在粘合剂和基材之间形成附着，从而在两个基材之间形成附着。

凝聚

内聚力是物质内部将其结合在一起的吸引力的量度。该值可以指粘合剂成分或基材成分之间的粘合强度。可能影响粘合剂内聚性能的一些因素是粘合剂组分原子之间的化学键和分子间键以及分子的交联（从短链到长链）。在粘附体中，内聚力同样在构成物质的原子和分子之间发挥作用。

粘合剂和内聚失效模式

在大多数情况下，粘合剂粘合失败可归因于粘合剂本身的问题，无论是关于其粘合性还是内聚性。然而，被粘物内的内聚破坏也会导致粘合剂粘合失败。

• 粘合剂失效是由于无法在粘合剂和被粘物之间建立足够的结合而发生的。例如，给定两个由粘合剂连接然后拉开的基材，如果粘合剂仍然完全附着在一个基材上而不是另一个基材上，这将被视为粘合失败。
• 在粘合剂中，当粘合剂与被粘物的键合强于粘合剂原子和分子之间的键合时，就会发生内聚破坏。例如，回到前面两个被粘物分离的情况，如果一些粘合剂残留在两个基材的表面上，这将被认为是粘合剂的内聚破坏。
• 在被粘物内部，当粘合剂与被粘物之间的粘合键和粘合剂的内聚键超过基材原子和分子之间的键时，就会发生内聚破坏。这种情况——被称为被粘物的内聚破坏——通常发生在基材之间产生的附着点，表现为粘合剂保持完整，而基材本身会屈服于结构疲劳——即经历一些断裂或断裂。

上面提到的和下面图 1 中说明的三种情况代表了三种主要类型的粘合剂粘合失效模式。在这三种失效模式中，被粘物的内聚失效是最理想的，因为它通常表明针对给定结构完整性的给定基材正确选择和应用粘合剂。

图 1 – 粘合剂失效模式

粘合剂的特性

如上所述，所有粘合剂都具有相同的基本特性。然而，有几种不同类型的粘合剂可供使用，每一种都可以通过它们的特定特性来区分。通常对粘合剂进行分类和分类的一些特征包括：

• 承载能力
• 化学成分
• 反应性
• 形式

粘合剂承载能力

粘合剂的承载能力是指粘合剂粘合接头在不发生变形或失效的情况下可以支撑或承受的最大载荷。根据粘合剂表现出的承载能力，它可以进一步分为结构性、非结构性或半结构性。

结构胶

结构粘合剂具有高粘合强度和耐久性，能够耐热和耐溶剂并支持高负载。典型结构粘合剂的剪切强度平均超过 1000 psi。由于它们的高承载能力，这些类型的粘合剂用于长期或永久附着目的，例如在建筑应用中连接材料。

非结构胶

与结构粘合剂相比，非结构粘合剂是为轻负载而设计的粘合剂，通常不能承受长时间的环境暴露。由于承载能力低，这些类型的粘合剂通常用于短期或临时连接目的，例如将基材固定到位而不是将它们粘合在一起。然而，根据所使用的非结构粘合剂的类型，它们也可用于一些长期或永久连接应用，以及作为与机械紧固件（例如螺钉或螺栓）一起使用的辅助紧固件。

半结构胶

根据所使用的类型，半结构粘合剂是适用于结构或非结构应用的粘合剂。虽然这些类型的粘合剂可以承受比非结构粘合剂更高的负载，但与结构粘合剂不同的是，它们无法连续或长时间支撑这些更高的负载而不变形或失效。一些可用的半结构粘合剂类型与非结构和结构粘合剂的类型重叠，例如包括热熔胶、聚氨酯和其他聚合物。

粘合剂化学成分

在上一节中，粘合剂根据其承载能力进行分类，而本节根据其化学成分对其进行分类。胶粘剂的分类化学特性包括：

• 天然与合成
• 有机与无机
• 材料

天然与合成粘合剂

虽然历史上粘合剂仅由天然成分制成，但今天它们可以由天然化合物或合成化合物组成。天然粘合剂来源于动物材料、植物物质，在某些情况下还来源于矿物质。

• 动物基粘合剂由白蛋白、蜂蜡、酪蛋白、从生皮、蹄或骨头提炼的明胶以及虫胶等成分制成。
• 植物基粘合剂由糊精、天然树脂（如阿拉伯树胶、香脂等）、油和蜡（如亚麻籽油）、大豆蛋白和淀粉等成分制成。
• 矿物基粘合剂由琥珀、沥青、石蜡、硅酸盐和硫磺等成分制成。

尽管这些类型的粘合剂制造成本相对较低，并且在整个行业中不断得到应用，尤其是木材、纸张、薄膜和箔材料，但大多数常用的粘合剂都属于最近开发的合成粘合剂类别。在大多数情况下，合成粘合剂源自人造聚合物（即非天然存在的聚合物），包括热塑性塑料、热固性塑料和弹性体（有关这些化合物的更多信息将在本文后面的部分中概述——请参阅粘合剂材料）。虽然比天然粘合剂更昂贵，但这些类型的粘合剂具有更高的粘合强度和耐用性，并提供更多定制选项。

有机与无机粘合剂

虽然大多数类型的粘合剂——包括天然的和合成的——都是由有机化合物制成的，但有机和无机材料用于制造和生产粘合剂。通常，有机化合物是含有碳（通常是氢、氧或氮）原子的材料，而无机化合物是不含任何​​碳原子的材料。但是，这种划分也有一些例外。例如，不含氢、氧或氮的四氯化碳 (CCl ₄ ) 被认为是有机化合物，而含有碳的二氧化碳 (CO ₂ ) 和一氧化碳 (CO) 被认为是无机化合物.天然有机粘合剂包括动物基和植物基粘合剂，而天然无机粘合剂包括矿物基粘合剂。合成有机粘合剂包括前面提到的所有三个类别——即热塑性塑料、热固性和弹性体粘合剂——而合成无机粘合剂包括非碳基粘合剂，如水泥和砂浆。

粘合材料

如上所述，有几种不同类型的化合物可以衍生出粘合剂，包括丙烯酸、氯丁橡胶、聚氨酯、硅树脂和聚氨酯。这些不同的化合物可以分为更大的伞组，最常用的是合成材料，例如：

• 热塑性粘合剂：热塑性粘合剂不需要固化期。相反，一旦粘合剂被施加，它就会冷却（例如，在热熔粘合剂的情况下）或干燥（例如，在胶水的情况下）以在基材之间形成粘合。
  
  由于热塑性材料不需要固化期，因此它们在加热时不会发生物理或化学变化。因此，它们可以重新熔化和回收以用于未来的附件应用。虽然这种能力在长期粘合剂成本方面提供了一些优势，但它也限制了热塑性粘合剂的合适工作温度和环境条件（特别是化学和溶剂暴露）。
  
  制造热塑性粘合剂的一些化合物包括纤维素衍生物、聚丙烯酸酯、聚醚、聚砜、饱和聚酯以及乙烯基聚合物和共聚物。
• 热固性粘合剂：与热塑性粘合剂不同，热固性粘合剂确实需要固化期。当首次应用于基材时，热固性粘合剂具有短聚合物分子。然而，在固化过程中，这些粘合剂会发生不可逆的化学交联反应，将长链聚合物分子结合在一起。这种反应改变了热塑性粘合剂的物理性质和化学性质，使其硬化并使粘合剂粘合凝固。根据所用热固性粘合剂的类型，有多种固化方法，包括加热和加压，或暴露于湿气、辐射或催化剂中。
  
  由于热固性粘合剂需要一定的固化时间才能使粘合剂结合凝固，因此这些类型的粘合剂不能充分软化以重新定位或调整，也不能重新用于未来的连接应用。此外，虽然它们通常表现出更强的耐热性和耐溶剂性，并提供比热塑性粘合剂更高的粘合强度（使其适用于结构应用），但极端温度仍可能导致粘合性能下降或减弱。
  
  制造热固性粘合剂的一些化合物包括氨基塑料、环氧树脂、呋喃、酚醛树脂、聚芳烃和不饱和聚酯。这些粘合剂有多种形式，包括液体、糊状物和固体，以及单组分或多组分溶液。
• 弹性粘合剂：弹性粘合剂，例如橡胶粘合剂，可以由天然或合成弹性体制成。由于这些化合物的天然弹性、耐久性以及承受拉伸和压缩应力的能力，这些类型的粘合剂适用于需要高粘合强度的连接应用，特别是对于不均匀负载。
  
  弹性粘合剂有多种形式，包括液体、糊状物、胶带和单组分或多组分溶液。根据所用类型的组合物，可能需要固化时间来设置粘合。
• 混合粘合剂：混合粘合剂源自热塑性、热固性和弹性体化合物的混合，这些化合物表现出所选材料的优势特性的某种组合。例如，混合粘合剂可以表现出弹性体粘合剂所表现出的抗剥离性和抗冲击性，以及热固性粘合剂所表现出的高耐热性和耐溶剂性。这些粘合剂可以液体、薄膜和单组分或多组分溶液的形式提供。
• 添加剂：除了在特定类型的粘合剂中发现的标准化合物（如上所述）外，某些附件应用可能还需要添加剂来提高粘合剂的质量。例如，为了美观可以加入着色剂（如染料或颜料），可以加入增塑剂以增加柔韧性，加入填料（如云母、氧化铝、二氧化硅等）可以扩展配方，提高比性能特点。

粘合剂反应性

粘合剂的反应性是指粘合剂固化和粘合剂粘合固化的方法。根据所使用的粘合剂，有几种不同的固化方法，包括：

• 化学反应
• 溶剂损失
• 冷却

化学反应凝固

关于粘合剂，根据所使用的粘合剂，化学反应是指粘合剂对固化剂或其他催化剂的反应，例如热、湿气、紫外线 (UV) 辐射和缺氧。通过化学反应固化的粘合剂本质上是热固性的。因此，它们通常表现出高粘合强度，具有显着的耐温性和耐溶剂性，适用于结构和非结构应用。此外，它们还可用于粘合具有较大表面积的基材。化学反应粘合剂有多种形式，包括单组分和多组分溶液，以及液体、糊剂、胶带、薄膜和粉末。这种类型的粘合剂的一些例子包括丙烯酸、厌氧、氰基丙烯酸酯和环氧粘合剂。

溶剂损失凝固

溶剂型粘合剂，例如水基乳胶或其他水基分散体，由于溶剂的蒸发或扩散而固化。溶剂在这些类型的粘合剂中充当载体材料，降低它们的粘度并允许将它们应用到基材上。一旦将溶剂型粘合剂涂到基材上，溶剂就会从粘合剂中蒸发到大气中或扩散到基材中，从而使粘度增加，粘合剂变干，最终粘合剂粘合固化。这些类型的粘合剂有多种形式，包括

• 接触粘合剂：通常通过喷涂或辊涂施加，接触粘合剂是高内聚强度的粘合剂，必须应用于两个基材以形成粘合剂结合。一旦施涂到基材上，粘合剂就会经历干燥期，其中一部分溶剂会蒸发（在某些情况下，会增加热量）以增强粘合剂的粘性。一旦达到最佳粘性水平，两个被粘物必须在很短的时间内接触。在此窗口内，粘合剂的特性和压力的施加允许形成粘合。
• 压敏粘合剂(PSA)：虽然压敏粘合剂的应用类似于接触式粘合剂（即，应用于基材并使其干燥），但与接触式粘合剂不同的是，它们即使在完全凝固后仍具有永久粘性。由于这种质量，这些类型的粘合剂可以预先施加到基材（例如，薄膜、模型或其他背衬材料）上并根据需要分配。压敏粘合剂的一个常见示例是胶带。
• 树脂溶剂粘合剂：树脂溶剂粘合剂，也称为树脂粘合剂，是通常应用于多孔基材的粘合剂。孔隙率允许这些粘合剂流入和围绕基板的空腔和突起。当溶剂蒸发或扩散到基材中时，粘合剂会硬化并以机械方式将两个基材互锁在一起。
• 可再活化粘合剂：可再活化粘合剂，也称为溶剂活化粘合剂，是预先涂在基材上并干燥至非粘性状态以供储存和运输的粘合剂。根据需要，这些粘合剂可以通过应用溶剂重新激活（即再次变粘），这允许在给定接触和压力的情况下将基材粘合在一起。这种类型的粘合剂的一个常见示例是湿气激活邮票。

冷却凝固

通过冷却固化发生在经受熔化条件的固体粘合剂（通常是基于热塑性的粘合剂）中。熔化粘合剂可使它们软化、流出并涂敷到基材上。涂抹后，熔化的粘合剂冷却并硬化，在基材之间形成粘合。采用这种加热熔化应用方法的粘合剂的一个例子是热胶。

粘合剂形式

如上所述，粘合剂有几种不同的分类和类别，每一种都表现出不同的特性和特性。根据所使用的粘合剂，它们还具有各种物理形式，包括：

• 液体（无溶剂）
• 膏状（无溶剂）
• 溶剂型
• 坚硬的

液体和糊状粘合剂均有单组分或多组分无溶剂溶液可供选择。溶剂型粘合剂通常呈液态，但与一般液体粘合剂类别分开分类，因为它们需要额外的使用条件，即有利于通过蒸发或扩散（溶剂损失）固化的材料和环境。固体粘合剂有多种不同的形式，包括片材、粉末以及各种形状和预制件。下面的表 1 按形式概述了粘合剂的一些特性，并提供了一些示例。

表 1 – 粘合剂的特性和示例（按形式）

粘合剂的选择注意事项

虽然有多种类型的粘合剂可供使用，但每种类型对附着或粘合基材的适用性取决于应用的规格和要求。行业专业人士在为其应用选择粘合剂时应牢记的一些因素包括：

• 应用：附件应用的规格和要求在很大程度上决定了最适合使用的粘合剂的分类。例如，如果应用需要支撑重负载，则可能需要结构粘合剂；而如果应用主要是美学或涉及较轻的负载，则非结构或半结构粘合剂可能就足够了。要记住的其他一些应用要求是粘合剂需要承受的应力类型（例如，剪切、拉伸、压缩、剥离、劈裂等），因为这些会影响粘合剂粘合是否以及何时失效。
• 环境: 粘合剂所处的环境条件会影响粘合强度的减弱。需要考虑的一些环境因素可能会影响粘合剂的特性和性能，包括温度、湿度、天气、辐射、酸度和碱度以及生物制剂。根据环境条件，可以使用能够承受它们的粘合剂，例如耐火胶和高温粘合剂。
• 生产：涉及粘合剂的生产阶段不仅包括应用和固化阶段，还包括储存、处理和处置阶段。需要牢记的一些生产因素包括粘合剂的保质期和工作寿命、应用和固化（如果适用）所需的条件和方法，以及安全使用和处置所需的标准和规程。
• 基材：为了适当地建立粘合剂结合，粘合剂必须与基材相容——即，粘合剂被吸引并且可以通过一种或多种粘合方法粘附到基材上。一些粘合剂甚至根据它们兼容的基材类型进行分类。例如，泡沫粘合粘合剂用于将泡沫基材粘合在一起，金属粘合粘合剂用于将金属基材粘合在一起，以及橡胶与金属粘合粘合剂用于将橡胶粘合至金属基材。
• 成本：粘合剂的成本不仅包括物质的初始价格，还包括人工成本、分配、应用和（如果适用）固化设备，以及固化和加工时间（停机时间）。虽然必须选择能够有效满足应用要求的粘合剂，但考虑所选粘合剂的总体成本以更好地确定是否值得投资也很重要。
• 其他：除上述因素外，其他需要考虑的因素包括粘合区域的尺寸和标准或质量要求。

粘合剂的应用

粘合剂在整个行业中用于粘合和连接各种基材。有多种类型的粘合剂可供使用，并在广泛的行业和应用中使用（并按其分类），包括：

• 航天胶粘剂
• 服装、服装和服装粘合剂
• 家电胶
• 汽车胶粘剂
• 布料、织物和纺织品粘合剂
• 暖通空调粘合剂
• 医疗器械粘合剂
• 光学胶
• 包装胶

关键胶粘剂术语

被粘物：该术语用于指代粘合剂后的基材附着力：粘合剂和基材之间附着强度的量度粘合剂失效：该术语用于描述由于无法在粘合剂和被粘物之间建立足够的粘合而导致的粘合失败粘合强度：根据抵抗由粘合剂粘合的两个基材分离的累积力（包括粘附力和内聚力）和应力总量（包括张力、压缩、剥离、剪切等）来衡量附件的耐久性.-需要克服这些力量内聚力：粘合剂内附着强度的量度（即粘合剂组分之间的化学键和分子间键）内聚破坏：该术语用于描述由于粘合剂与被粘物之间的键合强度超过粘合剂原子和分子之间的键合强度而导致的粘合破坏（粘合剂内聚破坏）或被粘物（被粘物的内聚破坏）。界面：在粘合接头内，粘合剂与被粘物之间的接触区域接头：两个基材通过粘合剂粘合在一起的位置保质期：粘合剂在制造后可以储存并保持适用于附件应用的时间基材: 应用粘合剂的材料或物质工作寿命：从粘合剂混合和计量到粘合剂不再适用于附件应用的点之间的时间量。