在設計和裝配領域,制造商越來越普遍地開始采用塑料或復合材料替代傳統金屬材料,生產工藝也在不斷進化以適應由材料變革帶來的潛在挑戰。
從全金屬裝配轉變為采用塑料和復合材料,這一趨勢會帶來很多世所公認的優勢。比如:
· 在裝配中采用塑料和復合材料可以提高耐用性
· 帶來全金屬設計難以實現的美學價值
· 使用這些替代材料設計出的產品總體重量更輕,從而可以節省大量運輸成本和能源
· 減少所需的表面處理和噴涂工作,因此可以降低生產成本
雖然鉚釘和螺栓在金屬與金屬的接合中發揮著至關重要的作用,但對塑料或復合材料的接合效果欠佳。這些傳統的機械緊固件存在損壞非金屬基材的風險,而且會將所有承載力集中于一點上。這對韌性更強的塑料或復合材料來說可能存在更大的破壞力,就塑料來說,承載力可能會導致通孔擴大;就復合材料而言,在進行鉆孔時可能會導致開裂。此外,緊固件通常還會導致不夠美觀。
各種塑料焊接工藝也在現實操作中受到了很多限制。在某些情況下,異質塑料或塑料和金屬的粘接工作會存在如下問題:
· 初始設備成本較高
· 使用的部件幾何形狀受限
· 有時仍然需要進行額外的表面處理
作為替代方案,膠黏劑和膠帶越來越受到制造商的重視。膠黏劑和膠帶粘接解決了很多技術問題,例如,能夠以低設備成本粘接幾乎任何幾何體;均勻分布應力于整個粘接層,而不是集中于某幾個點;可以同時粘接和密封任意基材組合。
雖然膠黏劑非常適合各類裝配工作,但也要有針對性地為手頭的項目選擇合適的膠黏劑。以下介紹幾種常見的使用膠黏劑和膠帶粘接塑料及復合材料的方法。
常規塑料和復合材料粘接
針對重負荷應用情況,如體育器材或車輛的高應力組件,可能需要結構膠黏劑來確保高界面結合強度和高承載性能。例如,環氧樹脂對基于環氧樹脂的復合材料就具有良好的粘接效果。
對于輕負荷應用情況,如塑料裝飾和成型,比較便捷和經濟的選擇就有特種熱熔膠黏劑或膠帶,如 3M? VHB?丙烯酸泡棉膠帶或薄雙面膠帶。氰基丙烯酸酯快干膠能夠快速而牢固地粘接小部件,在醫療設備和玩具等行業應用廣泛。
但是,有些難以粘接的材料可能需要額外注意才能達到優異的膠粘效果。例如,低表面能 (LSE) 塑料或復合材料,以及泡沫塑料之類的敏感材料。
低表面能 (LSE) 塑料
雖說膠黏劑和膠帶通常能夠達到不錯的粘接效果。但傳統上,若要有效粘接 LSE 塑料,還需要付出大量的時間和精力完成表面處理步驟,如進行底涂劑、等離子或電暈處理,以便將基材表面活化。幸運的是,特種膠黏劑和膠帶無需昂貴的表面處理步驟即可粘接這些材料。
3M? Scotch-Weld?結構塑料膠黏劑 DP8010 Blue 就是一種特種膠黏劑,它可以在各種應用中粘接 LSE 塑料,包括醫療設備和小型發動機工具的面板。與傳統方法相比,特種膠黏劑更為理想,因為它們允許使用幾乎任意基材的組合,還可以隨時修改設計,而不會產生過高的額外費用。
3M? 300LSE,這是另一種久經考驗的塑料裝配解決方案,已經在市場上廣泛應用,比如電子和汽車行業。3M? 300LSE 等壓敏膠黏劑經專門設計,可成功解決聚丙烯與其他塑料難以粘接的問題。這些壓敏膠帶可以快速粘接,而且具有充分的耐熱性和耐濕性。壓敏膠帶還允許在裝配中廣泛使用各種適宜的基材。
膨脹泡沫
EPS 泡沫特別不要求太強的膠黏劑,只需與基材一樣堅固,因此通常會選擇采用不溶解 EPS 的壓縮氣體和溶劑的低強度噴霧膠黏劑。網狀噴霧使膠黏劑能夠在表面上立起,這在建筑領域有助于抵消因使用 EPS 泡沫導致的不平整和表面粗糙。
低溫熱熔膠黏劑也是一種粘接膨脹泡沫的材料。這些膠黏劑可以在數秒內產生前所未有的強度和粘接性,而且隨著生產工藝的進步,這一時間會更短。此外,低溫熱熔膠還具有高耐熱性和低蠕變性。
與在 350°F (177℃)左右的溫度下應用的標準熱熔膠黏劑相反,低溫熱熔膠不存在將膨脹泡沫結構熔化的風險。低溫熱熔膠可提供與標準熱熔膠相同的耐熱能力,但它采用的聚合物共混物熔點更低。
特種低溫熱熔膠黏劑是為控制不規則空間而設計的,這些空間包括多孔、曲面或三維空間。由于這一原因,低溫熱熔膠非常適合用于家具和產品裝配、包裝、泡沫墊片和臺面展示架等應用。