傳統(tǒng)的組件連接方法包括焊接、鉚接,以及使用螺母螺栓和其他機(jī)械緊固件。設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工程師已習(xí)慣使用這些方法,但現(xiàn)在他們遇到了挑戰(zhàn),因?yàn)橐恍┬乱蛩氐某霈F(xiàn)使得這些方法存在的限制開始顯露出來。有一個(gè)因素在很多行業(yè)中都起到了關(guān)鍵性作用,即需要降低重量來減輕燃油消耗、能量損耗和產(chǎn)生的排放,這在以內(nèi)燃機(jī)或電池為能源的自供電機(jī)器和設(shè)備的制造行業(yè)中尤為突出。
要想達(dá)成這一目的,可以把由鋼鐵制造的相對(duì)較重的部件替換為較輕質(zhì)量的鋁、復(fù)合材料或塑料,并降低所用的機(jī)械緊固件的數(shù)量,或者使用更加輕薄的金屬片。
這些改變給傳統(tǒng)的連接方法帶來了挑戰(zhàn),因?yàn)楫愘|(zhì)材料、塑料和復(fù)合材料明顯無法進(jìn)行焊接;而輕薄的金屬片部件在集中放置穿過部件的緊固件(鉚釘、螺栓)的位置又容易發(fā)生變形或撕裂。在重負(fù)荷或因金屬疲勞造成金屬變形或撕裂的情況下,會(huì)導(dǎo)致部件可靠性和壽命下降,或造成緊固件之間出現(xiàn)間隙。
在傳統(tǒng)的組裝過程中也可能會(huì)造成金屬損壞,例如焊接薄金屬片時(shí)可能會(huì)造成熱變形或燒穿。而采用膠接接合面則能確保表面干凈清潔,這樣在實(shí)施最終的修整前只需進(jìn)行最低限度的表面處理即可。最終,膠黏劑可以被預(yù)先涂抹在總裝時(shí)無法進(jìn)行機(jī)械緊固的區(qū)域;而且還允許采用一些新穎的設(shè)計(jì),以便于進(jìn)一步減少重量、成本和勞動(dòng)力。
膠黏劑經(jīng)過不斷發(fā)展,現(xiàn)可在眾多應(yīng)用中替代傳統(tǒng)的連接方法,適用于裝配門和電梯等金屬板材、農(nóng)業(yè)設(shè)備、汽車、卡車和軌道護(hù)片附件等。要想成功轉(zhuǎn)換為采用膠黏劑,設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工程師必須考慮諸多因素,具體如下:
膠黏劑的選擇
市面上有各種結(jié)構(gòu)型膠黏劑產(chǎn)品可供選擇。從氰基丙烯酸酯“快干”膠黏劑到單組分(熱固化)環(huán)氧樹脂膜,選擇多元。
雖然所有的膠黏劑都有各自的用途,但在動(dòng)態(tài)應(yīng)力環(huán)境(如抗沖擊和連續(xù)振動(dòng)時(shí))下并不是所有結(jié)構(gòu)膠都適合對(duì)焊接/機(jī)械緊固件進(jìn)行替換。對(duì)于這些要求較高的應(yīng)用,只有少數(shù)膠黏劑產(chǎn)品能夠適用。
主要有三種化學(xué)物質(zhì)能夠在粘接大型區(qū)域時(shí)可提供足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(這里,我們將結(jié)構(gòu)強(qiáng)度定義為使用標(biāo)準(zhǔn)搭接剪切程序測(cè)定的超過1000 psi的搭接剪切強(qiáng)度)。
雙組分聚氨酯樹脂
經(jīng)過專門配制,一經(jīng)混合即可固化,而且通常情況下,即使粘接層較厚,也能夠在室溫下快速固化(不像單組分聚氨酯密封膠那樣,只有在接觸到空氣或基材水分時(shí)才能緩慢固化)。雙組分聚氨酯樹脂可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固粘接,而且它具有很高的柔性,能夠在緊附基材時(shí)提供相對(duì)較高的抗沖擊性和剝離強(qiáng)度。但其模量通常較低,導(dǎo)致其耐熱性相對(duì)較差。此外,在頗具挑戰(zhàn)的環(huán)境條件下(如長(zhǎng)期暴露于水分/濕氣下),為了保持聚氨酯樹脂對(duì)金屬的粘接效果,可能需要對(duì)金屬噴涂底漆。
雙組分丙烯酸樹脂經(jīng)過專門配制,可在不噴涂底涂的情況下與金屬牢固地粘接在一起(有時(shí)連金屬的去污過程和防銹油的清除過程都可以省去)。丙烯酸樹脂的耐高溫性能強(qiáng)于聚氨酯樹脂,但在低溫條件下通常會(huì)變得更脆,因而剝離強(qiáng)度和粘接力度都會(huì)降低。有些人希望通過改良配方來克服丙烯酸樹脂自身存在的限制,如加入彈性粒子和環(huán)氧樹脂等。因此,在溫度條件不是很極端的情況下,高性能的丙烯酸樹脂和丙烯酸混合物能夠滿足多種應(yīng)用需求,而且它們能快速固化并與塑料穩(wěn)固粘接,這些都是十分有用的特性。
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