被粘材料的表面处理与胶接

被粘材料的表面处理与胶接被粘材料的表面处理与胶接 一 表面特性的影响 1 清洁度 金属表面吸附着一层内聚强度低的表面能低的污染层和氧化膜 这将降低胶接强度 一 般地 金属表面干净时 接触很小甚至为零 材料处理后接触随时间而变化 在空气中易受环境气氛的污 染 接触角升高 约 5H 后接触角趋于稳定 表面处理前后的接触角和胶接强度 金属 处理方法 接触角 度 剪切强度 Mpa 铝 未处理 脱脂 H2SO4 Na2Cr2O7 H2SO4 Na2Cr2O7 高温烘 67 67 0 78 17 2 19 3 36 3 25 5 不锈钢 未处理 脱脂 H2SO4 Na2Cr2O7 50 75 67 10 36 6 44 3 49 7 钛 未处理 脱脂 H2SO4 Na2Cr2O7 50 75 61 71 10 9 5 22 4 43 2 2 粗糙度 被粘材料表面用纱布打磨或喷砂处理 适当地将表面粗化均能提高胶接强度 糙化过程去除 原先存在的表面层 形成新的表面层 净化 而且喷砂表面比抛光表面有更大的实际胶接面积 表面太 粗糙反而会降低胶接强度 因为过于粗糙的表面不能将胶粘剂良好侵润 凹处易残面空气对胶接不利 Upa 胶粘剂 重量比 固化条件 C H 喷砂 抛光 70 30 74 16 58 3 27 8 60 40 74 16 57 7 34 6 环氧 聚酰胺 50 50 74 16 59 0 38 2 环氧 DTA 100 10 60 96 85 0 61 9 3 表面化学结构 表面的化学组成与结构对被粘材料的胶接性能 耐久性能 热老化性能等都有重要影 响 而表面结构对胶接性能的影响往往是通过改变表面层的内聚强度 厚度 孔隙度 活性和表面能来实 现 用铬酸酸蚀铝表面后 将铝试样侵泡在 60 C 蒸馏水中清洗 很容易在表面生成以 AL2O3 3H2O 为主 的氧化铝水合物 其内聚强度较低 厚度 103A 使接头出现破坏 强度大大降低 并且能在铝试片表面 观察到单晶或粉末状图谱以及虹色干涉现象 在热自来水中清洗时 填充效率很低 水合物生成较少 其 表面看不到虹色或单晶图谱 胶接强度较高 因此 要得到高剥离强度 铝表面氧化物应该是无水的 铬酸蚀后清洗条件 Mpa 破坏类型 电子衍射法 外观 自来水 60 C 20 6 内聚 无图谱 无色 90 C 20 0 内聚 无图谱 无色 60 C 6 4 粘附 单晶图谱 虹色 蒸馏水 90 C 5 8 粘附 粉末状图谱 虹色 二 表面处理方法 1 溶剂碱液和超声波脱脂法 溶剂脱脂法 常用擦洗法即用无油棉花 脱脂棉 沾溶剂如丙酮 汽油 甲苯等直接擦洗被粘材料表 面 碱液脱脂法 采用热碱液中 处理油污表面 如 30 55 磷酸钠 Na4P2O7 10 50 NaOH 10 6 Na2CO3 或 30 85 的碱性硅酸盐 NaOH 虽是强碱 由于其润湿性能并不太好 又不易漂洗干净 其 效果不如碱 性硅酸盐 碱性硅酸盐由 SiO2 和 Na2O 混合 比例为 1 2 时清 洁效果最好 比例为 1 1 时 适用于铝材的清洁 超声波脱脂法 一般部件放在功率为 20 瓦 cm2 的超声波中处理 20 60 秒即可得 到足够清洁表面 2 机械加工 打磨和喷砂 砂纸打磨操作简便 但均匀性较差 难以得到相同的重复效果 喷砂法能迅速简便的清除表面的污物 并产生不同粗糙度的表面 3 化学腐蚀法 被粘材料经上述处理后须放在酸液或碱液中进行化学腐蚀处理 这可进一步除去表面上的残留污物 并使表面生成具有良好内聚强度的活化或钝化氧化层 严格控制水的纯度 4 涂底胶法 在处理好的表面上 先涂一层很薄的底胶 以改进胶接性能 5 等离子体法 用等离子体法处理 PE 聚丙烯 聚四氟乙烯等难粘材料的胶接强度大大提高 这是因为表面处理后 接触角降低 极限表面张力增加 因而改进胶粘剂对其侵润和粘附力 胶接强度 Mpa 胶接强度 材 料 未处理 处理后 材 料 未处理 处理后 高压 PE 2 2 22 0 聚酯 B 4 3 8 3 低压 PE 2 5 10 3 聚氟乙烯 2 0 9 0 尼龙 6 6 0 27 8 聚碳酸酯 2 9 6 5 PS 4 0 28 2 聚丙烯 2 6 21 7 聚酯 A 3 7 11 7 聚四氟乙烯 0 53 5 3 三 各种材料的表面处理与胶接 1 金属材料 1 1 铝合金 按脱脂 碱液处理 铬酸酸蚀处理法 溶剂脱脂法只能除去铝表面的污物使表层 的自然氧化变得干净 碱液法除去油污 又将表层自然氧化膜溶解在碱液中 并形成新的氧化膜 酸蚀法 处理能溶解表层的自然氧化膜 并再生成一层致密而坚硬的氧化膜 膜厚为 1 3um 内聚强度高 吸附力强 因而胶接性能良好 酸蚀处理后的表面常是在自来水中漂洗干净 并出现一层均匀水膜 待擦净并在 70 C 以下烘干 2Al OH 3 3H2SO4 Al2 SO 4 6H2O Na2CrO7 H2SO4 Na2SO4 2CrO3 H2O 2Al 2CrO3 Al2O3 Cr2O3 美国标准处理 H2SO4 重铬酸钠溶液配方 Na2CrO7 1 2 4 66 71 C 10 12 分 浓 H2SO4 10 22 4 66 71 C 10 12 分 蒸馏水 30 73 2 66 71 C 10 12 分 英国标准处理配方 Cr2O3 5 或 0 60 65 C 30 分 Na2CrO7 0 或 7 5 60 65 C 30 分 浓 H2SO4 127 3 或 27 3 60 65 C 30 分 蒸馏水 67 7 或 65 5 60 65 C 30 分 1 2 碳钢 在潮湿的空气易氧化生成 Fe2O3 n H2O 1 溶剂脱脂 在浓 HCL1 份和 H2O1 份溶液中室温浸泡 5 10min 聚合漂洗干净 擦干 烘 干 93 C 10min 2 溶液脱脂 在 Na2CrO7 4 份 浓 H2SO4 10 份 和 30 份蒸馏水溶液 71 77 C 下浸泡 10min 其余同 1 3 溶液脱脂 在硫酸酸钠 30 份 洗衣粉 3 份 和水 96 7 份 中于 60 65 C 下浸泡 5 10min 漂洗干净并在 100 105 C 烘干 1 3 不锈钢 1 脱脂后在 100 份浓 H2SO4 和 3 份 Na2CrO7 溶液中于 60 65 C 下浸泡 15min 洗净烘干 2 脱脂后在 100 份浓 HCL 4 份 H2O2 30 20 份甲醛 40 和 90 份 H2O 中于 65 C 浸 泡 10 分钟 洗净后放在浓 H2SO4 100 份 Na2CrO7 10 份 和 H2O 30 份 于 65 C 下浸泡 10min 洗净烘干 3 脱脂后在浓 HCL 2 份 六次甲基四胺 5 份 H2O2 1 份 和 H2O 20 份 中于 65 70 C 浸泡 10min 洗净烘干 1 4 钛合金 1 脱脂后在 2 7g H2O2 50 9 6NaOH 和 1000mlH2O 中室温处理 1 2H 洗净烘干 2 脱脂后在 841ml 浓 HCL 63ml 浓 HF 酸和 89mlH3PO4 中室温浸泡 2min 洗净烘干 82 93 C 下 10 15min 选用胶粘剂有环氧 酚醛 聚酰亚胺 聚苯并咪唑等高温胶 1 5 镁合金 镁合金是很轻的金属 其表面活性大易生成氧化膜 镁较耐碱 但易与甲酯反应 因 此脱脂溶剂只能用丙酮 三氯乙烯等 1 脱脂后在 NaOH 80 中于 60 80 C 下浸泡 5 10min 洗净放在 1 8 份 Ca NO3 2 24 份铬 酸 123 份 H2O 中于室温浸泡 5 10min 洗净烘干 2 脱脂后在 Cr2O3 17 份 NaNO3 20 份 105 份醋酸和 100 份 H2O 中于室温浸泡 3min 洗净烘干 选用 EPOXY 聚酰胺或 EPOXY 橡胶型胶粘剂 1 6 铜 铜在潮湿环境中易被腐蚀 尤其用乙二胺或 DTA 固化的环氧胶对铜的腐蚀作用更大 1 脱脂后在混合溶液中室温浸泡 3min 洗净干燥 立即使用 混合溶液为浓 HCL FeCL3 H2O 50 20 30 2 脱脂后在溶液 HNO3 中浸泡约 15min 并擦洗至所有腐蚀处消失至净 烘干立即使用 选用 EPOXY 聚酰胺 有机硅 酚醛 氯丁胶和丁腈胶等 1 7 锌 1 脱脂后在 HCL 6 中于室温浸泡 4min 洗净干燥立即使用 2 脱脂后在混合溶液中 38 C 浸泡 5min 洗净烘干 混合溶液为 Na2CrO7 浓 H2SO4 H2O 1 2 8 甲环氧 聚胺酯 有机硅 酚醛等胶接 2 高分子材料 2 1 高分子材料难粘的原因 A 表面性能很低 难以完全浸润如硅橡胶 PTFE 等 B 表面为非极性的 与胶粘剂之间作用力低 表面易吸脂和其他低分子物质 去除困难 热膨胀系数较高 易产生热应力 材料模量低 在界面易发生应力集中 选用溶解度参数与被粘材料接近的胶粘剂 表面处理 以便提高胶接强度 2 2 含氟高聚物 聚四氟乙烯 PTFE A 钠 萘 THF 溶液腐蚀法 Rc 18 5dyn cm 将含氟材料表面用细砂纸打磨 丙酮洗涤 晾干 于室温的处理液中浸泡 1 15min 此时表面产生一层均匀棕色碳化薄膜 厚度约 1um 取出用丙酮或乙 酸洗涤再用水洗净 晾干立即胶接或干燥后存放 2 3 月内均有良好胶接性能 处理液配制 在三口瓶中放入升华精萘 118 128g 加入去除过氧化物的四氢呋喃 100ml 搅拌溶解后 慢慢加入 23 30g 钠片 反应 1 2H 溶液呈现绿色 在干燥的氮气中进行 严防 O2 和潮气影响 处理液 须在惰性气体和醋酸密封的干燥容器中可保存三个月之久 严防水汽和空气浸入 经处理的 PTFE 用 EPOXY 聚酰胺胶胶接 其室温为 11mpa 以上 PTFE AL B 熔融的醋酸钾法 在熔融的 k CH3COO 中于 320 330 C 处理 6min 水洗干燥即可 用有机硅胶 环氧胶 聚氨酯 酚醛 丁腈胶等粘接 处理条件 处理方法 温度 C 时间秒 对水浸润的接触角 Mpa 未处理 108 钠 氨 70 20 63 11 1 钠 萘 THF 20 10 分 62 11 7 醋酸钾 325 6 分 66 11 4 2 3 聚烷烯烃 聚乙烯和聚丙烯 A 锘酸氧化液配方 Na2CrO7 5 浓 H2SO4 8 H2O 100 PE 极限表面张力为 Rc 31dyn cm PE 和 PP 在 66 71 C 中浸泡 1 5min 或 80 85 C 处理 5 10 秒或室温处理 1 1 5 小时 用环氧胶胶接时 全部是被材料本身内聚破坏 PS 可在 Na2CrO7 10 份 和浓 H2SO4 90 份 的氧化液中处理 3 4min B 等离子体法 处理时间约 5 秒 胶接强度可提高十倍至数十倍 PP 经过处理后 由 0 7 上升 16 8mpa 胶接 PE 环氧 醋酸乙烯酯 乙烯共聚物 聚氨酯 有机硅等 胶接 PP 环氧 聚酰胺 丁腈胶 聚氨酯等胶 胶接 PS 氯丁胶 氰基丙烯酸醋 聚氨酯 环氧胶等 表面处理法对 PE 胶接强度的影响 胶粘剂 未处理 砂纸处理 化学氧化法 等离子体 环氧 3 2 13 8 33 7 32 6 聚酯 6 0 12 3 27 3 30 3 酚醛 丁腈 3 1 3 9 7 2 12 4 2 4 聚酯和聚碳酸酯 聚酯 Rc 43dyn cm 聚酯表面结晶度高 必须降低结晶度和增加极性 可浸泡在 20 的 NaOH 溶液 于 70 95 C 处理 10min 聚酯薄膜 洗涤膜 用有机硅 聚氨酯 线型聚醋 聚酰胺 热熔胶等 聚 碳酸酯脱脂用砂纸打磨 用环氧 聚氨酯 不饱和聚酯等胶 2 5 聚醚 聚甲醛和氯化物聚醚较难胶接 用丙酮脱脂后 在处理液中使表面活化 Na2CrO7 5 浓 H2SO4 8 H2O 100 聚甲醛处理条件为室温 10 20 秒 氯化聚醚为 65 71 C 下 5 10 分 聚甲醛用丁腈胶 聚氨酯 环氧和酚醛 丁腈胶 氯化聚醚用丁腈胶和氯丁胶粘接 2 6 聚酰胺 1 细砂纸打磨在表面涂刷间甲酚树脂底胶 用环氧胶接 2 浸泡在 80 苯酚水溶液中刷洗然后用水洗净烘干 用丁腈胶 聚氨酯 聚酰胺 环氧 酚醛 丁腈胶接 2 7 赛璐璐 聚甲基丙烯酸甲酯 硬质聚氯乙烯 经脱脂砂纸打磨即可 赛璐璐用丁腈胶 氯丁胶 热熔胶 聚氨酯等胶 聚甲基丙烯酸甲酯 有机玻璃 丁腈胶 氯丁胶 环氧等 硬质聚氯乙烯 丁腈胶 氯丁胶 白乳胶 聚过氯乙烯 聚氨酯 环氧胶等 2 8 聚酰亚胺 用丙酮脱脂 在 NaOH 溶液 5 于 60 90 C 下处理 1 分钟 胶接扯离强度提高 15 倍以上 采用环氧胶 2 9 天然橡胶 脱脂后用砂纸打磨 再用乙醇或汽油擦净或在室温下浸泡浓 H2SO4 约 15 20min 洗净烘干 用环氧 呋喃树脂 氯丁 丁腈 聚氨酯 2 10 合成橡胶 脱脂后用砂纸打磨 放在浓 H2SO4 中室温浸泡 4 8min 水洗后放入 20 氢氧化铵中浸泡 5 10min 对于不饱和碳链结构的橡胶 用刚性环氧胶胶接 胶接强度接近或超过橡胶本身内聚强度 如果需要 柔软的接头可用环氧 聚硫 环氧