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[导读]从汽车工业到机械工程和电力电子,越来越多的用户期望粘合剂在高温下保持高性能。因此,粘合剂行业已开发出一系列可满足建造、密封和封装要求的产品。

从汽车工业到机械工程和电力电子,越来越多的用户期望粘合剂在高温下保持高性能。因此,粘合剂行业已开发出一系列可满足建造、密封和封装要求的产品。

本文引用地址: http://www.21ic.com/app/control/201810/838836.htm

粘合剂技术自身的成功,是其所面临的最大挑战的根源。用户需要用它来处理越来越苛刻的场景,尤其是在温度方面。近年来,已开发出越来越多同样适合在高温下使用的粘合剂,其温度通常在 180-200 C 之间。

但一定要记住,这种粘合剂在高温下不会像在室内温度下那么牢固。然而,由于其聚合物的紧密交联,它会长久保持稳定,并在元件材料中发挥其作用。

许多应用都有高温要求

许多行业都需要使用耐高温 (HT) 粘合剂。例如,在汽车工业中,粘合剂用于高温环境下发动机和排气管理系统中的传感器,在这些环境下,它们也暴露于腐蚀性化学物质中。在发动机舱内的其他部件中也需要使用粘合剂,近期引入的新冷却系统,对温度要求再次提高。新型系统更为强大,产生更多的热量,对发动机舱内的其他部件产生的影响也更大。

 

暴露在高温下:MAP 传感器将夹带的气团传递到发动机管理系统(图片:DELO)

 

暴露在高温下:MAP 传感器将夹带的气团传递到发动机管理系统(图片:DELO)

电机变得日益强劲,其产生的热量也更多,与此同时,更紧凑的设计也累计了更多的热量。因此,HT 粘合剂对于粘接磁体或将转子固定在轴上来说是至关重要的。它们在工具领域也有许多其他的应用:作为一种密封剂,它们用于固定紧凑型角磨机马达中转子的铜线,这些铜线会变得非常热,而粘合剂需要同时保护铜线免受由吸入空气中携带的磨料颗粒造成的磨损。

最后,HT 粘合剂也存在于电力电子设备中,如轨道车辆和石油钻井设备,强大的能量轻易使电气元件的温度超过 200 °C。相比之下,出于环境温度因素,在航空领域很少需要耐高温的粘合剂。仅在靠近发动机的区域才会考虑使用粘合剂,例如进气口、风扇叶片或前导轮。

 

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HT 粘合剂广泛应用于电力电子设备中(图片:DELO)

什么才是HT 粘合剂?

为理解耐高温粘合剂的原理,了解三个术语的含义是很有帮助的。耐温性表示即使在高温下储存后,保持粘结特性和内聚特性的程度。如果高温下的高强度也需要转变,那么另外两种特性也是很重要的。

对于高聚合物材料,玻璃化温度是其状态从玻璃状或刚性转变为更软或更有弹性状态的值,在这一点上,其力学和物理性能会发生显著的变化。因此,除了即使超过该临界值也几乎不会改变其性能的材料外,高玻璃化温度是高温稳定性的重要先决条件。

高温稳定性表示在温度的影响下粘合剂直接达到的稳定性。因此,真正的 HT 粘合剂需要同时具有极好的耐温性和高温稳定性。积极地说,对于许多应用而言,近年来在高温影响下的此类性能均有了明显改进。

通过设计更灵活的 HT 粘合剂,且无需降低交联稳定性。一定程度的弹性弥补了粘合过程中的应力峰值,尤其是在剥离载荷下出现应力峰值的情况。此外,在热膨胀系数频繁而多变的情况下,这种粘合剂也能保持材料之间的平衡,即实现良好的耐温性,也能保持温度稳定性。

用对粘合剂

如果需要在高温环境下使用粘合剂,可以选择不同化学成分的粘合剂化。不同的产品组和化学变体提供了多种选择和进一步开发方案。

聚氨酯是一种常见的结构粘合剂,但从长远来看并不适合高温环境。它们不仅吸收水分,而且在高温的影响下也会变软、易弯曲。光固化丙烯酸酯既可用作密封剂,也可用作粘合剂。这种类型的最耐热产品适合高至 150 C 的温度,这意味着它们不太符合此处所描述的 HT 产品定义。

基于甲基丙烯酸酯的厌氧固化粘合剂就属于此定义范围内,适用于正常要求下高达 200 C 的温度。如果出于效率的原因,需要整合常见的光固化组件,那么阈值应是 180 C。

相比之下,硅树脂在很大的温度范围内具有力学稳定性,适用于高达 300 C 的应用。但是,它们的强度一般都很低,仅适用于密封或灌注。这些性能是由上述的玻璃化温度造就的。以硅树脂为例,其玻璃化温度通常是 -70 C,这意味着超过这一温度,它们在实际应用中是有弹性的,这对其作为密封剂的功能有积极的影响,因为即使在露点以下它们也会保持弹性。但是,由于其固化缓慢以及易膨胀的特性,也造成了一定的局限性。高弹性应归因于粗网格的分子网络。它既可让聚合物链具有良好的运动性,也可以与水或油等外来分子结合在一起。

在大多数情况下,热固化、单组分环氧树脂粘合剂是温度超过 200 C 的应用的首选粘合剂;近年来行业的发展明显提升了粘合剂的性能。原则上来说,用户可以在两个产品组中进行选择,由于不同的树脂硬化剂组合使这两个产品组的特性有很大差异。对于结构化任务而言,常用带有胺类硬化剂的环氧树脂。其具有耐冲击性,这是(如出现在电动机中)动态负载的一个重要先决条件,例如在表面磁体的粘合中。

 

工程师们在电动机上越来越依赖于 HT 粘合剂(图片:(c)iStockBosca78 #000019573889 |本文批准出版)

 

工程师们在电动机上越来越依赖于 HT 粘合剂(图片:(c)iStockBosca78 #000019573889 |本文批准出版)

在带有酸酐硬化剂的产品中的聚合物仍然更为紧密交联,这使得这些产品更坚硬,且应力较不均衡。它们造就了极好的高温密封剂。这些产品的进一步优势在此类环境下便显现出来,例如它们对汽油、齿轮油或酸等腐蚀性化学物质具有极强的抵抗性。对于一些新产品,使用限制高达 250 C。在这些温度下,良好的附着力所需要的弹性和所描述的硬度特性最初可能看似矛盾,但在典型应用中,对于耐高温性, 5% 范围内的断裂伸长率完全足够了。

结论

粘合剂工业不断突破温度范围的界限,因此,现在的许多高温应用能够利用粘合剂成功实现。温度超过 300 C 后,有机材料通常便会开始出现问题,但粘合剂行业仍在继续开发具有新功能的粘合剂,同时在现实条件下,仍能提供更好的耐温、通用粘合强度、温度稳定性和固化时间值。

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