塑料粘接的技巧和注意事项

时间：2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：对PA、PVC等塑料，因其对溶剂的溶解度差故难以粘接。与此同时，粘结剂在光、热或交联反应作用下，形成了热固性塑料的粘接层。粘合时将热熔胶加热到100℃以上，使其熔为液体浸润粘接面的塑料，并传递热量激活分子活动，使其互相扩散、渗透，最终使粘结剂和被粘材料融为一体，冷却后分子链冻结，接合面连成一体。5）粘接强度与接头的形状结构、粘结剂品种、粘接工艺、粘接前表面处理等因素有关。

塑料粘接的技巧和注意事项

粘接又称为胶接，它是将粘结材料涂于两个或两个以上塑件连接面上，叠压后待粘接材料固化，即可将制品互相连接成整体的一种工艺。由于工艺简单、操作方便，可以成为各种连接方法中应用最广泛的工艺。只要选用的粘接材料与制品材料性能匹配，即可获得良好的粘接效果。它不仅可连接塑料，还可粘接陶瓷、金属、玻璃等各种材料，还可用于修补制品。

1.粘接形式及基本原理

按粘接材料的品种可分为粘结剂粘接、溶剂粘接、热熔胶粘接等三种形式。虽然其粘接原理各有特点，但也有共同之处。首先，在粘接时粘接材料都必须呈液态；其次，要求粘接材料的表面能（表面张力）小于被粘接塑料表面的表面能，使粘接材料在塑料粘接表面上可自由铺展、流平，具有良好的浸润性；第三，在一定的压力下，沿接触界面的塑料分子对粘接材料分子有较大的吸力，使粘接材料分子可牢牢地吸附在塑料表面上，称为吸附性，两者距离越近，则吸附性越强。

表3-9 常用塑料焊接方法的选择（参考）

注：√为可适用，×为不适用。

在上述前提下，不同的粘接形式可发生各自的物理或化学反应，完成整个粘接过程。

（1）溶剂粘接溶剂粘接是用溶剂或含有聚合物的溶剂直接作为粘合材料（溶剂粘结剂），粘接不同的塑料时需配制不同的溶剂粘结剂。溶剂常为极性材料，其溶度参数与被粘塑料相近，涂于连接面上，并在两粘接制品压挤之下能浸入塑料表面内，使表面发生溶胀、软化、溶解，粘接界面的分子间互相扩散，与溶剂内的聚合物分子互相纠缠，致使其融为一体。与此同时，溶剂逐渐挥发殆尽（如溶剂中有内含的聚合物，则残留于溶接区内），溶接区即固化形成了具有一定粘接强度的粘接层，即将两个制品粘接为一体。

溶剂粘接最常用于粘接无定型塑料。例如，用PMMA溶于氯仿配制成的溶剂粘结剂，粘接PMMA制品后仍可保持原有的透明度。对多数结晶型塑料，由于有一定程度的耐溶剂性，所以粘接效果稍逊。对PA、PVC等塑料，因其对溶剂的溶解度差故难以粘接。对PE、PP、氟塑料及热固性塑料因均无适当的溶剂，故都不能采用溶剂粘接。

溶剂粘接强度一般都低于原料强度（含聚合物的溶剂粘度较高，粘接强度也稍高），溶剂易导致制品内应力增大引发开裂，溶剂挥发不尽易导致出现银纹等缺陷。所以，对粘接时易产生内应力的制品需特别小心，如丙烯酸、PC、PS、AS、ABS、PSF、PPO等塑料。此外，溶剂一般都为易燃及污染物品，应注意防火及防污染。

（2）粘结剂粘接粘结剂是以酚醛树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂等热固性树脂为基体，配以光、热等活性助剂或固化剂及填料、增韧、增塑等添加剂组成的粘接材料。在粘接过程中由于浸润性及吸附性的作用，使粘结剂与塑料表面粘接一起。与此同时，粘结剂在光、热或交联反应作用下，形成了热固性塑料的粘接层。其粘接强度高（相对于溶剂粘接强度），甚至超过材料自身固有的强度；耐久、耐热、内应力小，可粘接不同种类的塑料，亦可粘接热固性塑料和其他材料，包括金属、陶瓷、玻璃等材料。但是多数粘结剂在粘接过程中需要加热或光固化，而且需经过一定的固化时间后才能达到粘接强度，固化反应时也可能释放气体和水分，配制后的粘结剂需在一定的温度条件下储存，储存期短，过期则失效。因此，粘结剂粘接工艺要求较多。

（3）热熔胶粘接热熔胶的主要成分有热塑性聚合物及填料、增韧及增塑剂等（不含溶剂），通常在室温下是固态物。粘合时将热熔胶加热到100℃以上，使其熔为液体浸润粘接面的塑料，并传递热量激活分子活动，使其互相扩散、渗透，最终使粘结剂和被粘材料融为一体，冷却后分子链冻结，接合面连成一体。

热熔粘接成本低；不用溶剂；无化学反应（粘接过程只是物理变化过程）；粘结剂不易燃，无毒，不易爆，环保性好，固化速度快，性能稳定；粘接范围广。其不足之处是耐热及承受负载能力低，只适用于较低温度及轻、中负载场合。此外，该工艺还需采用专用设备。

2.粘接面的特性

相对于其他连接方法，粘接具有如下一些主要特性：

1）内应力小，应力分布均匀。由于粘接工艺可在低温及常温下进行，制品热应力及变形小，在垂直粘接表面上应力分布均匀，不会因胶粘件上的孔或槽而导致应力集中。

2）多数粘结剂为粘弹性材料，因此具有抗振、抗疲劳特性。

3）可粘接形状复杂的制品、较大面积的制品及异质材料，可用作制品密封的手段，接头表面无斑痕。

4）粘接结构质量轻，对飞机类要求轻质结构的产品有极重要的意义，广泛采用粘接结构件的有机身、机翼、机舱等。

5）粘接强度与接头的形状结构、粘结剂品种、粘接工艺、粘接前表面处理等因素有关。

6）尽量使粘接接头承受剪切应力，粘接层阻抗裂纹扩展性差，应避免承受不均匀的剥离应力和劈裂应力，如图3-11所示。

图3-11 粘接件几种受力形式

a）拉伸应力 b）剪切应力 c）劈裂应力 d）剥离应力

7）无论哪一种粘接方法，其粘接区域的材质都是高分子聚合物，不耐高温，工作环境中温度、相对湿度、接触介质等环境因素都会影响其使用性能，需按工作条件进行粘接设计。

8）粘接结构为非拆卸结构，也常与机械紧固并用。粘接后的质量效果，不使用破坏性测试很难判断优劣。因此，在首次使用时，或大批量粘接重要受力件时，必须对粘接效果进行测试。

9）在采用粘接工艺时，应注意到大多数粘结剂都需要有一定的固化时间，其固化速度会影响制品的生产周期和工时；有些粘结剂有毒性，要注意安全生产及环境保护；另外，有些粘结剂储存时间有限，且必须保管在规定的环境条件下，否则就会导致失效、报废。因此，对已储存较长时间的粘结剂应预先检定其性能，合格后才可使用。

3.粘接工艺

粘接效果（粘接强度，使用性能等）决定于粘接接头设计、粘结剂的品种及与被粘接件材料配对性和粘接工艺三大因素。粘接工艺的具体工艺条件及参数，由各对被粘接件的材质及粘结剂品种决定，可参照粘结剂使用说明择取。

各种粘结剂其粘接工艺过程大体是相似的，其流程为：粘前表面处理→粘结剂配制及检测→涂覆粘结剂；清理并晾干→粘接固化→质量检查等。

（1）粘前制品表面处理其目的与涂装工艺的表面处理目的相同，具体处理方法也相似。可采用脱脂、清洗、去静电、机械打磨、抛光、喷砂、放电、火焰、等离子辐射、引入极性基团等各种物理、化学及特殊方法对粘接表面进行去污、去静电、净化、粗化、活化等处理，最终目的是提高被粘接表面的表面能、活化性能，为粘结剂创造良好的浸润及吸附条件。

（2）配制和检测粘结剂市场上粘结剂有上百种品种，在选择适当的品种使用时，要注意其有效期，而且要检测其粘接效果。对于双组分配制的粘结剂，则需按比例配制，最好随配随用，大量生产粘接件时，则更需预先检测，注意保存及储存期限。

（3）涂覆粘结剂经表面处理后的制品，最后还须用脱脂溶剂清洗，干燥后应立即涂覆粘结剂，如果滞留时间过长，则会导致表面“钝化”，尤其对PE、PP等非极性难粘接的材料更应注意防止再污染。涂覆粘结剂的方法很多，根据粘结剂的工艺性能有喷涂、刷涂、浸渍和贴膜等，涂层的厚薄要适当，要均匀无缺，且无气泡。

（4）清理和晾置清理粘接面的多余粘结剂，并晾置适当时间，释放溶剂及挥发物，待涂层呈粘胶状态时即可进行粘接。

（5）粘接固化当被粘接件沿粘接面粘合后，按粘结剂规定的工艺条件，在一定的温度、压力下保持一段时间，使其固化，粘接后的粘接件应酌情在自然环境中存放一段时间，使其充分固化，去除应力后再使用。(www.xing528.com)

（6）质量检验在粘接过程中，由于操作不当也会导致质量事故，如粘接层含气泡、溶剂挥发不充分，固化不良，涂层太厚、太薄或不均匀，粘结剂粘度低，含固量少，工艺条件不准确等原因都会发生粘结质量问题。其中，粘接强度、粘接是否失效是最主要的检查项目。粘接失效有两种形状，一种是脱层破坏，往往沿粘接界面脱开后，一个制品粘接面上粘着粘接材料，另一个制品表面光滑平整。这是粘结剂内聚力大于粘接力的缘故。另一种为失粘破坏，沿断开面有凹凸不平的粘接料块，这是由于粘结剂内聚力太小的缘故。通常，连接失效发生在接头受拉伸、劈裂、剥离负载的场合。所以在首批生产或大批量生产时，都应进行破坏性试验，在生产过程中可采用目测、敲击、撕拉等方法检测，或采用超声波无损检测仪检查粘接层内部质量。

4.粘结剂的品种及其应用

目前，粘结剂有上百个品种，除了常用品种外，还有导电、绝缘、透明、耐高温、耐低温、热敏胶、水下固化胶等各种特殊性能的粘结剂。本书仅对常用粘结剂的品种和应用作提示性的介绍，有关粘结剂的具体的性能指标，需查找相关产品说明书。

（1）粘结剂的选择首先根据被粘件的材质、刚柔、尺寸、形状，粘接件工作性能要求、可选用的接头形式粗选粘结剂品种，然后深入了解各种的性能指标、配方、工艺要求（固化温度、压力、固化速度、储存期限）及操作要求难易、成本等基本性能，最后择优选取。

（2）粘结剂的分类市场上的粘结剂有天然粘结剂，如皮胶、骨胶、淀粉、沥青等；高分子化合物粘结剂，如热塑性或热固性树脂、橡胶、树脂橡胶复合物等；无机粘结剂，如磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐粘结剂等。这里我们只介绍高分子化合物粘结剂。按其性能和用途可分为两大类：

1）结构型粘结剂。该类粘结剂主要以热固性树脂为基体，再配入固化剂、填料、稀释剂，以及克服硬脆性用的增韧、增塑剂而成。在基体中也常加入橡胶、热塑性树脂，如丁腈橡胶、聚乙烯醇缩醛、聚酰胺等改善粘接强度并增加柔性。这类粘结剂有较高的粘接强度，常温剪切强度>6.9MPa，耐热性好，工作温度为60～150℃，常用于粘接受力结构件，如铝合金壳体、塑料夹心板、蜂窝结构等。常用的树脂有酚醛、环氧、丙烯酸树脂。高温粘结剂有聚酰亚胺（220℃）、聚氨酯树脂（120～150℃）及结构型环氧胶（200℃）等。

2）非结构型粘结剂。这类粘结剂包括橡胶类和热塑性聚合物的热熔性粘结剂等，它们的耐热及承受负载能力低，常用于粘接非金属材料，如粘接层压板、塑料复合制品等。其中，橡胶类粘结剂用量非常大，它们以氯丁橡胶（CR）、丁腈橡胶（NBR）、丁苯橡胶（SBR）为主体，配入固化剂、增粘剂、颜料、填料等添加剂而成。热熔性粘结剂有聚乙烯、EVA、聚酰胺、聚氨酯等。

3）常用粘结剂品种及其用途。为了便于读者检索粘接材料，这里从有关参考文献中汇编了一些资料，供读者参考。表3-10所列为几种粘结剂的性能、应用及牌号。表3-11所列为粘接塑件的溶接剂及粘结剂。表3-12所列为不同材料粘接时粘结剂的选用。表3-13所列为几种热塑性塑料粘接或与其他材料粘接时选用的粘结剂。表3-14、表3-16为部分粘结剂粘接剪切强度。

表3-10 几种粘结剂性能、应用及牌号