环氧胶粘剂是船舶建造中最常使用的一种有机粘接剂,一般由环氧树脂和固化剂两种主要成分组成,另外,为了不同的用途而加入各种辅助材料,如增塑剂、稀释剂、填料、抗氧剂、抗老化剂等。它的特点是固化后具有较高的强度、良好的化学稳定性和电绝缘性能,而且成型收缩率很小,因此用它来粘接主辅机安装垫片、定位螺栓、艉轴管,以及进行舵轴承固定、螺旋桨与桨轴的固定等具有一定的经济效果。
环氧胶粘剂组成成分的选择、各种成分间的比例以及施工工艺对其性能影响较大,应给予必要的重视。下面我们将着重介绍这方面的有关内容。
1)配方选择
(1)施工工艺和使用条件对配方的要求
首先应考虑粘接件是否能加温,以及粘接件大小、受力情况、耐热性要求等。粘接件不能加温的需选用室温固化的工艺和配方;粘接件大且难以加温固化的,尽量采用特殊加热(如红外线照射)方式,或选用室温固化配方;若粘接件机械强度要求较高,需要采用加温固化(即使选用室温固化剂亦应加温固化);如在振动情况下使用,则需要考虑加增韧剂;耐热性要求高的应选用耐高温配方和加热固化。
(2)环氧树脂的选择
作为胶粘剂的环氧树脂,通常选用E-51,E-44,E-42,F-44,F-45等。
(3)固化剂选择
固化剂是最主要的辅助材料,种类很多。常用固化剂用量介绍如下:
①胺类固化剂
如E-42环氧树脂,环氧值为0.4,用乙二胺为固化剂,乙二胺相对分子质量为60,且含4个活泼氢,代入公式可得
即每100g环氧值为0.4的E-42环氧树脂,按计算需要乙二胺6g。
②酸酐类固化剂
用量=k×酸酐分子量×环氧值
式中,k为酸酐反应能力强弱系数,一般为0.6~1。
③树脂类固化剂
此类固化剂用量不严格,但使用时必须保证超过最低量。
2)船厂常用的环氧树脂粘接剂的配方(按重量份)及使用场合
(1)船舶主副机垫片涂环氧胶粘剂配方
3)胶合工艺
(1)表面处理
表面处理是针对胶粘物和被粘物两方面的特性对被粘物表面进行处理,从而达到与胶粘剂完全相适应的最佳状态,这样才能发挥出胶粘剂的最大效能。实践证明,凡是经过适当表面处理的金属,粘接强度都有不同程度的提高,其中铝合金尤为显著,强度可提高25%~70%。
表面处理分表面清洗、机械处理和化学处理三种。不同材料经脱脂去污、机械处理,再经化学处理,能不同程度的提高粘接强度。在粘接的表面处理中,不管何种方法处理后都不得用手去接触被粘面,以免被粘面重新被沾污。
(2)调胶
①先将环氧树脂与增塑剂调匀,然后加入填料再调匀,接着加入固化剂调匀即可涂用了。这类调胶的特点是每加入一种成分都要调匀,而后再加入一个成分。
②把环氧树脂和增塑剂调匀后加入固化剂与稀释剂的调匀物,两者调匀后再加入填料调匀即可涂用了。这类调胶的特点是将两种成分的调匀物混合在一起调匀,而后加入填料再行调匀。
(3)涂胶(www.xing528.com)
涂胶应在表面处理后8h以内进行,有时要涂上底胶来保护清洗过的表面。涂胶的方法很多,常用的有涂刷法、喷涂法、灌注法。涂胶要均匀,胶层要薄,要防止缺胶和漏胶,同时在胶合时要当心胶层内产生夹空和气泡。对含有溶剂的胶,涂胶后要使胶层中的溶剂充分挥发。为保证胶液能充分浸润被粘表面和获得一定厚度的胶层,可涂覆两遍甚至三遍,对多孔材料更要适当增加涂胶量和涂胶次数。多次涂胶时,一定要待上一遍的溶剂基本挥发尽后再涂下一遍。
①刷涂:指用刷子、刮刀或其他刀具将胶涂在胶接表面。一般由中央向四边开展,布及整个胶接表面;或顺一个方向涂刷,不要往复,速度要慢,防止产生气泡;涂刷时要有一定压力,有助于胶液浸润表面,渗入到凹陷的空隙中。
②灌注:指用注射器将胶液注入胶接缝隙中,也可用来填补孔洞、凹陷;或者用人工将胶液倒在胶接面上,使胶液自动扩散到整个胶接面,并用金属丝把胶液引入孔洞。这种方法适用于先点焊或铆接,再灌胶胶接等混合连接结构。
③喷涂:指用压缩空气通过喷枪把稀释的胶液喷到胶接面上,获得一定厚度的胶层。使用这种方法涂胶效率较高,且胶层均匀,并易于实现自动化。胶液内含有较多量溶剂,往往要喷涂好几次,且每次喷涂后要经充分晾置,让溶剂挥发,待当与手指接触不粘手后才可进行下次喷涂。
涂胶时用胶量的多少会影响胶接强度。用胶量取决于胶粘剂的类型、浓度、密度,胶接面的粗糙度和疏松程度,以及胶接面的形状和配合情况等因素。一般情况下,胶粘剂浓度小、密度大,胶接面粗糙、疏松、狭窄且配合情况比较差时用胶量宜多些;反之宜少些。通常用胶量控制厚度在0.05~0.15mm范围内,对蜂窝夹层结构、面板与蜂窝胶接的厚度为0.1~0.2mm,并且在加压胶合时,胶接的周围要能挤出一定溢胶量。
(4)固化
涂胶粘接后就可进行固化。若采用室温固化工艺,则放置2~4h后即开始凝胶,24h后基本固化,但完全固化一般需7天。若采用加温固化工艺,则需将粘接件加温,升温要求缓慢,并要有一定的保温期,防止裂开或产生应力(如80℃保温1h,再升至100℃保温至1h)。一般终温在120~150℃,最高不超过200℃,且作为粘接工艺最好在固化时加接触压力。
(5)胶接质量的检验
胶粘剂的质量应按规定的胶粘剂检验方法进行物理、化学性能的鉴定及标准试件胶接强度的检定。因为牵涉胶接材料、胶接头的几何形状、操作工艺等等,偶尔的疏忽大意都会造成胶接缺陷,因此胶接后必须检验胶接质量。因胶接层在接头的内部,目前还没有完善的无损检验方法,只能根据胶接层的表面现象判断质量的好坏。
①目视法
用肉眼及放大镜观察胶层四周有无翘起剥离现象。沿胶接缝挤出的余胶是均匀的,则质量好;如不均匀,说明涂胶时有厚薄甚至缺胶,或加压不均匀,也可能胶接面配合不当。四周挤出的胶应光亮,色泽应一致,如不一致可能是调胶不匀。
②敲击法
用圆头金属棒敲击整个胶接面,根据发出的声音判断胶层是否有夹空或气孔。如果四周发生的声音一致并且清脆,说明胶接良好;如果有些地方声音不均匀,持续时间短,而且显得沉闷,可能有气泡。
胶接结构还可以采用无损检测,包括超声波法、X射线透视法、红外线法、全息摄影法、液晶探伤法等等,但这些方法只能反映胶层中的缺陷,并不能反映胶接强度。因此,要保证胶接质量,必须严格按工艺规程认真仔细地操作,合理设计接头,避免胶层受冲击力和剥离力。
4)环氧树脂垫片
可浇注环氧树脂垫片具有以下优点:
①用法简单;
②成本降低;
③具有高抗压强度和抗冲击性能;
④可校正安装表面的任何挠曲变形;
⑤耐油、耐酸、耐海水;
⑥减少振动和噪音;
⑦免除使用金属垫块所需的机械加工和人工研配。
安装环氧树脂垫片时,先用楔和定位螺钉校正发动机,置入涂有专用不溶性油脂的定位螺栓并用手扭紧。为防树脂粘在底板和垫座表面上,必须对底板和垫座表面加以清洁并涂上一层薄释放剂,以让树脂垫片可随时移开。
接着用橡胶条片形成垫片铸模三面,模的前方一面用金属条片形成,并把它点焊在顶板上,离机的底板20~25mm,金属条片高度应超过垫片,达25~30mm。
备制好后,开始浇铸垫片。先将凝固剂加入树脂中并均匀搅动,然后倒化合物入模。30min后化合物便会凝固,而熟化可在40h后完成(准确时间视周围的温度而定)。需要注意的是,在这段时间内不可开动机器或进行大型工作。
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