但在所有情形中,胶黏剂浸润表面的能力都是非常重要的。除了化学组成之外,基材表面的纹理、孔隙和任何覆盖其上的污染物或障碍物(如脱模剂、喷溅至基材表面的工艺添加剂,或者加工过程中产生的污染物等)都会受流动性和实现紧密接触方面,对粘附能力产生影响。
即使将这些障碍物和污染物都清除掉,有些基材(如 TPO、PP 和 PE)的表面可能仍难以被胶黏剂浸润。这是由一种被称为表面能的现象所致。表面能是指固体表面(相对主体而言)存在的多余能量;之所以存在这种多余能量,是因为表面分子无法像内部主体分子那样充分地与相邻的同类分子进行相互作用;这样一来,便存在多余的相互作用能。
如下表所示,不同固体材料因化学组成不同而具有不同的表面能。我们注意到金属和玻璃具有较高的表面能,因而更易于粘接;而塑料的表面能较低,所以难于粘接。最难进行粘接的是表格前几行列出的低表面能塑料。
与此相关的另一个概念是液体的表面能(或表面张力),指的是液体表面的多余能量。存在表面张力是因液体内部分子的能量小于液体表面分子的能量所致。当把一种液体放置于固体表面上时,出现的状况取决于相对固体表面能而言液体产生的表面能。
如果液体的表面能大于液体和固体表面之间的吸引力,那液体会倾向于保持球形状态。雨滴在新打蜡的车身表面呈球形状,就是因为水的表面能大于蜡的表面能所致。当这种现象发生在胶黏剂和基材之间时,胶黏剂就不会在被粘物表面扩散并与其发生紧密接触;相反,其液体分子会倾向于与自身而非基材表面保持联系。这就会导致粘接强度较低。
反过来,如果胶黏剂表面能小于基材表面能,那么胶黏剂就会在基材表面扩散并浸润基材,从而与其紧密接触,实现良好粘接。
因此,金属和玻璃等高表面能 (HSE) 材料可轻松使用各种类型的胶黏剂进行粘接,而这些胶黏剂也会牢固地吸附在这些固体表面上。聚酯和 PVC 等中等表面能 (MSE) 材料也可以使用多种胶黏剂进行粘接,但低表面能 (LSE) 材料就很难进行粘接。如果不对其表面进行改性处理,浸润过程就会变得非常困难,因为这些未改性的表面具有非常低的表面能。液体胶黏剂的表面能可能会高于固体的表面能。
尽管有些胶黏剂也能对 LSE 材料进行粘接,但采用表面改性技术仍不失为一项良策,该技术能够改变基材表面的化学组成,提高表面能,并增加可用胶黏剂的种类。相关技术包括火焰处理、电晕或等离子处理、酸蚀,以及使用溶剂型助黏剂,该助黏剂内含的高表面能树脂会在溶剂致使表面发生膨胀时与低表面能基材相融合。
表面改性之后,胶黏剂即可轻松在处理后的表面上流动和浸润,从而形成一种合适的粘接效果。虽然在某些情况下需要进行表面改性处理,但这通常会增加成本和复杂性,并可能导致环境或安全问题。
粘接 LSE 塑料的新方法,随着科学技术的不断进步,不必进行表面处理即可在 TPO、PP 和 PE 等 LSE 基材上进行高效粘接的胶黏剂已经开发出来。有些种类的胶黏剂产品还会使用方便易用的助黏剂或底涂作为辅助手段,以提高粘接强度并增加可用选择。
3M是业界少数能够同时提供胶带和胶粘剂解决方案的专家,在低表面能的解决方案上也有多种胶粘技术路径,多种产品线可以适应不同的应用强度与工艺需求。
只需最少或不做表面预处理就能达到卓越的粘合效果。
抵抗许多化学品、水、湿度和腐蚀
可用于粘合多种材料的组件
DP8010 - 10分钟操作时间,60分钟即可达到处理强度
DP8005 和 DP8010 Blue 等结构型胶黏剂的粘接强度通常采用搭接剪切测试进行测定。首先在不同基材表面之间涂上一定厚度的胶黏剂层,等待胶黏剂固化。待胶黏剂凝固之后,进入剪切模式,此时会以恒速拉伸粘接物,并测出内聚破坏时的峰值力。
按照惯例,一种胶黏剂如果能够在搭接剪切测试中承受住超过 1000 psi 的断裂强度,那么它就属于结构型胶黏剂。要想获得这种等级的断裂强度,胶黏剂对基材必须要有足够高的粘附强度。DP8005 和 DP8010 Blue 能够对低表面能塑料进行结构性(搭接剪切强度超过 1000 psi)粘接,而无需进行预处理。以下是一些有代表性的数据,说明了DP8005 和 DP8010 Blue 对 LSE 塑料等常用塑料基材的搭接剪切粘接强度。请注意,对几种基材进行测试后,基材本身不足以承受 1000 psi 的负荷,在胶黏剂和基材之间的粘接失效前,这些基材就先被破坏了。
DP8005 双组分丙烯酸结构胶在无人机机翼航灯PP外壳粘结
3M™ Scotch-Weld™塑料及橡胶速干胶PR100是一款低粘度速干胶。PR100速干胶可配合使用合适的底胶,在EPDM、尼龙、聚丙烯PP和聚乙烯PE等难粘接基材上具有卓越的性能。涂敷后,胶水处理时间短并快速固化,加快作业进度。
改善氰基丙烯酸酯胶粘剂对以下物体的粘接性能:
难于粘接的硬质塑料
聚乙烯(PE)
聚丙烯(PP)
乙醛
PTFE
TPO
电动牙刷PP部件粘接,要求粘接强度高,固化时间快速,以PR100+AC77粘接,通过跌落测试
3M™ VHB™ 胶带LSE系列是一种专为聚丙烯(PP)、热塑性弹性体(TPE)和热塑性聚烯烃(TPO)等低表面能基材开发的双面丙烯酸泡棉胶带,可以在不使用底胶或助粘剂的情况下实现持久、高强度的粘接。
除了常见的低表面能材料,3M™ VHB™ 胶带LSE系列还可以粘接多种中、高表面能材料,包括铝、钢、玻璃、塑料和喷漆表面。3MTM VHBTM胶带LSE系列可以提供弹性粘结解决方案以满足电子行业创新设计的需求。
优点:在轻型胶带中具有非常高的粘合强度
短时间内产生高粘接强度,使组装更快
粘合大多数低表面能材料而不需要底漆
抗热、抗冷、抗循环温度、抗紫外线、抗湿、抗溶
3M™ LSE系列在扫地机器人塑料板的粘接应用
3M™ LSE110 在DVR行车记录仪支架固定, 材质为塑料PP与玻璃,厚度要求1.0mm,要求过双85测试,强度符合客户要求。
3M™ 3748-Q热熔胶棒是一款结实柔韧的热熔胶棒,具有出色的抵受温度骤变冲击的能力,可在温度不断波动的环境下保持稳定粘着。作为一种100%固态的热塑树脂,此款热熔胶棒具有卓越的耐用性,应用广泛。
这种胶棒在设计上还拥有出众的电气性能,成为电气应用的理想之选。耐腐蚀性是让3M™ 3748热熔胶棒成为电气应用的理想解决方案的一大优势,因为它在一段时间后仍可维持粘胶的品质和强度。3M™3748热熔胶棒还能提供良好的剥离附着力,保证持久的强度和弹性。该产品能粘接许多不同的基材,特别是通常较难粘接的材料,比如聚丙烯和聚乙烯。
053M™高强度90喷胶是一种高强度,快速,接触型胶粘剂,可以粘合层压板,木材,混凝土,金属,多种低表面能塑料等。
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3M薄型双面胶300LSE系列
3M™ 300LSE系列高强度丙烯酸胶带具有超强粘接力,对绝大多数材料表面具有很高的粘接强度,包括多数的 低表面能塑胶材料,例如聚丙烯,粉末涂层等。该系列胶带也对机械部件上常用的被油污轻微污染的表面有优异的粘接强度,使电子产品/物联网设备的设计更为轻松!
优点:高初始粘合强度
高抗剪强度
优异的抗起翘性能
双面胶带方便模切,加工以及应用
无需底涂剂
3M™ 200MP 系列高性能丙烯酸胶带产品例如467MP,适用于市场上大多数的通用板材,包括金属和玻璃(高表面能材料)。下表呈现对照通用的3M™200MP系列,针对各种低表面能的塑料难粘材料,3M™300LSE在PP上有非常出色被表现,是3M™200MP的对PP的粘接强度的6倍多。