Het ontwikkelen van kleefformules kan ongelooflijk uitdagend zijn. Het primaire probleem ligt in de behoefte aan gerichte formuleringen. Veel geschikte grondstoffen moeten worden gecombineerd om de gewenste eigenschappen te bereiken, wat voortdurende trial-and-error vereist om inherente tegenstrijdigheden op te lossen. Vooral wanneer u met een knelpunt te maken hebt, kan het introduceren van nog een optie leiden tot een significante doorbraak.
Belangrijkste moeilijkheden bij de ontwikkeling van lijmformules
De uitdagingen bij het creëren van lijmformules kunnen beter worden begrepen door praktische voorbeelden. Tang Long et al. onderzochten een nieuwe formuleontwikkelingsmethode specifiek voor polyolcomponenten in tweecomponenten polyurethaanlijmen. Hun aanpak was gericht op het in evenwicht brengen van de prestatie-afweging tussen lage hardheid en hoge hechtsterkte.
Optimaliseren van grondstoffen
De auteurs begonnen met het gebruiken van orthogonaal experimenteel ontwerp om de soorten gebruikte grondstoffen te optimaliseren. Deze stap was cruciaal voor het identificeren van de meest geschikte componenten voor de kleefformulering.
Verhoudingen nauwkeurig afstellen
Hierna gebruikten ze JMP aangepast experimenteel ontwerp om de verhoudingen van de geselecteerde grondstoffen te optimaliseren. Deze methode omzeilt effectief de veelvoorkomende uitdaging om zowel materiaalsoorten als verhoudingen tegelijkertijd aan te pakken in conventionele formuleontwikkeling.
De resultaten van hun studie tonen aan dat deze innovatieve methode succesvol de conflicterende vereisten van lage hardheid en hoge hechtsterkte in lijmen aanpakt. Ze bereikten een polyurethaanlijm die wordt gekenmerkt door:
- Colloïde hardheid: 40D
- Trek-schuifsterkte: 11,34 MPa (aluminiumplaat-op-aluminiumplaat)
- Hechtsterkte: 283,5 kPa/D per eenheid hardheid
Is het ontwikkelingsexperiment voltooid? Niet helemaal. De auteurs merkten op dat er nog verschillende "problemen" zijn, wat de voortdurende moeilijkheden bij de ontwikkeling van kleefstofformules benadrukt. Deze uitdagingen zijn vaak de plekken waar significante innovaties kunnen ontstaan.
Het belang van het evalueren van de volgende onjuiste aannames
Interactie tussen belangrijke categorieën:Bij het optimalisatieproces werd geen rekening gehouden met de interacties tussen verschillende categorieën grondstoffen, die de testresultaten aanzienlijk kunnen beïnvloeden.
Fysische eigenschappen van grondstoffen:Factoren zoals zuiverheid, vochtgehalte en uniformiteit van de grondstoffen werden bij de analyse over het hoofd gezien, wat de resultaten mogelijk vertekend heeft.
Onafhankelijkheid van de effecten van grondstoffen:De veronderstelling dat het type en de verhouding van de grondstoffen onafhankelijk van elkaar de testreacties beïnvloeden, is onjuist, omdat deze factoren elkaar vaak beïnvloeden.
Gezien deze onzekerheden in formulering, is het cruciaal om manieren te vinden om hun impact te verzachten. Een effectieve strategie is om relatief controleerbare factoren te gebruiken om deze onzekerheden te compenseren.
Het benutten van vulstoffen in kleefstoffen
(1) Het selecteren van mainstream fillers
Het kiezen van veelgebruikte vulstoffen, zoals calciumcarbonaat en silica, kan de lijmprestaties verbeteren. Minerale vulstoffen bieden niet alleen een kosteneffectieve oplossing, maar bieden ook een breed scala aan functies. Ze zijn al jaren een hoofdbestanddeel in de formulering van lijm, waardoor de eigenschappen nauwkeuriger kunnen worden afgestemd. Tang Long et al. benadrukten dat in hun onderzoek het bereik van de matrixhars en de ketenverlenger/crosslinker het grootste effect had op de testresultaten. Het reologische additief had een secundaire invloed, terwijl vulstoffen een significante impact hadden, gepositioneerd tussen primaire en secundaire effecten.
Bij het selecteren van vulstoffen is er aanzienlijke flexibiliteit en zijn traditionele vulstoffen vaak de beste keuze. Hun langdurige gebruik in de productie geeft ze een hogere kosteneffectiviteit en stabiliteit. Bijvoorbeeld, calciumcarbonaat — bekend om zijn fijnheid, uniformiteit en hoge witheid — is op grote schaal gebruikt als vulstof in lijmen.
Cui Lidong et al. voerden onderzoek uit met 850 mesh calciumcarbonaat als vulstof in emulsielijmen voor hout. Ze bestudeerden de effecten van verschillende toevoegingsverhoudingen op de lijmprestaties via een experimentele methode met één factor. De resultaten gaven aan dat:
- Viscositeit en hardheid: Toegenomen bij hogere calciumcarbonaatverhoudingen.
- Hechtsterkte: Aanvankelijk toegenomen, daarna afgenomen bij hogere verhoudingen.
- Stabiliteit: Verslechterd bij verhoogd vulstofgehalte.
De impact van vulstoffen op de kleefprestaties
Verband tussen calciumcarbonaatadditieverhouding en Shore A-hardheid
Zhou Xiao et al. onderzochten de invloed van kwartspoeder als vulmiddel in polyurethaanlijmen met één component. Hun bevindingen gaven aan dat kwartspoeder een goede compatibiliteit vertoont met polyurethaansystemen, wat eigenschappen zoals treksterkte, breukrek en scheursterkte van de resulterende lijmproducten aanzienlijk verbetert.
(2) Verkenning van geavanceerde vulstoffen: siliciumcarbide en aluminiumoxide
Li Zhaoyuan et al. gebruikten kubisch nano-siliciumcarbide (β-SiC) als vulstof om gemodificeerde anorganische lijmen te ontwikkelen. Hun experimenten lieten zien dat met een vulstofgehalte van 40% de lijm opmerkelijke prestatie-indicatoren behaalde:
- Trek-schuifsterkte: 13,5 MPa
- Vermoeidheid Levensduur Iteratie Nummer: 67 cycli
- Schilsterkte: 46,7 N/mm²
Deze resultaten benadrukken dat modificatie van nanodeeltjes de hechtingsprestaties van anorganische lijmen aanzienlijk kan verbeteren en zo voor superieure betrouwbaarheid in verschillende toepassingen zorgt.
Chen Zeming et al. onderzochten de effecten van verschillende anorganische vulstoffen, waaronder silicapoeder, Al₂O₃, mulliet, boornitride, talkpoeder en mica, op gemodificeerde epoxyharslijmen. Hun studie beoordeelde hoe verschillende soorten en doseringen vulstoffen de hechtsterkte en de hechtingsinterface beïnvloedden. Belangrijkste bevindingen omvatten:
Trends in hechtsterkte:De hechtsterkte nam aanvankelijk toe met de vulstofdosering, maar nam vervolgens af bij hogere doseringen.
Optimale vulprestatie: Van de geteste vulstoffen leverden 15 delen Al₂O₃ de beste resultaten op, met waarden voor de schuifsterkte en pelsterkte van respectievelijk 22,42 MPa en 12,84 N/cm.
De toevoeging van Al₂O₃-vulstof vergemakkelijkt de vorming van chemische bindingen, zoals C-Al en Al-OC, die de cohesieve kracht van de gemodificeerde epoxyhars verminderen. Deze verbetering verhoogt de bindingskracht bij de lijm-aluminiumlegeringinterface, waardoor zowel de pel- als de schuifsterkte worden verbeterd.
(3) Systematische studie van vulstoffen in kleefstoffen
Tweecomponenten acrylstructuurlijmen worden veel gebruikt voor het verbinden van metaal en niet-metalen materialen in verschillende industrieën, waaronder de lucht- en ruimtevaart, automobielindustrie, bouw en elektronica. Hoewel vulstoffen onoplosbaar zijn in lijmsystemen vanwege hun inherente eigenschappen, kunnen aanpassingen de interactie tussen vulstoffen en lijmen verbeteren. Deze interactie verbetert de mechanische eigenschappen van de lijmen, verhoogt de viscositeit en bevordert een sterkere hechting aan substraten.
Regulering van mechanische eigenschappen
Mechanische eigenschappen zijn van cruciaal belang voor de prestaties van acrylstructuren kleefstoffen in verschillende toepassingen. Onderzoekers hebben verschillende strategieën voorgesteld om deze eigenschappen te verbeteren, waaronder de toevoeging van thermoplastische verbindingen en anorganische vulstoffen.
Regulering van thermische geleidbaarheid
Het opnemen van geschikte anorganische vulstoffen met elektrische isolatie-eigenschappen kan de thermische geleidbaarheid van acryllijmsystemen aanzienlijk verbeteren. Geschikte vulstoffen omvatten:
- Aluminiumhydroxide
- Magnesium hydroxide
- Aluminiumoxide
- Magnesiumoxide
- Zinkoxide
- Siliciumdioxide
- Titaandioxide
- Calciumsilicaat
- Aluminiumsilicaat
- Calciumcarbonaat
- Siliciumnitride
- Siliciumcarbide
- Aluminium Boraat
Bovendien kunnen whiskers van siliciumcarbide, aluminiumoxide of aluminiumboraat de thermische geleidbaarheid en vlamvertraging van de lijm verbeteren, terwijl de mechanische en uithardingseigenschappen behouden blijven.
Regulering van vocht- en hittebestendigheid
Liu Chengliang et al. introduceerden een methode voor het bereiden van zeer weerbestendige acrylstructuurlijmen in hun patent. Door 0 tot 30 delen anorganische vulstoffen, zoals pyrogeen silica, calciumcarbonaat en nano-alumina, toe te voegen aan componenten A en B, vertoonde de lijm indrukwekkende prestaties:
- Trek-schuifsterkte bij kamertemperatuur: 9,36 MPa (roestvrij staal/PMMA) en 10,35 MPa (magnesium/PMMA).
- Trek-schuifsterkte na veroudering: Behouden waarden van 9,83 MPa en 9,64 MPa na 2 weken bij 85°C en 85% vochtigheid, met retentiegraden van respectievelijk 105% en 93%.
Regulering van corrosieweerstand
Het gebruik van acrylstructuurlijmen kan de noodzaak voor kostbare afwerkingsbewerkingen zoals klinken en lassen verminderen of elimineren, wat resulteert in een esthetisch aantrekkelijker uiterlijk met minder corrosiegevoelige gaten of stresspunten. Verschillende metalen kunnen worden verlijmd met een lager risico op galvanische corrosie. Verbetering van de corrosiebestendigheid kan worden bereikt door het toevoegen van mengsels van metaalmolybdaten (bijv. zinkmolybdaat, calciummolybdaat, bariummolybdaat of strontiummolybdaat) en inerte vulstoffen zoals zinkfosfaat, calciumfosfaat en magnesiumfosfaat.
Regulering van andere eigenschappen
Naast het verbeteren van mechanische en thermische eigenschappen, vervullen sommige anorganische vulstoffen een cruciale rol als thixotrope middelen, verdikkingsmiddelen en versterkende middelen. Ze kunnen effectief verschillende eigenschappen van tweecomponenten acryl structurele lijmsystemen veranderen, waaronder dichtheid, viscositeit en thixotropie. Liu Suyu et al. ontwikkelden een methode voor het creëren van een acryllijm die speciaal is ontworpen voor het lijmen van autoplinten. In deze formulering werd calciumcarbonaat gebruikt als primaire vulstof. De toevoeging van calciumcarbonaat leidde tot verschillende gunstige resultaten:
- Verminderde thixotropie: De lijm was gemakkelijker aan te brengen en te schrapen.
- Lagere exotherme temperatuur:De exotherme temperatuur werd verlaagd van 115°C naar onder de 85°C, waardoor een stabielere uitharding werd bevorderd.
- Minimale krimp bij uitharding:De krimp bij uitharding werd onder de 1% gehouden, waardoor de bouwtijd effectief werd verkort.
Conclusie
Wanneer u voor uitdagingen staat in de formulering van kleefstoffen, overweeg dan om anorganische vulstoffen te gebruiken. Hun veelzijdigheid kan effectieve oplossingen bieden voor verschillende problemen.