Разработка формул клея может быть невероятно сложной. Основная проблема заключается в необходимости целевых формул. Для достижения желаемых свойств необходимо объединить множество подходящих исходных материалов, что требует постоянных проб и ошибок для разрешения внутренних противоречий. Особенно при столкновении с узким местом, введение еще одного варианта может привести к значительному прорыву.
Основные трудности при разработке формулы клея
Проблемы создания формул клея можно лучше понять на практических примерах. Тан Лонг и др. исследовали новый метод разработки формулы специально для полиольных компонентов в двухкомпонентных полиуретановых клеях. Их подход был направлен на балансировку компромисса между низкой твердостью и высокой прочностью сцепления.
Оптимизация сырья
Авторы начали с использования ортогонального экспериментального дизайна для оптимизации типов используемых сырьевых материалов. Этот шаг имел решающее значение для определения наиболее подходящих компонентов для рецептуры клея.
Тонкая настройка коэффициентов
После этого они использовали индивидуальный экспериментальный дизайн JMP для оптимизации соотношений выбранного сырья. Этот метод эффективно обходит распространенную проблему одновременного рассмотрения обоих типов материалов и соотношений при разработке традиционной формулы.
Результаты их исследования показывают, что этот инновационный метод успешно решает противоречивые требования низкой твердости и высокой прочности сцепления в клеях. Они получили полиуретановый клей, характеризующийся:
- Коллоидная жесткость: 40D
- Прочность на сдвиг при растяжении: 11,34 МПа (алюминиевый лист-алюминиевый лист)
- Прочность связи: 283,5 кПа/Д на единицу твердости
Завершен ли эксперимент по разработке? Не совсем. Авторы отметили, что остается несколько «проблем», подчеркивая продолжающиеся трудности в разработке рецептуры клея. Эти проблемы часто являются тем местом, где могут возникнуть значительные инновации.
Важность оценки следующих неверных предположений
Взаимодействие между основными категориями: Процесс оптимизации не учитывает взаимодействия между различными категориями сырья, которые могут существенно повлиять на результаты испытаний.
Физические свойства сырья: При анализе не были учтены такие факторы, как чистота, влажность и однородность сырья, что могло исказить результаты.
Независимость от влияния сырья: Предположение о том, что тип и пропорция сырья независимо друг от друга влияют на результаты теста, ошибочно, поскольку эти факторы часто влияют друг на друга.
Учитывая эти неопределенности в формулировке, крайне важно найти способы смягчить их влияние. Одной из эффективных стратегий является использование относительно контролируемых факторов для компенсации этих неопределенностей.
Использование наполнителей в клеях
(1) Выбор основных наполнителей
Выбор широко используемых наполнителей, таких как карбонат кальция и кремний, может улучшить адгезионные характеристики. Минеральные наполнители не только обеспечивают экономически эффективное решение, но и предлагают широкий спектр функций. Они были основным продуктом в рецептуре адгезива в течение многих лет, позволяя тонкую настройку свойств. Тан Лонг и др. подчеркнули, что в их исследовании диапазон матричной смолы и удлинителя цепи/сшивающего агента оказал наибольшее влияние на результаты испытаний. Реологическая добавка имела вторичное влияние, в то время как наполнители оказали значительное влияние, расположившись между первичным и вторичным эффектами.
При выборе наполнителей существует значительная гибкость, и традиционные наполнители часто являются лучшим выбором. Их длительное использование в производстве обеспечивает им более высокую рентабельность и стабильность. Например, карбонат кальция, известный своей тонкостью, однородностью и высокой белизной, широко используется в качестве наполнителя в клеях.
Cui Lidong et al. провели исследование, используя карбонат кальция 850 меш в качестве наполнителя в эмульсионных клеях для дерева. Они изучили влияние различных соотношений добавления на эффективность клея с помощью однофакторного экспериментального метода. Результаты показали, что:
- Вязкость и твердость: Увеличивается с более высоким содержанием карбоната кальция.
- Прочность связи: Сначала увеличилось, затем уменьшилось при более высоких соотношениях.
- Стабильность: Ухудшается при увеличении содержания наполнителя.
Влияние наполнителей на эффективность клея
Связь между соотношением добавления карбоната кальция и твердостью по Шору А
Чжоу Сяо и др. исследовали влияние кварцевого порошка в качестве наполнителя в однокомпонентных полиуретановых клеях. Их результаты показали, что кварцевый порошок демонстрирует хорошую совместимость с полиуретановыми системами, значительно улучшая такие свойства, как прочность на растяжение, удлинение при разрыве и прочность на разрыв полученных клеевых продуктов.
(2) Изучение современных наполнителей: карбид кремния и оксид алюминия
Ли Чжаоюань и др. использовали кубический нанокарбид кремния (β-SiC) в качестве наполнителя для разработки модифицированных неорганических клеев. Их эксперименты показали, что при содержании наполнителя 40% клей достиг замечательных показателей производительности:
- Прочность на сдвиг при растяжении: 13,5 МПа
- Номер итерации усталостной долговечности: 67 циклов
- Прочность на отрыв: 46,7 Н/мм²
Полученные результаты свидетельствуют о том, что модификация наночастицами может значительно улучшить адгезионные свойства неорганических клеев, обеспечивая превосходную надежность в различных областях применения.
Чэнь Цзэмин и др. исследовали влияние различных неорганических наполнителей, включая порошок кремнезема, Al₂O₃, муллит, нитрид бора, тальк и слюду, на модифицированные эпоксидные смоляные клеи. Их исследование оценивало, как различные типы и дозировки наполнителей влияют на прочность связи и интерфейс связи. Основные выводы включают:
Тенденции прочности связи: Прочность сцепления изначально увеличивалась с увеличением дозировки наполнителя, а затем снижалась при более высоких уровнях.
Оптимальная производительность наполнителя: Среди испытанных наполнителей 15 частей Al₂O₃ показали наилучшие результаты, достигнув значений прочности на сдвиг и прочности на отслаивание 22,42 МПа и 12,84 Н/см соответственно.
Добавление наполнителя Al₂O₃ облегчает образование химических связей, таких как C-Al и Al-OC, которые снижают силу сцепления модифицированной эпоксидной смолы. Это улучшение увеличивает силу сцепления на границе адгезив-алюминиевый сплав, тем самым улучшая как прочность на отрыв, так и прочность на сдвиг.
(3) Систематическое исследование наполнителей в клеях
Двухкомпонентные акриловые структурные клеи широко используются для склеивания металлических и неметаллических материалов в различных отраслях промышленности, включая аэрокосмическую, автомобильную, строительную и электронную. Хотя наполнители нерастворимы в клеевых системах из-за своих свойств, модификации могут усилить взаимодействие между наполнителями и клеями. Это взаимодействие улучшает механические свойства клеев, увеличивает вязкость и способствует более прочной адгезии к подложкам.
Регулирование механических свойств
Механические свойства имеют решающее значение для эксплуатационных характеристик акриловых структур. клеи в различных приложениях. Исследователи предложили несколько стратегий для улучшения этих свойств, включая включение термопластичных соединений и неорганических наполнителей.
Регулирование теплопроводности
Включение соответствующих неорганических наполнителей с электроизоляционными свойствами может значительно повысить теплопроводность акриловых клеевых систем. Подходящие наполнители включают:
- Гидроксид алюминия
- Гидроксид магния
- Оксид алюминия
- Оксид магния
- Оксид цинка
- Диоксид кремния
- Диоксид титана
- Силикат кальция
- Силикат алюминия
- Карбонат кальция
- Нитрид кремния
- Карбид кремния
- Борат алюминия
Кроме того, нитевидные кристаллы из карбида кремния, оксида алюминия или бората алюминия могут улучшить теплопроводность и огнестойкость клея, сохраняя при этом его механические и отверждающие свойства.
Регулирование влаго- и термостойкости
Лю Чэнлян и др. представили в своем патенте метод приготовления акриловых структурных клеев с высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям. При добавлении от 0 до 30 частей неорганических наполнителей, таких как коллоидный диоксид кремния, карбонат кальция и нанооксид алюминия, к компонентам A и B клей продемонстрировал впечатляющие характеристики:
- Предел прочности на сдвиг при растяжении при комнатной температуре: 9,36 МПа (нержавеющая сталь/ПММА) и 10,35 МПа (магний/ПММА).
- Прочность на сдвиг при растяжении после старения: Сохраненные значения 9,83 МПа и 9,64 МПа после 2 недель при температуре 85 °C и влажности 85%, с коэффициентами сохранения 105% и 93% соответственно.
Регулирование коррозионной стойкости
Использование акриловых структурных клеев может сократить или устранить необходимость в дорогостоящих операциях по отделке, таких как клепка и сварка, что приводит к более эстетически приятному внешнему виду с меньшим количеством отверстий, подверженных коррозии, или точек напряжения. Различные металлы могут быть связаны с меньшим риском гальванической коррозии. Повышение коррозионной стойкости может быть достигнуто путем добавления смесей молибдатов металлов (например, молибдата цинка, молибдата кальция, молибдата бария или молибдата стронция) и инертных наполнителей, таких как фосфат цинка, фосфат кальция и фосфат магния.
Регулирование других видов собственности
Помимо улучшения механических и термических свойств, некоторые неорганические наполнители играют важную роль в качестве тиксотропных агентов, загустителей и армирующих агентов. Они могут эффективно изменять различные характеристики двухкомпонентных акриловых структурных клеевых систем, включая плотность, вязкость и тиксотропию. Лю Сую и др. разработали метод создания акрилового клея, специально предназначенного для склеивания автомобильных бортиков. В этой формуле в качестве основного наполнителя использовался карбонат кальция. Включение карбоната кальция привело к нескольким полезным результатам:
- Уменьшенная тиксотропность: Клей стало легче наносить и соскребать.
- Более низкая экзотермическая температура: Экзотермическая температура была снижена со 115°C до менее 85°C, что способствовало более стабильному отверждению.
- Минимальная усадка при отверждении: Усадка при твердении удерживалась ниже 1%, что эффективно сократило время строительства.
Заключение
При возникновении проблем с формулой клея рассмотрите возможность использования неорганических наполнителей. Их универсальность может обеспечить эффективные решения различных проблем.