當今膠粘劑發展趨勢
時間:2006-08-22
1 引 言
隨著經濟和科學的發展,膠粘劑需求量愈來愈大,已進入工業、農業、交通、醫學、國防和人民日常生活各個領域,在國民經濟中發揮愈來愈大的作用,膠粘劑工業已發展為一個獨立的新興部門。中國是人類文明史上使用膠粘劑最早國家之一《周易參同契》等古書上均有膠粘劑制造和使用的記載,許多出土文物表明5000年前我們祖先就會用粘土、淀粉和香松等天然產物做膠粘劑,4000千多年前就會用生漆做膠粘劑和涂料制造器具,3000年前的周朝已用動物膠作木船的填縫密封膠,兩千年前的秦朝用糯米漿與石灰作砂漿粘合長城的基石,使萬里長城成為中華民族偉大文明的象征之一,公元前200年東漢時期用糯米漿糊制成棺木密封膠,配以防腐劑,使馬王堆古尸出土時肌肉及關節仍有彈性,足見中國膠接技術之高超。1958年我國建立起自己的合成膠粘劑工業,目前我國已能生產環氧、酚醛、氨基樹脂、聚氨酯、有機硅、橡膠和丙烯酸酯等各類合成膠粘劑,品種已達1500余種1982年在北京舉辦的全國膠粘劑新產品展覽會上,已展出了13個省市110個單位研制的600多種產品。可以預計,黨的十五大之后,隨著國民經濟和科學技術的蓬勃發展,我國膠粘劑工業一定出現更令人可喜新局面。
2 發展趨勢
2 1 品種日新月異
產品逐年聚增現代化工業迅速發展,天然膠粘劑不論在品種、性能,還是產量方面均不能滿足大工業發展和人類生活的需要,本世紀30年代開始,隨著合成高分子材料的發展,出現了合成膠粘劑,如今合成膠粘劑已占整個膠粘劑產量的80%。
近20年來,國內外膠粘劑及其技術理論發展十分驚人,可謂品種日新月異,性能指標不斷推陳出新,產量逐年劇增,應用愈來愈廣泛。例如,日本的三建(ＳＡＮＫＡＮ)公司80年代就有1700余種,德國漢高(ＨｅｎＫｅｌ)公司超過1000種,美國杜邦(Ｄｕｐｏｎｔ)公司有500種,英國博斯帝克(Ｂｏｓｔｉｋ)公司達450種,我國1982年超過600種,1984年達1847種,1985年達3500種,目前主要膠粘劑,國外有的,我國基本也有,性能也相差無幾,但價格和應用上差別較大。從世界角度看,膠粘劑不僅品種和產量增加很快,而且性能也顯著提高。僅以古老品種環氧樹脂而言,已取得長足進步,日本研制的耐高溫環氧膠,200℃固化后,最高使用溫度可達537℃,法國研制的環氧膠,室溫固化后可在300℃使用,我國也研制出350℃下使用的耐高溫環氧膠,現在環氧膠固化速度已大大加快,已有2-3分鐘凝膠,10分鐘左右可達固定強度的品種,適用應急修補,以液體活端基橡膠與環氧樹脂并用,粘接鋁合金,室溫下固化,剪接強度達25 48～29 40ＭＰａ,剝離強度大于0 49～0 78ＭＰａ。
現已出現第二代環氧樹脂膠粘劑,粘接強度比一般結構膠高2倍。以2-氰基丙烯酸脂為主體的瞬干膠發展很快,已研制出強度高,韌性好,抗沖擊和用于粘接細孔材料的膠。第二代丙烯酸膠粘劑(ＳＧＡ),不僅固化速度快,而且強度更高,無需混合(可分別涂在被粘物表面),使用方便,且可用于油面粘接,最近國外已研制出耐熱(180℃)ＳＧＡ,氣味也有很大改進。第三代丙烯酸脂(ＴＧＡ)也早已研制出來,采用光引發粘接,即謂紫外固化膠粘劑。膠粘劑產量與日俱增,70年代世界主要工業國家膠粘劑生產增長率為5%～10%,80年代以來呈現蓬勃發展勢頭,如美國,膠粘劑產值達39 9億美元,占世界膠粘劑市場的40%,直至1994年,年均增長率為4 5%,日本1996年膠粘劑產量比1985年增長5 1%達77 9萬噸。
2 2 生產與科研緊密結合
科學技術是第一生產力,尊重知識,尊重科技人才,走“科技興廠、興業、興國”之路,始終以新技術新產品占領市場,已成社會共識,現今國內外許多中型以上膠粘劑生產廠均附設科研機構,主要結合本廠生產實際和主市場需要,開發第二代和第三代新產品,研究自己的技術訣竅,在性能和成本上下功夫,開創獨具特色的新品種,我國已出現生產廠,大專院校,科研院所,粘接學會(或協會)密切結合的新局面,科研工作直接或間接為生產服務,研究課題可以來自生產實際,來自產品國產化要求,也可以由研究人員,在查閱文獻市場調查的基礎上,自己提出,膠粘劑是一種復雜體系,除了基料外,還要有其他組分,某些組分間作用可能是相反,且處于膠粘劑體系內,這就要求科技人員在配方設計中必須進行科學的綜合平衡,以求配方獲得力學上穩定,主要功能最優,其他功能均能滿足要求。中試生產和放大生產可以到生產廠進行,檢驗實驗室研究成果的實用性和工藝合理性,不斷完善產品性能指標。
2 3 研究新的粘接技術和工藝
微膠囊技術:發展單組分包裝的膠粘劑,一直為人們所關注,通常采用兩個途徑,即一是用潛伏性固化劑提高貯存期;另一途徑是將固化劑或促進劑包封在微膠囊中,配制成穩定的單組分膠液,使用時微微加壓膠囊破裂,固化劑或促進劑與主體膠接觸迅速固化。改進涂膠技術:由于水基膠粘度低,應用受到限制,采用雙液混噴新技術,可獲滿意效果,其中一液是以丙烯酸乳液為主劑,另一液是能使乳液產生凝聚的有機金屬鹽溶液,涂布時采用雙頭噴霧槍,在空中混合,涂布于被粘接物表面,很快凝聚,產生初粘力,達到與溶劑型相似的效果,此技術目前用于汽車頂板、水箱、冷庫隔熱層的粘接。目前有些國家正在本著節能、快速固化、無公害的原則,大力采用紫外線或電子束固化新工藝,由于紫外線能量低,穿透力差,故要求被粘物要具有透光性,并加光引發劑吸收紫外線,形成激發態分子或活性自由基,從而導致不飽和高聚物進行接枝、交聯等反應達到固化目的。
2 4 生產規模中小型化
產品追求高附加值膠粘劑屬于精細化學品,生產屬精細化工范疇,特點是生產量小,需求品種多,產品更新換代快,適宜中小型企業生產,中小型企業可隨社會需求及時靈活調整,據報導各國膠粘劑生產廠職工在百人以下的占50%以上,千人以上的大廠絕大多數屬于兼營,如美國的Ｄｕｐｏｎｔ公司,3ｍ公司,ＢＡＳＦ公司等,有些國家本身無資源,在世界石油危機,價格猛提的形勢下,迫使它們生產高附加值產品,如氰基丙烯酸酯瞬干膠,熱熔膠,工程結構等特種膠,以求利用高難技術增強在國際市場上的競爭力,獲取優勢。
2 5 基礎理論研究日受重視
膠粘技術歷史悠久,但膠粘機理、界面化學等基礎理論研究工作是近年來才開始的,特別是近20年來,國內外研究者對膠接原理,提出多種學說,如機械論、吸附論、擴散論、靜電(電子)論、弱界面層理論、化學鍵理論、分子理論、電磁理論和配價鍵理論等,但由于膠接過程是一個復雜的物理化學過程,膠接強度不僅取決于膠粘劑性質和被粘表面的膠接特性,而且和接頭設計,接頭成型工藝等密切相關,還受周圍環境的影響,各種相關因素的變化都會影響接頭膠接強度和測試結果,給揭示膠接機理帶來困難,用上述任何一個理論都不能圓滿解決膠接過程的復雜現象,而只能說明部分現象和問題,更不能完全說明材料的化學結構與膠接特性之間的定量關系,這些都需理論研究的進一步深化。實踐證明,重視基礎理論研究,從膠接機理上弄清膠接本質,在基礎理論指導下,膠粘劑研制工作者方可研制出性能更高,用途更廣泛新膠粘劑,基礎理論研究是長遠起作用的,在重視應用研究的同時更應重視基礎理論研究,占領制高點,掌握主動權,將膠粘劑工業不斷推向新臺階。
2 6 市場動態走向
2 6 1 木材加工業仍是應用大戶
隨著現代木材加工業的進展,木材膠粘劑用量日益擴大增多,木材膠粘劑已成為木材加工業及木器制造業的支柱,如膠合板、木屑板、裝飾板、家具和辦公用品等都大量使用膠粘劑,全世界木材膠粘劑產量占膠粘劑總產量的3/4,如美國約60%的合成膠粘劑用于木材加工業,俄羅斯為79%,日本為75%,在我國60%～70%的膠粘劑也用于木材加工業。
2 6 2 特種膠粘劑日受青睬
膠粘劑作為一種新的聯接材料已在宇航、汽車、造船、機械制造、無線電和電器儀表等許多領域獲得廣泛應用,然而,由于科學技術迅速發展,對膠粘劑性能指標提出了一些更高要求,如良好的導電性,耐酸堿性,優良的光學性能,真空密封性能,應變傳遞性能以及對生物體組織有較佳的適應性能等,特種膠粘劑就是具有上述某種性能的一類膠粘劑。特種膠粘劑具有獨特作用,日受青睬,如阿波羅飛船上的指揮艙登月艙用的鈦鋁合金蜂窩夾層結構,采用耐高溫的環氧-酚醛膠粘劑合,衛星與飛船飛越或重返大氣層時,外表的耐高溫燒蝕材料與容器的固定,火箭液體燃料,-235℃時保溫材料與容器固定,其中的耐高溫膠粘劑與超低溫膠粘劑是必不可少的重要材料,價格多貴也得用。常見特種膠粘劑還有真空膠粘劑、應變膠粘劑、導電膠粘劑、光學膠粘劑、耐酸堿膠粘劑和醫用膠粘劑等。
3 結束語
膠粘連接方法與傳統連接方法相比具有獨特優點,膠粘劑處處使用,時時使用,膠粘劑工業的經濟效益十分可觀,不斷研制開發新產品已勢在必行。但要注意以下幾個策略:
(1)論證策略:要考慮市場動向和本地資源開發,要考慮環境保護和節約能源等,切忌閉門造車,盲目上馬。
(2)質量策略:在某種意義上講,“質量是生命”,產品質量與產品競爭力成正比,無凝,質量高信譽也高,競爭力強。
(3)成本策略:在新產品研制過程中要盡量降低成本,以價廉質高的優勢擴大營銷,占領市場,這就要求管理工作者和研制工作者加強管理,改革工藝,降低成本。
(4)服務策略:周到的技術咨詢服務等是新產品在市場競爭中取勝的重要一環。
(5)時效策略:“時間就是金錢”,開發計劃確定之后要立即組織實施,切忌坐失良機,在產品的成熟期,就要著手對產品進行改進增加功能,提高性能,擴大產品的適應性、方便性和安全性,延長產品使用周期。同時,信息要靈,反應要快,決策要準,可以預計,中國的膠粘劑工業將會飛躍發展,前景更美好。
