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粘接是一种起源于人类早期历史的技术。史上第一种粘合剂是在石器时代发明的,这种最早的桦木沥青是通过对白桦树皮进行干馏生产的。这样就可以将史前工具和武器的每个部分结合在一起。可以假设,这早在机械连接方法之前就已发生。
在中世纪,凸版印刷的出现和书籍的首次批量生产引起了胶粘剂行业的兴起。这些胶粘剂粘附在纸张,纸板和皮革上。然而,直到20世纪,胶粘剂工业才兴起用于工业装配,主要是基于环氧树脂和氰基丙烯酸酯。
UV固化丙烯酸粘合剂直到1970年代才出现,而最早的导电粘合剂直到1980年代计算机时代开始才出现。
如今,连接仍然意味着组件之间的永久连接。例如,这能够最终靠螺钉和压力连接(摩擦配合),花键轴连接和配合螺钉(强制配合)或焊接和粘接连接(材料配合)来实现。粘合剂能加强甚至完全替代这些连接技术。在组件的小型化过程中,与粘合剂的连接通常是唯一适用的技术。与其他连接方法相比,这是粘合剂粘结的特殊优势。在工业领域,针对特殊应用的特殊粘合剂的开发越来越多。
每个加入的应用程序都会带来不同的性能要求。粘合剂在满足这些要求方面具备极高的灵活性,因为能评估其性能以适应每种特定应用。现代工业粘合剂将允许将非常不同的材料粘合在一起。
固化后,粘合剂在大多数情况下要耐温度波动,潮湿,冲击或振动。使用许多粘合剂,可以修改诸如粘度,颜色或硬度之类的属性,以满足这些组装和性能要求。在某些情况下,能够最终靠评估不同的基础化学来获得更好的胶粘剂匹配性。例如,当性能要求包括高硬度且在固化过程中不会因收缩而移动时,环氧基粘合剂可能比丙烯酸酯更好。对于要求柔韧性和易碎连接应力低的应用,可优先考虑使用软环氧树脂和丙烯酸酯。
流程的选择也可以大幅度有助于产品推荐。对于大量,快速和自动化的情况,强烈建议使用UV固化。当使用广谱紫外线或单色LED紫外线固化时,紫外线可固化粘合剂可在几秒钟内聚合。组件能够迅速粘合,并且在固化过程中就能够继续进行处理。高性能紫外线胶粘剂可以是环氧或丙烯酸酯基的,提供了广泛的性能选择。
传统的UV固化依靠固化设备产生广泛的光能,通常为320Nm – 460Nm波长。第一代UV粘合剂包含的光引发剂仅与长波UV波长320Nm – 390Nm反应。随后的UV粘合剂开发结合了两种光引发剂,从而能够吸收UV光和可见光(400Nm – 420Nm)。这减少了固化时间,并提供了通过包含紫外线阻滞剂的透明基材进行固化的能力。广谱紫外线仍然是固化所有紫外线固化型粘合剂的可靠方法。实际上,这是紫外线环氧树脂的最佳固化方法。
近年来,LED UV固化设备使UV固化过程更易于集成且效率更加高。具有高强度输出的小型模块化单元可以轻松安装在现有的自动化过程中。LED固化消除了紫外线灯泡的更换,并且在固化过程中产生的热量也大幅度减少。能够正常的使用几种波长选项来固化粘合剂,包括可见光谱中的405Nm。
对于具有光线无法覆盖的阴影区域的粘合剂应用,可提供双重固化产品以实现可靠和完整的固化过程。首先将粘合剂暴露在UV / LED光线下,然后在第二步中进行热后固化。还能够正常的使用利用空气中的湿气来固化UV / LED光线无法到达的区域的双重固化UV粘合剂。
如果完全没有办法通过光接触要粘接的组件,则可以再一次进行选择仅通过加热进行固化。热固性环氧树脂有很可重复的固化周期。循环时间由分配的粘合剂量,烤箱温度和所需的生产量决定。这些热固性环氧树脂中的某些能够正常的使用低至80°C的固化温度。对于真正的热敏组件,能够正常的使用两种组件粘合剂。在此,接合和固化在室温下进行。
工业粘合剂的另一个特殊特征是它们能是导电和/或导热的。这些粘合剂提供导电性,同时将组件粘合到位。例如,导电胶能代替焊接连接。这些粘合剂填充有特殊的颗粒(通常是银片),以形成无腐蚀的导电路径。导电粘合剂比焊料更具柔韧性,非常适合于微电子组件中的热敏组件。
导热粘合剂是合成树脂,其中添加了金属或无机填充材料。然而,金属填料使粘合剂导电,这在许多应用中可能是不希望的。为了同时实现导热性和电绝缘性,一定要使用添加了陶瓷或矿物基填料的粘合剂。具有导热性的胶粘剂通常用于耗散电力电子设备的热量。当用于粘合散热器时,导热粘合剂可降低热应变,从而防止性能损失或电子组件故障。
通过特定的选择,由导电粘合剂形成的结合可以被制成刚性或弹性的。弹性结合能够更好的起到减振作用,并能应用于柔性PCB或其他柔性表面。
与其他连接技术(例如焊接,螺纹连接或钎焊)相比,键合连接具有许多优势。例如,可以在应力分布非常均匀的情况下非常薄的零件进行大面积连接,而不会削弱所连接的零件。粘合剂可以填充间隙,从而允许使用不太严格的组件公差。通过巧妙地选择粘合剂,它们能发挥连接部件的性能,或补偿由于连接不同基材而产生的应力。利用粘合剂,缝隙腐蚀也可最小化或完全避免。对于较大的间隙,凝胶状的粘合剂(如粘度)可以用作密封材料。
通过粘合剂粘合的连接代表了一种非常节省成本的技术,因为通常仅需要非常少量的粘合剂。许多粘合过程可以完全自动化-分配和随后的紫外线固化可以集成到现有的生产线中并自动控制。
如果没有高科技粘合剂,当今电子设备和汽车,医疗和消费电子行业的数字化和小型化将是不可想象的。可行的范围远远不足。不断开发粘合剂以提供更好的性能并使新的组件设计更易于实现。另外,当前的发展非常集中于使粘合剂更加环保。未来的粘合剂很可能将基于可再生原料,这将有利于回收利用并方便用户处置。随着制造商继续将新技术和产品引入市场,胶粘剂将继续发展。