【原创】搞不定胶粘剂配方？加粉！加粉！加粉！

中国粉体网讯 开发胶粘剂配方为什么困难重重?简单来说，是针对性的配方不好开发。要把许多合适的原材料融合在一起，恰好生成需要的属性，过程中要不断试错，解决矛盾。尤其是当你遇见瓶颈的时候，多一种选择，多一个突破口或许就会成功。

1、胶粘剂配方开发的难点

开发胶粘剂配方难点有很多，但可以举个例子感受一下。

唐龙等讨论了一种配方开发方法，并将其用于双组分聚氨酯胶粘剂中多元醇组分的配方开发，平衡胶粘剂中低硬度和高粘接强度的性能矛盾。作者先用正交试验设计优选原料种类，再用JMP定制试验设计优化原料配比，规避了常规配方开发中同时处理种类和配比的问题。研究结果表明：将本方法用于双组分聚氨酯胶粘剂中多元醇组分的配方开发，平衡了低硬度和高粘接强度难以共存的矛盾;得到了一种具有低硬高粘特征的聚氨酯胶粘剂，胶体硬度40D，拉伸剪切强度11.34MPa(铝片-铝片)，单位硬度提供的粘接强度为283.5kPa/D。

开发实验到此结束了?并没有。作者还留下了一些“问题”，这些问题中就有经常出现的难点。

作者在文中指出，基于以下一些明显错误的假想处理，因此结果分析时需慎重考虑。处理1：原料种类优选时，不考虑种类大类之间的交互作用对试验响应的影响。处理2：不考虑原料的物理属性对试验响应的影响(纯度、含水率、均匀性等)。处理3：原料的种类和比例对试验响应的影响相互独立。

总结来说，配方不确定因素多，又相互影响。这个影响要怎么降低呢？答案：用相对可控的因素抵消它们。

2、充分利用填料对胶粘剂的作用

（1）选择主流填料——例如碳酸钙、二氧化硅等

矿物填料为胶粘剂开发提供额外的性能调整空间。矿物填料种类丰富，功能性多样化，价格较之化学添加剂便宜很多，长期以来都是调整胶粘剂性能的重要手段之一。唐龙等在上述研究中也指出，基体树脂和扩链/交联剂的极差值最大，说明其为试验相应的主效应，次效应是流变助剂，而填料介于主次之间，会对产品性能产生较为显著的影响。

从具体填料的选择来讲，自由度比较高，可以优先选择传统的填料，其经过长期的生产实践，性价比和稳定性较高。例如碳酸钙作为一种无机功能性材料，具有细腻、均匀、白度高等优点，被广泛应用于胶粘剂填料使用。崔立东等以850目碳酸钙作为木材用乳液型胶粘剂的填料，通过单因子实验方法，研究了碳酸钙不同添加比例对胶粘剂性能的影响。实验结果表明，随着碳酸钙添加比例的提高，胶粘剂的粘度增加，硬度增大，胶合强度呈现先增加后降低，胶粘剂稳定性降低。 

碳酸钙添加比例与粘度关系

碳酸钙添加比例与剪切强度关系

碳酸钙添加比例与邵氏A硬度值关系

周晓等探讨了石英粉作为填料对单组分聚氨酯胶粘剂性能的影响，发现石英粉与聚氨酯胶粘剂体系具有良好的相容性，对聚氨酯胶粘剂产品的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度有明显的提升作用。

（2）探索高端填料——碳化硅、氧化铝等

李兆媛等以立方晶系结构的纳米硅碳化物(β-SiC)作为填料，制备了改性后的纳米SiC改性无机胶粘剂。实验结果表明：含量为40%时，胶粘剂拉伸剪切强度达到13.5MPa，疲劳寿命迭代次数达到了67个循环周期，剥离强度为46.7N/mm²，说明纳米颗粒改性明显提高了无机胶粘剂的粘接性能，SiC填料也为无机胶粘剂在各种应用领域中提供了更好的性能和可靠性。

陈泽明等选取了硅微粉、Al₂O₃、莫来石、氮化硼、滑石粉、云母、SiO₂等无机填料作为改性环氧树脂胶粘剂的组分，讨论了不同类别的填料及用量对改性环氧树脂粘接强度和粘接界面的影响。每种无机填料对于粘接强度均有不同程度的提高，粘接强度随着填料用量的增加呈现先提高后降低的趋势，其中15份Al₂O₃的提高效果最佳，剪切强度和剥离强度分别可以达到22.42MPa和12.84N/cm。

不同填料含量对胶粘剂剪切强度的影响

不同填料含量对胶粘剂剥离强度的影响

Al₂O₃填料的加入，形成C-Al和Al-O-C的化学键，降低了改性环氧树脂的内聚力，增大了胶粘剂和铝合金粘接界面的结合力，从而提高了剥离和剪切强度。

（3）系统研究填料在胶粘剂中调控作用和能力

双组分丙烯酸酯结构胶粘剂应用范围广,可用于粘接金属、非金属材料，应用于飞机、汽车、建筑、电子产品等领域。填料因其自身特性而无法溶解于胶粘剂体系，但经过改性之后，填料与胶粘剂之间的相互作用可以改善胶粘剂的机械性能、增加其黏度、促使胶粘剂与基体之间获得更好的附着力等。

力学性能的调控：力学性能是丙烯酸酯结构胶粘剂在不同应用领域中被高度关注的一项重要性能，目前已有学者提出了几种提高结构胶粘剂力学性能的方法，如：添加热塑性化合物或无机填料等。

导热性能的调控：可向丙烯酸酯胶粘剂体系内加入适量的具有电气绝缘性能的无机填充剂，比如氢氧化铝、氢氧化镁、氧化铝、氧化镁、氧化锌、二氧化硅、二氧化钛、硅酸钙、硅酸铝、碳酸钙、氮化硅、碳化硅、硼酸铝等，碳化硅、氧化铝、硼酸铝等的晶须，可使胶粘剂具有良好的导热性和阻燃性，同时保持其良好的机械性能和固化性能。

耐湿热性能的调控：柳成良等在其专利中介绍了一种高耐候性丙烯酸酯结构胶粘剂的制备方法。向A、B两组分中加入0~30份的无机填料，填料分别为气相二氧化硅，碳酸钙，纳米氧化铝。使用该胶粘剂粘接不锈钢/PMMA、镁/PMMA，测得常温下拉伸剪切强度为9.36MPa、10.35MPa；85℃，85%湿度条件下老化2w后的拉伸剪切强度依次为9.83MPa、9.64MPa，保持率为105%、93%。

耐腐蚀性能的调控：丙烯酸酯结构胶粘剂粘接可以减少或消除昂贵的铆接和焊接所需的精加工操作，并呈现出更令人满意的外观。在连接组件中腐蚀的孔或应力点较少，不同的金属可以连接起来，建立电偶腐蚀单元的机会更少。钼酸锌、钼酸钙、钼酸钡或钼酸锶等金属钼酸盐的混合物；以及磷酸锌、磷酸钙、磷酸镁等惰性填充物的加入，可改善其耐腐蚀性能。

其它性能的调控：有些无机填料还经常被作为触变剂、增稠剂、补强剂来使用，以改变双组分丙烯酸酯结构胶粘剂体系的密度、黏度和触变性等其它性质。刘苏宇等人在其专利中介绍了一种用于粘接汽车踢脚线的丙烯酸酯胶粘剂的制备方法。该胶粘剂采用碳酸钙作为主要填料，使产品的触变性降低，易于刮涂，其放热温度由115℃降低至85℃以下，使固化更加稳定且固化收缩率小于1%，缩短了施工时间。

结语

当你为胶粘剂配方头疼的时候，不妨关注一下无机填料，这个种类多样的群体总会为你解决一些困难的。

参考来源：

唐龙，如何从配方开发角度平衡胶粘剂中低硬度和高粘接强度的性能矛盾,广州市白云化工实业有限公司

李兆媛,纳米颗粒改性对无机胶粘剂粘接强度的影响,西安邮电大学

崔立东，填料对胶粘剂性能影响的研究，黑龙江省木材科学研究所

陈泽明，无机填料对环氧树脂胶粘剂的粘接性能的影响，黑龙江省科学院

刘淑迪，无机填料在丙烯酸酯结构胶粘剂中的应用进展，黑龙江省科学院

(中国粉体网编辑整理/昧光)

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