受益于粘合劑的粘合多功能性

在許多情況下，工程師希望粘合劑不僅僅是替換機(jī)械緊固件。例如，環(huán)氧樹脂，丙烯酸樹脂，聚氨酯和聚酯粘合劑可降低成本，承受負(fù)荷，抵抗惡劣環(huán)境，并增加緩沖和結(jié)構(gòu)完整性。它們還可以增強(qiáng)美觀性，減輕重量和裝配時(shí)間，或者組裝機(jī)械緊固件無法使用的部件。粘合劑比以往任何時(shí)候都更需要加入難以粘合的基材，例如不同的材料，具有不同熱膨脹系數(shù)的組件，或涂層表面，以抵抗粘附。新配方可快速固化，適應(yīng)大多數(shù)制造技術(shù)，并提供持久，靈活的粘合。

對(duì)于粘接金屬，玻璃或塑料，粘合劑通常使用雙重密封接頭和阻尼振動(dòng)。以下示例說明了這些通用系統(tǒng)的一些優(yōu)點(diǎn)。

在這個(gè)為期一周的課程中，我們將看到兩個(gè)低成本但功能豐富的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)程序：CircuitStudio和KiCad。

丙烯酸樹脂為助聽器帶來了定制的適應(yīng)性

在英國，德國和明尼蘇達(dá)州Eden Prarie的Starkey Laboratories辦事處，一種新的助聽器設(shè)計(jì)方法要求改變粘合劑。挑戰(zhàn)：加快生產(chǎn)周期并提高公差 - 同時(shí)不犧牲質(zhì)量或性能。

對(duì)于他們的定制設(shè)備，Starkey工程師使用Loctite 190系列中的化合物將電氣元件粘合到位并充當(dāng)助聽器的外殼。“人們的耳朵就像指紋，”Loctite高級(jí)應(yīng)用工程師Patrick Courtney說。“助聽器必須定制，才能舒適。”

在康涅狄格州Rocky Hill的Loctite工程師的幫助下，Starkey團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種配方和固化工藝，現(xiàn)已在全球公司的實(shí)驗(yàn)室中使用。經(jīng)過嚴(yán)格的測(cè)試，他們從兩部分室溫固化粘合劑轉(zhuǎn)變?yōu)閱谓M分，低粘度，紫外線固化丙烯酸。

“室溫固化粘合劑在加工時(shí)間和公差控制方面產(chǎn)生了一些問題，”Courtney解釋道。為了定制適合輔助設(shè)備的微型電子設(shè)備，必須保持殼壁厚度以達(dá)到精密公差。

通過使用自流平，UV固化配方成型外殼，工程師縮短了加工時(shí)間并改善了公差控制。但設(shè)計(jì)變更不是簡(jiǎn)單的交換。“困難的方面是助聽器是膚色的;用戶可以從四種顏色中選擇，”考特尼解釋道。由于紫外線固化粘合劑通常是透明的，因此考特尼和他的同事必須與顏料供應(yīng)商密切合作，選擇顏色匹配設(shè)備并正確混合顏色。

一旦它們具有正確的顏色，工程師就必須解決其他兩個(gè)性能因素：固化時(shí)間和粘度。在測(cè)試了幾種化學(xué)品后，Loctite和Starkey工程師開發(fā)了紫外線敏感光引發(fā)劑和可見光光引發(fā)劑的混合物，以微調(diào)殼的快速固化周期。它們還獲得了適合現(xiàn)有工藝設(shè)備的粘度，而不會(huì)改變硬度計(jì)，模量或其他性能參數(shù)。

考特尼說：“我們采取了專門的流程，并給予了快速周轉(zhuǎn)。”“現(xiàn)在，從模具投入到交付時(shí)間為24小時(shí)。”

滌綸增加了滾道的速度

賽道可能是測(cè)試汽車保持在一起的最嚴(yán)重環(huán)境之一。一些愛好者可能會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)，美國跑車俱樂部(SCCA)賽車，如由Dick Valentine駕駛的雪佛蘭Camaro，在一些最苛刻的連接應(yīng)用中依賴于粘合劑。

當(dāng)?shù)妆P設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)Riley&Scott，Inc.，Indianapolis尋找緊固系統(tǒng)將鈦和鋁車身板以及懸架和傳動(dòng)系統(tǒng)部件粘合到他們專業(yè)的管架底盤時(shí)，他們選擇了粘合劑。

底盤提供Camaro的核心剛度和強(qiáng)度，暴露在溶劑中，溫度超過177攝氏度(350華氏度)，并且劇烈振動(dòng)。不斷變化的動(dòng)態(tài)條件意味著粘合劑必須連接具有不同熱膨脹系數(shù)的基材。更重要的是，在每盎司重要的應(yīng)用中，船上沒有額外重量的余地。

設(shè)計(jì)工程師Bill Riley從馬薩諸塞州羅克蘭的Venture Tape公司選擇了配方1155高粘度聚酯薄膜。他說，雙面涂層薄膜很好地適應(yīng)了非常平坦的面板和底盤框架的不平整表面。體重是另一個(gè)關(guān)鍵因素。“這部電影可以減輕你的體重，因?yàn)槟憧梢园阉旁谀阆胍牡胤?。你不必?fù)?dān)心流失或讓面板上有額外的粘合劑，”萊利補(bǔ)充道。

也許更重要的是，膠片的高剪切強(qiáng)度增加了汽車的結(jié)構(gòu)完整性，校長馬克斯科特說。“從節(jié)省應(yīng)用的時(shí)間開始，節(jié)省了大量成本。”

為了測(cè)試汽車，工程師將汽車的一端安裝在懸架上，另一端用杠桿臂扭轉(zhuǎn)。“我們對(duì)底盤的抗扭剛度進(jìn)行了大量的靜態(tài)測(cè)試，我們可以從過去的經(jīng)驗(yàn)中看出這部電影將立即起作用，”萊利解釋道。

其他Venture Tape粘合劑在全球范圍內(nèi)用于福特和克萊斯勒汽車，用于防火墻密封劑，行李箱襯里和窗戶密封劑。

環(huán)氧樹脂可增強(qiáng)鏈路的功率

在泰勒馬德高爾夫公司(Taylormade Golf)，“與你的頭一起”的表達(dá)不僅僅是典型的令人痛苦的聯(lián)想。幾年前，這家國際高爾夫俱樂部制造商發(fā)現(xiàn)粘合劑失效導(dǎo)致其球桿的頭部和桿身分離。

“我們之前使用過另一種環(huán)氧樹脂，”產(chǎn)品經(jīng)理Will Priest解釋道。“它不是最強(qiáng)的膠水，它與材料粘合鋼和石墨的差異不相容。”例如，Taylormade工程師還發(fā)現(xiàn)，這種粘合劑不能承受熱汽車行李箱到?jīng)鏊叵率业臒嵫h(huán)。“頭部飛走了 - 這是一個(gè)嚴(yán)重的責(zé)任問題，”普里斯特補(bǔ)充道。

為了將碳鋼或石墨軸粘合到不銹鋼或鈦的頭上，Taylormade在加利福尼亞州洛杉磯的Ciba-Geigy公司進(jìn)行了調(diào)查。“Ciba-Geigy工程師幫助我們做出改變，”Priest說。“我們選擇了具有催化劑HY994的雙組分環(huán)氧樹脂AW136和新的應(yīng)用工藝。”

從密封膠設(shè)備公司(密歇根州奧克帕克公司)切換到非常精確的計(jì)量混合系統(tǒng)，而不是手工混合環(huán)氧樹脂，立即得到了改善。接下來，Taylormade工程師重新設(shè)計(jì)了他們的應(yīng)用技術(shù)。他們以前在軸的尖端涂上粘合劑，安裝頭部，然后將其加捻，在粘合劑形成的稱為插鞘的部分涂上均勻的粘合劑。

但是工程師們懷疑這種技術(shù)并沒有提供良好的聯(lián)系。為了檢查潤濕表面，他們使用了玻璃插鞘。“果然，你可以看到氣泡，”普里斯特說。“粘合區(qū)域的氣袋阻止了適當(dāng)?shù)臐櫇?我們的覆蓋率只有50%左右。”

現(xiàn)在，工程師用0.2克的重量密封空心高爾夫球桿的末端。然后，他們將大約1毫升的環(huán)氧樹脂分配到插鞘的底部，而不是將其涂在軸上。自動(dòng)壓機(jī)施加約1034kPa(150psi)以將軸壓入桿頸。這迫使軸和桿頸內(nèi)部之間的高粘度環(huán)氧樹脂。普里斯特解釋說，工程師故意使用一些多余的環(huán)氧樹脂，當(dāng)軸到達(dá)底部時(shí)，額外擠壓出來。“我們消除了這些過剩，我們知道我們有100%的覆蓋率。”

連續(xù)流動(dòng)。新的環(huán)氧樹脂并不意味著犧牲制造速度。“我們開展連續(xù)流程制造，”Priest說。“我們需要我們的環(huán)氧樹脂快速固化?？鞠鋾?huì)產(chǎn)生巨大的瓶頸，我們必須有大量的庫存。”

帶加熱環(huán)的固化站通過傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)快速固化。半圓形元件夾住插鞘并將環(huán)氧樹脂加熱到127攝氏度(260華氏度)約兩分鐘。Ciba-Geigy的工程師表示，除了速度快，快速固化還能促進(jìn)粘合劑中的化學(xué)交聯(lián)，從而增強(qiáng)強(qiáng)度。

為了量化這些改進(jìn)，Taylormade工程師進(jìn)行了拉力測(cè)試。他們將球桿的桿身從頭部切開約8英寸，然后將其安裝在試圖拉開頭部的機(jī)器上。“我們使用舊的環(huán)氧樹脂和舊方法獲得了大約1,500 lbf(6,672N)的拉伸強(qiáng)度，我們現(xiàn)在獲得的最小強(qiáng)度為3,000 lbf(13,345N)，典型強(qiáng)度為4,000至5,000 lbf(17,793N - 22,241N) )，“牧師說。事實(shí)上，鋼軸在環(huán)氧樹脂失效之前經(jīng)常斷裂，他補(bǔ)充道。

為了模擬實(shí)際動(dòng)態(tài)，Taylormade工程師還開發(fā)了一種沖擊測(cè)試系統(tǒng)：擺錘上的大錘子可以產(chǎn)生100次沖擊，然后球桿必須通過3000 lbf的拉力測(cè)試。“我們的許多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的俱樂部只能承受15或20次沖擊，然后頭部會(huì)飛走，”普里斯特說。

現(xiàn)在，工程師在日本Togane和加利福尼亞州Carlsbad的生產(chǎn)基地使用新的環(huán)氧樹脂。牧師說：“從那時(shí)起，我們就沒有在這個(gè)領(lǐng)域發(fā)生債券失敗。”

氨基甲酸酯鍵合挑剔的汽車基板

用于汽車車身面板的新型透明涂層可為惡劣環(huán)境提供高性能保護(hù)，而光滑的玻璃則適用于空氣動(dòng)力學(xué)型材。窘境：如何將玻璃粘接到表面處理以明確抵抗任何事物?

“你有一個(gè)透明涂層，旨在抵御酸雨和其他一切的損害，你必須用粘合劑將其直接粘合到玻璃上。這是一個(gè)艱難的挑戰(zhàn)，”Essex Specialty Products市場(chǎng)開發(fā)經(jīng)理Steve Henderson說。 ，特洛伊，密歇根州。

在位于密歇根州沃倫的克萊斯勒杰斐遜工廠，以及位于比利時(shí)布魯塞爾和其他歐洲工廠的通用汽車公司的OPEL工廠，埃塞克斯的新型聚氨酯粘合劑解決了這一問題并提高了質(zhì)量。

對(duì)于克萊斯勒1995年的吉普切諾基來說，這種粘合劑消除了擋風(fēng)玻璃和后玻璃組裝中的困難步驟。Essex配方15706 BETASEAL玻璃粘合劑直接粘合到環(huán)保汽車飾面 - 無需底漆。

亨德森解釋說，在這個(gè)過程中使用底漆證明克萊斯勒很難，因?yàn)檎澈媳砻姹籄級(jí)涂層包圍。由于裝配需要底漆，因此必須由操作人員密切監(jiān)控敏感過程，以確保沒有其他表面受到溶劑的影響 - 并且時(shí)間對(duì)于良好的粘合是至??關(guān)重要的。

團(tuán)隊(duì)合作產(chǎn)生良好的化學(xué)反通過與油漆配方設(shè)計(jì)師，玻璃制造商和克萊斯勒工程師合作，埃塞克斯開發(fā)了一種無底漆涂料粘合劑，用于粘合新的面漆，并且無需底漆即可粘附在玻璃上。

“最大的挑戰(zhàn)之一是讓變革對(duì)制造業(yè)透明化。他們可以將新配方與現(xiàn)有設(shè)備結(jié)合使用，以避免任何資本支出，”亨德森說。與之前的配方一樣，新的聚氨酯粘合劑是機(jī)器人應(yīng)用的。氨基甲酸乙酯以珠子形式擠出到固定玻璃中，然后自動(dòng)安裝在汽車中。該粘合劑也適用于現(xiàn)有的玻璃和PVC封裝底漆。

除了消除與墊圈一起使用的機(jī)械緊固件和金屬擋風(fēng)雨條之外，聚氨酯粘合劑還消除了：

成本和揮發(fā)性有機(jī)化合物的底漆。需要操作人員應(yīng)用它。分配底漆的設(shè)備。設(shè)備維護(hù)和占地面積要求。由于滴水造成的殘割。延長停機(jī)時(shí)間后重新啟動(dòng)。

克萊斯勒工程師表示，新型粘合劑還具有制造靈活性。而不是底漆干燥時(shí)間決定玻璃必須安裝在哪里，安裝可以在裝配線上移動(dòng)，以優(yōu)化生產(chǎn)率。

該粘合劑使用低導(dǎo)電配方，用于帶有電子元件的車輛，如擋風(fēng)玻璃或后玻璃中的無線電天線。而且因?yàn)樗鼈冊(cè)黾恿塑囕v結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和彈性，它們可以幫助汽車制造商滿足聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車輛安全標(biāo)準(zhǔn)，例如車頂破碎法規(guī)，并添加Essex工程師。

克萊斯勒的工程師說，通過消除對(duì)涂料的需求，粘合劑提供了其他幾種可能性。潛在應(yīng)用：裝飾粘接和其他汽車用途，可以替代焊接或緊固件。