粘接质量的控制

粘接质量的控制相当重要，其目的就是要确保粘接的高质量，减小不同批次粘接件性能的差异，提高安全可靠性、牢固耐久性、高效经济性。粘接质量的好坏决定着粘接结构应用的成败，只有高质量的粘接，才能保证连接的更牢靠，使人们对粘接的效果置信不疑，为粘接技术的高端应用赢得赞誉。所谓高质量的粘接就是粘接结构牢固可靠，能够满足对强度、刚度和耐久度等的性能要求。也就是说，应当兼顾初始强度高和耐久性好两个方面，不能只追求最初的高强度，而忽视了使用的耐久性。粘接的质量受多种因素的影响，了解这些因素的影响程度，就能采取必要的措施，消除可能存在的软肋。以最佳质量控制理念为指导，坚持可靠性与经济性、成品率与效率、质量与成本相结合的原则，对影响粘接性能的诸多因素进行全面质量控制，为环氧胶粘接技术的可靠应用提供强劲有力额保证。
        一、粘接质量的影响因素
       影响粘接质量的因素可归为几个方面，即胶粘剂、接头设计、粘接工艺、企业管理、生产环境等。它们之间相互关联、相互制约，忽视了哪一个环节，都会出现弊端，带来隐患，造成失败。因此，不能顾此失彼，应当多方关照，精心慎重对待，不可掉以轻心，确保粘接质量万无一失。
       1.胶粘剂的影响
     （1）黏料相对分子质量的影响   一般来说，黏料的相对分子质量低，黏度小，流动性大、易于湿润，则粘接力大，但因内聚力小，粘接强度低。相对分子质量很大时，内聚力更大，但粘接力太差，也不会获得高强度。因此，只有中等相对分子质量的黏料，用于配制胶黏剂才是最合适的，既有较大的粘接力，又有一定的内聚力，不仅粘接性好，而且强度也高。如果将不同相对分子质量的同类树脂混合使用，便会得到中等相对分子质量的黏料，例如E-51环氧树脂相对分子质量低，黏度小，湿润性好，粘接力虽比E-44环氧树脂大，但内聚力小，而E-44环氧树脂则恰好相反。若将E-51环氧树脂与E-44环氧树脂按5:5或6:4或4:6质量比混合使用，则因互相取长补短而能获得较高的粘接强度。总的来说，黏料的相对分子质量要有一个适当的范围，太低太高皆不好。除了相对分子质量外，相对分子质量分布也有一定的影响，一般而言，相对分子质量分布稍宽些为好。
    （2）增塑剂的影响  加入增塑剂可以提高黏性分子的扩散与湿润能力，增加粘接力，有利于粘接。而增塑剂用量过大，则会降低内聚强度。同时，低分子物过多，还要降低粘接力，导致粘接强度下降。因此，增塑剂加入量不能太大，适当为宜。对于非活性增塑剂，特别应注意相容性要好，不然离析后逐渐渗透扩散集中于粘接界面，定会引起脱粘。
      (3)填充剂的影响  在胶黏剂中加入适当适量的填充剂，可以改善粘接性能，如降低收缩率、减小热膨胀系数、提高耐热性等。在一定的用量范围内，剪切强度随填充剂量的增加而提高，但剥离强度却将低，因此，在承受剥离力时，尽量不加或少加填充剂。 如果加入活性填充剂（例如经偶联剂处理的硅微粉）效果舍更明显。
      (4)溶剂的影响   溶剂型环氧胶黏剂的溶剂选择必须恰当，要有很好的溶解性，不然离析、分层都不能很好地湿润被粘表面，严重影响粘接效果，甚至根本粘不上。
      (5)胶黏剂储存期的影响   胶黏荆的粘接力随着储存时间的延长一般会有所下降，因此，使用新近生产或现行配制的胶黏剂会得到更好的粘接效果，最好不使用接近或超过储存期的单组分环氧胶黏剂，以免粘接强度太低而不能满足使用要求。
      (6)配胶的影响   含有相容性不好的树脂或质重的填充剂，储存时容易分层或沉淀，在使用前需混合搅拌均匀，不然，直接牯接就会出质量问题。
       双组分或多组分环氧胶黏剂在配制时，各组分一定要按规定比例称量准确，混合均匀，否则固化剂少了就会不固化而发黏；固化剂多了，就要反应剧烈而变脆，这些都会使粘接强度大为降低。自行配制胶黏剂，各缇分一定要符合工艺要求，尤其是要控制水分含量，以免环氧胶黏剂本身的内聚强度降低。
       2.接头设计的影响
      接头设计是否合理，直接影响粘接质量。所采用的接头应尽量避免剥离、弯曲、冲击，不要使应力集中于粘接面的末端或边缘。因为粘接接头应力分布不均匀程度越大，所能承受的负荷就越小，粘接强度无疑也就越低。不要采用简单的对接，如果实属必要，应当设法增强加固。常用的接头形式为搭接、斜接，若能粘接与机械连接联台使用，则更有利于提高粘接强度。
       3.粘接工艺的影响
     (1)溶剂脱脂   被粘表面进行溶剂脱脂是最简单、最常用的方法，对于不同性质的被粘物要选用合适的溶剂，用量应适当控制。因为都是易挥发性溶剂，用量不能过大，否则溶剂挥发之后被粘物表面温度降低过甚，会使空气中水分凝聚表面，致使胶黏剂湿润困难，粘接后容易出现界面破坏，导致粘接强度大为下降。所用溶剂要清洁，不含杂质和污染物，例如甲乙同在储存期长时发生聚合而产生油污，溶剂挥发会留下一层膜，使用时需要注意。脱脂溶剂最好是试剂级，一般的工业品含有水分和杂质，特别是不能用汽车汽油清洗被粘表面。擦拭用的织物和盛装溶剂的容器，一定要清洁干净，不能被污染，应适时更换。
      (2)表面粗糙程度    一般来说，被粘表面适当粗化能够增大粘接面积，对提高粘接强度有利，因此，在粘接之前表面都要进行打磨或喷砂。但是应当明确，表面不是越粗糙越好，过度的粗糙反而有害无益。由于表面凸凹过甚，界面接触不良，胶黏剂不易湿润、渗透，容易缺胶，包裹空气形成缺陷会使粘接强度下降，尤其是对流动性差的环氧胶黏剂更为严重，所以粗糙程度也与胶黏剂的流动性有关。流动性好，表面可稍粗糙些。
      (3)被粘物的表面性质    不同材质的被粘物，其表面性质和状态不相同，有的易粘，有的难粘；有的粘接强度低，有的粘接强度高。例如用同种环氧胶黏剂粘接不同的金属，其粘接强度的差异是很大的。粘接强度的一般规律是：钢>铝合金>纯铝>锌>铸铁>铜>银、金>锡、铅。
      (4)被粘物表面温度    适当升高被粘表面的温度，对提高涂后的流动性、湿润性、渗透性都很有益，被粘物表面可预热到40—50℃，特别是在低温季节这种预热尤为重要，不然由于湿润困谁，容易脱粘。
      (5)胶层的厚度    胶层厚度对粘接质量有显著的影响，有些人误认为胶层越厚，粘接强度越高，于是就多涂胶，其实恰恰相反，大多数胶黏剂的粘接强度都随胶层厚度的增加而降低。例如某胶黏剂，当胶层厚度为0.06mm时剪切强度为36.OMPa；0.20mm时为33.7MPa；0.40mm时为25.7MPa。这是因为薄的胶层，需要更大的应力才能变形，不易产生流动和蠕变，界面上的内应力也小，产生气孔和缺陷的概率较小。当然胶层过薄，容易缺胶，胶层不连续，也会降低强度和刚度。因此在保证不缺胶的前提之下，胶层厚度尽量薄些为好，通常可以得到最大的粘接强度和刚度。一般环氧胶的厚度以0 .08～0.15mm为宜，不超过0.25mm。
      (6)晾置温度和时间    溶剂型环氧胶黏剂涂胶后都需晾置，以挥发溶剂，增加黏性。假如涂胶后不经晾置，立刻叠台，是不会粘住的；若是晾置不充分，则会产生气孔，使粘接强度下降。含有低沸点溶剂的环氧胶黏剂，只需室温下晾置即可；含有高沸点溶剂或要在高温固化的环氧胶黏剂，除了室温晾置，还应在中温下干燥。晾置时间与温度和被粘物种类有关，温度高，时间就短；反之亦然。对于致密被粘物，晾置时间长一些，多孔被粘物晾置时间可短些，因为溶剂还有可能继续挥发。
     （7）固化温度  固化温度对粘接强度影响很大，粘接强度随着固化温度的提高而增加。例如用JW-1环氧胶粘接铝合金，室温固化24h的剪切强度为16.4MPa,60℃固化2h为20.3MPa,80℃固化2h为21.2MPa。固化温度提高，不仅粘接强度增大，而且固化时间缩短。如果温度低，则会欠固化或不固化，不能得到较高的粘接强度。固化温度高有益于提高粘接强度，但也要防止温度过高，以免出现过固化，胶层变脆，导致粘接强度大幅度降低。加热时升温速度也影响粘接强度，需要控制，不宜太快。
    （8）固化压力  适当增加压力，可以保证环氧胶黏剂与被粘表面紧密接触，有利于扩散、渗透，排除气体，使胶层均匀致密。对于环氧-酚醛胶，在一定的范围内粘接强度随压力提高而增大，但压力增到一定值之后剪切强度开始下降，这是因为压力过大，挤出胶多，可能造成缺胶之缘故。
    （9）固化时间  任何固化过程都需要一定时间，如果固化时间不足，则固化不会完全，粘接强度必然要低。一般随固化时间的延长粘接强度提高，但有一极限值。升高温度可以缩短固化时问，如果低于特定的固化温度，无论怎样延长时间也是无济于事。对于不同种类的环氧胶黏剂，必须给予一定的固化时间保证，才会获得最大的粘接强度。
   （10）后固化  后固化对于提高粘接质量具有重要作用，可以减小内应力，提高粘接强度和耐久性。进行后固化虽然有些麻烦，但还是很有益处。
       4.质量管理的影响
       欲要提高粘接质量，必须进行科学管理。粘接质量管理包括胶黏剂、操作人员、工作环境、工艺规范等方。
      (1)胶黏剂   首先要搞清楚环氧胶黏剂的型号和技术性能是否符合工艺要求，切匆贸然使用。胶黏剂储存都有一定的温度要求，在冷库中储存环氧胶会使黏度变大，如果直接拿来就用于粘接，则难以保证质量。即使在低温时不改变状态的环氧胶黏剂，也不能拿来马上使用，应当在工作场所恒温一段时间，否则胶液温度太低，影响湿润性。若发现环氧胶黏剂有异常现象，如黏度、状态、颜色等有变化，一定要通过质量分析确定能否再用，如果随便使用很可能出现粘接质量问题。对于环氧胶黏剂要严格管理，剩余的环氧胶黏剂一定要盖，下次再用。配胶时要考虑用量，以免造成浪费。超过适用期的环氧胶黏剂切忌再用，避免带来粘接后患。对于双组分环氧胶黏剂，取用各组分的工具不可混用，以免局部固化，影响整体。储存环氧胶黏剂，温度不宜过高。
      (2)操作人员    粘接工艺的实施，目前人仍是中心环节，如何提高人的素质，则是粘接质量优劣的关键。操作人员一定要经过专门培训，对粘接技术应有必需的知识和技能，经考核合格持证上岗。不能认为粘接操作很简单，只是涂胶叠合便可完事，满不在乎，这样难免会出现质量问题。一定要有科学态度，严格按照工艺规程执行，只有规范工艺过程，才能保证粘接质量。
      (3)工作环境   粘接操作的工作环境必须有利于保证粘接质量。在环境因素当中湿度、温度、清洁度对粘接质量有着重要影响。粘接环境的空气湿度大，被粘物表面易吸水分，影响环氧胶黏剂的湿润，粘接后容易出现界面破坏。
      对于溶剂型环氧胶黏剂，湿度大，涂胶后溶剂不易挥发，使粘接强度下降。许多环氧胶黏剂在粘接金属时，雨天施工要比晴天时粘接强度低，因此，在阴雨天粘接对，除非有空调设备，质量难以保证。为了保证粘接质量，必须控制环境的空气相对湿度保持在40%H～60%。
      如果粘接场所的温度低，环氧胶黏剂流动性就差，被粘表面温度也低，这些则使环氧胶黏剂湿润被粘表面造成困难。同时，溶剂型环氧胶的溶剂也难以挥发，残留量相对增大，若掌握不好，不可能形成牢固的粘接。所以粘接操作的室温不得低于18℃。当然温度过高也不好，不易控制，最好不超过30℃。
粘接现场应避免有尘土飞扬，对于溶剂型环氧胶黏剂，在粘接现场需要较长时间敞琼，若空气中灰尘大，会使涂胶面污染，影响粘接效果。
     (4)工艺条件   每一种环氧胶黏剂都有特定的工艺条件，必须按照规定执行。不可随心所欲，急于求成，只图进度，忽视质量，这样才能有力保证粘接的高质量。
     二、粘接质量控制的基本内容
      粘接质量的控制包括胶黏剂、被粘物、粘接工艺、操作环境、仪器设备、粘接部件、操作人员等。通过胶黏剂验收、首件鉴定试验、粘接过程控制试验和直接检查粘接装配件等实现质量保证。
        1.胶黏剂和辅助材料的控制
      所选用的环氧胶黏剂应有足够的性能数据，并进行必要的应用实验。胶黏剂购进后应对包装进行检查，不应有损坏和泄露，必须附有合格证。还要按标准要求对理化性能进行检测，确认合格后方可使用。储存时应以原包装密封储存，防止受潮，符合规定的温度、湿度、避光、放置状态、时间等要求。从低温或冷藏室中取址的环氧胶黏剂应在与环境温度平衡后开封使用，以防吸潮。超过储存期的环氧胶黏剂未经复验合格允许，一律不能使用。粘接工艺过程用的辅助材料也要符合标准规定，并有合格证。
     2.被粘物的控制
      首先要检查被粘物是否符合工艺要求，表面有无损坏和污染。表面处理必须精心进行。如果需要化学处理，必须控制好适当的程序、浸泡温度和时间、溶液浓度和污染程度。若是喷砂处理，应当定期更换砂料。溶剂擦拭要用新鲜试剂和干净布料，并应经常检查盛装溶剂的容器和擦拭用的布料是否已脏污。
      3.粘接工艺过程的控制
    所有被粘零件都要在表面处理前进行预装配，检查配合间隙是否合适。表面处理好的被粘件，在涂胶前应保持清洁与干燥，必要时涂布底涂剂，要戴卫生手套取拿，防止被污染。双组分环氧胶黏剂配制一定要计量准确，搅拌混合均匀，应在适用期前用完。涂底胶时应控制胶层厚度，一定要晾干或烘干，以免影响粘接强度。膜状胶黏剂勿忘撕去隔离膜（或载体），再将胶膜铺在黏合面上，小心不要起皱．否则会夹入空气。涂胶后的零件须用某种工具或夹持装置进行装配。固化时严格控制固化温度、压力、时间，尤其是加热固化时的升温速度、最高温度、温度均匀性和冷却降温速率。对要求耐久性的粘接件应密封防护。粘接成品进行必要的检验。
        4.操作环境的控制
        温度、湿度、灰尘等都会影响粘接效果，对粘接操作环境应有严格要求，工房温度保持在18～30℃，相对湿度不超过65%，应有温、湿自动记录装置。若湿度过大，则被粘物会吸收少量湿气，在加热固化时气化而使胶层疏松。空气应经过滤，保持空气清洁无尘。现场不准有产生烟雾、粉尘积水蒸气的操作。
      5.设备仪器的控制
     加压和加温设备要适用可靠，测量仪表应有足够的准确性，所用的工具清洁干燥。设备、仪表和工艺装备应按规定进行检定，合格之后方可使用。
     6.粘接部件的控制
      对已粘接好的部件应目视检查外观质量，不应有错位、翘曲、凹坑、裂缝或鼓包等。对粘接部位全部进行非破坏性检验，采用敲击法检测大面积粘接缺陷；用超声波穿透法检查内部有无缺陷；用声阻仪或福克仪检测粘接脱粘或弱界面层。还应按规定作破坏性力学性能检测。
     7.操作人员的控制
    操作人员的素质极为重要．一定要技术熟练，爱岗敬业，严格认真，相对稳定，经常培训。采用计算机检测和控制粘接表面处理质量、施胶、装配、固化等工艺过程和自动化探伤，可以确保粘接质量的可靠性和稳定性。
     三、粘接质量的缺陷及处理
     由于影响粘接质量的因素很多，在粘接接头中有时难免会出现一些缺陷，了解这些缺陷的表现及其解决方法，便可以减少或避免缺陷的产生，从而提高粘接质量和良品率。根据缺陷的大小可分为宏观缺陷和微观缺陷，宏观缺陷主要有：颜色变化、杂质、裂纹、裂缝、压痕、起泡、小坑、起皱、焦化、分层、脱胶等。微观缺陷有：微小气孔、微裂纹、疏松结构等。宏观缺陷往往是小面积的、局部的、不连续的，而微观缺陷则是大面积的、连成片的。从大量的破坏实验结果来看，真正引起结构破坏的还是微观缺陷。
      四、粘接质量保证要点
    为丁确保粘接质量，必须满足如下一些要求。
    1.选择适其所用的环氧胶黏剂，用前于室温下停放足够时间。
    2.兼顾胶黏剂强度高和耐久性好两个方面。
    3.不要使用超过储存期和适用期的环氧胶黏剂。
    4.单组分环氧胶如果有分层、沉淀，使用前应搅拌均匀。
    5.双组分环氧胶应按规定比例准确计量，调配混合均匀。
    6.不要采用简单的对接，非对接不可时需采取增强措施。
    7.尽量采用搭接、斜接、套接、混合连接。
    8.搭接长度不要太长。
    9.粘接层压材料勿用搭接，宜用斜接。
    10.加螺、加铆、卷边、包角，防止剥离。
    11.脱脂溶剂用量不宜过大，以防空气中湿气凝集表面，降低粘接强度。
    12.被粘表面的油污清除干净，应先脱脂后打磨再脱脂。
    13.脱脂用的溶剂和织物及喷砂用的磨料应适时更换，以免脏污后影响处理效果。
    14.表面粗糙度适当为宜，不要过度。较大的粗糙度会使粘接接头产生应力集中，降低粘接强度。
    15.表面处理后停放时间不能过长，最好尽快粘接。
    16.施胶前被粘表面要进行适当预热(40—50℃)，增加湿润性。
    17.施胶量不要太大，胶层宜薄不宜厚，但要保证不缺胶。
    18.溶剂型环氧胶黏剂涂胶后应充分晾置，以免产生气孔。
    19.环氧胶黏剂黏度不要太大，可用加热或稀释的方法降低黏度。
    20.装配用夹具压力足够，过大过小皆不利。
    21.加热固化的环氧胶黏剂应先在室温下凝胶，过早升温会造成流淌缺胶。
    22.加热固化要阶梯升温，速度不能太快，温度要均匀一致。
    23.施压不宜过早应分段加压，压力要均匀。
    24.固化温度切忌过高或过低，避免过固化或欠固化。
    25.固化时间应严格控制，勿长、勿短。
    26.加热固化后冷却时要缓慢降温，不要急于取出粘接件。
    27.尽可能进行后固化，消除内应力。
    28.粘接环境温度不低于18℃，相对湿度不大于65%，空气清洁，无尘土飞扬，防止污染被粘表面。
    29.加强对粘接成品的外观和性能检验。
    30.粘接所用的装置和器具一定要清洁干燥，无不良影响产生。