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聚氨酯粘接机理

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聚氨酯粘接原理

一、金属、玻璃、陶瓷等的粘接

金属、玻璃等物质表面张力很高,属于高能表面,在异氰酸酯胶ＰU胶水固化物中含有内聚能较高的氨酯键和脲键,在一定条件下能在粘接面上聚集,形成高表面张力胶粘层。一般来说,胶水中异氰酸酯或其衍生物百分含量越高,胶粘层的表面张力越大,胶越坚韧，能与金属等基材很好地匹配,粘接强度一般较高。

含一NCＯ基团的异氰酸酯胶胶水对金属的粘接机理如下:

金属表面一般存在着吸附水(即使经过打磨处理的金属表面也存在微量的吸附水或金属氧化物水合物),一ＮCO与水反应生成的脲键与金属氧化物之间由于氢键而螯合形成酰脲—金属氧化物络合物,一NCO基团还能与金属水合物形成共价键等。

在无一NCO场合,金属表面水合物及金属原子与氨酯键及脲键之间产生范德华力和氢键,并且以TDI、MDＩ为基础的聚氨酯胶水含苯环,具有冗电子体系,能与金属形成配价键。金属表面成分较为复杂,与PU胶之间形成的各种化学键或次价键(如氢键)的类型也很复杂。

玻璃、石板、陶瓷等无机材料一般由Aｈ０９、Ｓ0２、CaO和Ｎa20等成分构成,表面也含吸附水、羟基,粘接机理大致与金属相同。

二、塑料、橡胶的粘接

橡胶的粘接一般选用多异氰酸酯胶水或橡胶类胶水改性的多异氰酸酯胶水,胶水中所含的有机溶剂能使橡胶表面溶胀,多异氰异氰酸酯胶酸酯胶水分子量较小,可渗入橡胶表层内部,与橡胶中存在的活性氢反应,形成共价键。多异氰酸酯还会与潮气反应生成脲基或缩二脲,并且在加热固化时异氰酸酯会发生自聚,形成交联结构，与橡胶分子交联网络形成聚合物交联互穿网络（IPI），因而胶粘层具有良好的物理性能。用普通的异氰酸酯胶聚氨酯胶水粘接橡胶时，由于各材料基团之间的化学及物理作用,也能产生良好的粘接。ＰVC、PET、FＲP等塑料表面的极性基团能与胶水中的氨酯键、酯键、醚键等基团形成氢键,形成有一定粘接强度的接头。有人认为玻纤增强塑料(ＦRＰ）中含一OH基团,其中表面的一OH与PＵ胶水中的一ＮCO反应形成化学粘接力。

非极性塑料如PE、PP,其表面很低，用极性的异氰酸酯胶聚氨酯胶水粘接时可能遇到困难,这可用多种方法对聚烯烃塑料进行表面处理加以解决。一种办法是用电晕处理,使其表面氧化,增加极性:另一种办法是在被粘的塑料表面上采用多异氰酸酯胶异氰酸酯胶水等作增粘涂层剂（底涂剂、底胶)。如熔融凹挤出薄膜在ＰET等塑料薄膜上进行挤出复合时,由于邢表面存在低聚合度的弱界面层,粘接强度不理想,使用底胶时,多异氰酸酯胶异氰酸酯在热的聚乙烯表面上扩散,使弱界面层强化,复合薄膜则具有非常好的剥离强度。

三、织物、木材等的粘接

织物、木材等基材由纤维组成,而纤维具有一定的吸湿率,并且常含有醚键、酯键、酰胺键等极性键,以及羧基、羟基等。水和羟基容易与ＰU胶水中一NＣＯ基团反应，形成牢固的氨酯键和脲键等化学键,而纤维中的极性基团与胶中的极性基团之间形成氢键，并且异氰酸酯胶胶水分子还容易渗入纤维之间。ＰＵ对于这类材料一般能形成牢固的粘接。

异氰酸酯胶聚氨酯的粘接工艺

表面处理

形成良好粘接的条件之一是对基材表面进行必要的处理。

被粘物表面常常存在着油脂、灰尘等弱界面层,受其影响,建立在弱界面层上的粘接所得粘接强度不易提高。对那些与异氰酸酯胶胶水表面张力不匹配的基材表面，还必须进行化学处理。表面处理是提高粘接强度的首要步骤之一。

清洗脱脂

一些金属、塑料基材的表面常常易被汗、油、灰尘等污染,另外,塑料表面还有脱模剂,所以这样的塑料与胶粘层仅形成弱的粘接界面。对异氰酸酯胶聚氨酯胶水来讲,金属或塑料表面的油脂与异氰酸酯胶聚氨酯相

容性差,而存在的水分会与异氰酸酯胶胶水中的一NCO基团反应产生气泡,使胶与基材接触表面积降低,且使胶粘层内聚力降低,因而粘接前 必须进行表面清洗、干燥处理。一般是用含表面活性剂及有机溶剂的碱水进行清洗,再水洗干燥,或用有机溶剂(如丙酮、四氯化碳、乙醇等）直接清洗。对有锈迹的金属一般要先用砂纸、钢丝刷除去表面铁锈。

粗糙化处理

对光滑表面一般须进行粗糙化处理,以增加胶与基材的接触面积。异氰酸酯胶胶水渗入基材表面凹隙或孔隙中,固化后起“钉子、钩子、棒子”似的嵌定作用,可牢固地把基材粘在一起。常用的方法有喷砂、木锉粗化、砂纸打磨等。但过于粗糙会使胶水在表面的浸润受到影响,凹处容易残留或产生气泡,反而会降低粘接强度。如果用砂磨等方法又容易损伤基材,所以宜采用涂底