從汽車工業(yè)到機(jī)械工程和電力電子，越來越多的用戶期望粘合劑在高溫下保持高性能。因此，粘合劑行業(yè)已開發(fā)出一系列可滿足建造、密封和封裝要求的產(chǎn)品。

粘合劑技術(shù)自身的成功，是其所面臨的最大挑戰(zhàn)的根源。用戶需要用它來處理越來越苛刻的場(chǎng)景，尤其是在溫度方面。近年來，已開發(fā)出越來越多同樣適合在高溫下使用的粘合劑，其溫度通常在 180-200 C 之間。

但一定要記住，這種粘合劑在高溫下不會(huì)像在室內(nèi)溫度下那么牢固。然而，由于其聚合物的緊密交聯(lián)，它會(huì)長(zhǎng)久保持穩(wěn)定，并在元件材料中發(fā)揮其作用。

許多應(yīng)用都有高溫要求

許多行業(yè)都需要使用耐高溫 (HT) 粘合劑。例如，在汽車工業(yè)中，粘合劑用于高溫環(huán)境下發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣管理系統(tǒng)中的傳感器，在這些環(huán)境下，它們也暴露于腐蝕性化學(xué)物質(zhì)中。在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的其他部件中也需要使用粘合劑，近期引入的新冷卻系統(tǒng)，對(duì)溫度要求再次提高。新型系統(tǒng)更為強(qiáng)大，產(chǎn)生更多的熱量，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的其他部件產(chǎn)生的影響也更大。

暴露在高溫下：MAP 傳感器將夾帶的氣團(tuán)傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(圖片：DELO)

電機(jī)變得日益強(qiáng)勁，其產(chǎn)生的熱量也更多，與此同時(shí)，更緊湊的設(shè)計(jì)也累計(jì)了更多的熱量。因此，HT 粘合劑對(duì)于粘接磁體或?qū)⑥D(zhuǎn)子固定在軸上來說是至關(guān)重要的。它們?cè)诠ぞ哳I(lǐng)域也有許多其他的應(yīng)用：作為一種密封劑，它們用于固定緊湊型角磨機(jī)馬達(dá)中轉(zhuǎn)子的銅線，這些銅線會(huì)變得非常熱，而粘合劑需要同時(shí)保護(hù)銅線免受由吸入空氣中攜帶的磨料顆粒造成的磨損。

最后，HT 粘合劑也存在于電力電子設(shè)備中，如軌道車輛和石油鉆井設(shè)備，強(qiáng)大的能量輕易使電氣元件的溫度超過 200 °C。相比之下，出于環(huán)境溫度因素，在航空領(lǐng)域很少需要耐高溫的粘合劑。僅在靠近發(fā)動(dòng)機(jī)的區(qū)域才會(huì)考慮使用粘合劑，例如進(jìn)氣口、風(fēng)扇葉片或前導(dǎo)輪。

HT 粘合劑廣泛應(yīng)用于電力電子設(shè)備中(圖片：DELO)

什么才是HT 粘合劑?

為理解耐高溫粘合劑的原理，了解三個(gè)術(shù)語的含義是很有幫助的。耐溫性表示即使在高溫下儲(chǔ)存后，保持粘結(jié)特性和內(nèi)聚特性的程度。如果高溫下的高強(qiáng)度也需要轉(zhuǎn)變，那么另外兩種特性也是很重要的。

對(duì)于高聚合物材料，玻璃化溫度是其狀態(tài)從玻璃狀或剛性轉(zhuǎn)變?yōu)楦浕蚋袕椥誀顟B(tài)的值，在這一點(diǎn)上，其力學(xué)和物理性能會(huì)發(fā)生顯著的變化。因此，除了即使超過該臨界值也幾乎不會(huì)改變其性能的材料外，高玻璃化溫度是高溫穩(wěn)定性的重要先決條件。

高溫穩(wěn)定性表示在溫度的影響下粘合劑直接達(dá)到的穩(wěn)定性。因此，真正的 HT 粘合劑需要同時(shí)具有極好的耐溫性和高溫穩(wěn)定性。積極地說，對(duì)于許多應(yīng)用而言，近年來在高溫影響下的此類性能均有了明顯改進(jìn)。

通過設(shè)計(jì)更靈活的 HT 粘合劑，且無需降低交聯(lián)穩(wěn)定性。一定程度的彈性彌補(bǔ)了粘合過程中的應(yīng)力峰值，尤其是在剝離載荷下出現(xiàn)應(yīng)力峰值的情況。此外，在熱膨脹系數(shù)頻繁而多變的情況下，這種粘合劑也能保持材料之間的平衡，即實(shí)現(xiàn)良好的耐溫性，也能保持溫度穩(wěn)定性。

用對(duì)粘合劑

如果需要在高溫環(huán)境下使用粘合劑，可以選擇不同化學(xué)成分的粘合劑化。不同的產(chǎn)品組和化學(xué)變體提供了多種選擇和進(jìn)一步開發(fā)方案。

聚氨酯是一種常見的結(jié)構(gòu)粘合劑，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看并不適合高溫環(huán)境。它們不僅吸收水分，而且在高溫的影響下也會(huì)變軟、易彎曲。光固化丙烯酸酯既可用作密封劑，也可用作粘合劑。這種類型的最耐熱產(chǎn)品適合高至 150 C 的溫度，這意味著它們不太符合此處所描述的 HT 產(chǎn)品定義。

基于甲基丙烯酸酯的厭氧固化粘合劑就屬于此定義范圍內(nèi)，適用于正常要求下高達(dá) 200 C 的溫度。如果出于效率的原因，需要整合常見的光固化組件，那么閾值應(yīng)是 180 C。

相比之下，硅樹脂在很大的溫度范圍內(nèi)具有力學(xué)穩(wěn)定性，適用于高達(dá) 300 C 的應(yīng)用。但是，它們的強(qiáng)度一般都很低，僅適用于密封或灌注。這些性能是由上述的玻璃化溫度造就的。以硅樹脂為例，其玻璃化溫度通常是 -70 C，這意味著超過這一溫度，它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中是有彈性的，這對(duì)其作為密封劑的功能有積極的影響，因?yàn)榧词乖诼饵c(diǎn)以下它們也會(huì)保持彈性。但是，由于其固化緩慢以及易膨脹的特性，也造成了一定的局限性。高彈性應(yīng)歸因于粗網(wǎng)格的分子網(wǎng)絡(luò)。它既可讓聚合物鏈具有良好的運(yùn)動(dòng)性，也可以與水或油等外來分子結(jié)合在一起。

在大多數(shù)情況下，熱固化、單組分環(huán)氧樹脂粘合劑是溫度超過 200 C 的應(yīng)用的首選粘合劑;近年來行業(yè)的發(fā)展明顯提升了粘合劑的性能。原則上來說，用戶可以在兩個(gè)產(chǎn)品組中進(jìn)行選擇，由于不同的樹脂硬化劑組合使這兩個(gè)產(chǎn)品組的特性有很大差異。對(duì)于結(jié)構(gòu)化任務(wù)而言，常用帶有胺類硬化劑的環(huán)氧樹脂。其具有耐沖擊性，這是(如出現(xiàn)在電動(dòng)機(jī)中)動(dòng)態(tài)負(fù)載的一個(gè)重要先決條件，例如在表面磁體的粘合中。

工程師們?cè)陔妱?dòng)機(jī)上越來越依賴于 HT 粘合劑(圖片：(c)iStockBosca78 #000019573889 |本文批準(zhǔn)出版)

在帶有酸酐硬化劑的產(chǎn)品中的聚合物仍然更為緊密交聯(lián)，這使得這些產(chǎn)品更堅(jiān)硬，且應(yīng)力較不均衡。它們?cè)炀土藰O好的高溫密封劑。這些產(chǎn)品的進(jìn)一步優(yōu)勢(shì)在此類環(huán)境下便顯現(xiàn)出來，例如它們對(duì)汽油、齒輪油或酸等腐蝕性化學(xué)物質(zhì)具有極強(qiáng)的抵抗性。對(duì)于一些新產(chǎn)品，使用限制高達(dá) 250 C。在這些溫度下，良好的附著力所需要的彈性和所描述的硬度特性最初可能看似矛盾，但在典型應(yīng)用中，對(duì)于耐高溫性， 5% 范圍內(nèi)的斷裂伸長(zhǎng)率完全足夠了。

結(jié)論

粘合劑工業(yè)不斷突破溫度范圍的界限，因此，現(xiàn)在的許多高溫應(yīng)用能夠利用粘合劑成功實(shí)現(xiàn)。溫度超過 300 C 后，有機(jī)材料通常便會(huì)開始出現(xiàn)問題，但粘合劑行業(yè)仍在繼續(xù)開發(fā)具有新功能的粘合劑，同時(shí)在現(xiàn)實(shí)條件下，仍能提供更好的耐溫、通用粘合強(qiáng)度、溫度穩(wěn)定性和固化時(shí)間值。