Transcript 08-4 特种黏合剂3

第八章 黏合剂
Chapter 8 Adhesives
第四节 特种黏合剂
Chemical Engineering Department
第四节 特种黏合剂
一、压敏胶
二、热熔胶
三、厌氧胶
二、厌氧胶
Anaerobic Adhesives
主要参考阅读书目
 张振英等. 厌氧胶黏剂 /实用胶黏剂应用与制备
丛书. 北京：化学工业出版社，2003.5
 张军营.丙烯酸酯胶黏剂.北京:化学工业出版社，
2006.4
 王孟钟，黄应昌. 胶黏剂应用手册. 北京：化学
工业出版社，2002
 程时远，李盛彪，黄世强编著.胶粘剂/新领域
精细化工丛书.北京:化学工业出版社，2001.1
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（一）概述
1、厌氧胶定义
 是利用氧对自由基阻聚原理制成的单组份密封胶粘
剂; 在容器内储存时由于与氧（空气）充分接触使胶
液保持稳定。
 一旦涂胶面隔绝空气后就迅速聚合变成交联状固体
聚合物。
 如用于金属间隙（如螺纹、平面法兰、圆形零件套
装等配合间隙）与氧（空气）隔绝时，因金属离子
的催化诱导作用而形成自由基引发聚合，最终固化
成为具有优良密封与锁固特性的固体高聚物，即热
固性树脂。
 厌氧胶又名缺氧胶、绝氧胶、螺丝胶、机械胶。
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（一）概述
2、厌氧胶的研制与发展
 厌氧胶的研制起始于20世纪40年代，1953年美国R.E.Burnett
和V.K.Krieble研究甲基丙烯酸多甘醇双酯发现了丙烯酸酯的固
化特性，后来通过研究加入过氧化物等助剂，制成第一个机械
制造行业具实用价值的胶种，受到机械制造行业的高度重视。
 经过数十年的发展，技术日趋完善，已有几大系列适
用于机械行业的不同需要。主要分为螺纹锁紧型，管
道密封型，预涂型，圆形零件固持型，取代预切式垫
片型，结构型，铸件砂眼浸封型等，每一系列又根据
工艺要求分为不同强度，不同黏度，不同固化速度的
厌氧胶供用户选择。
 目前已广泛用于航空、军工、通用机械、交通运输机
械、油田、工业与民用管路、模具制造等。由于厌氧
胶的使用，才有了无泄漏机械设备的发展。在国内，
厌氧胶近几年来皆以30%以上的比例增长，与其它胶
粘剂比较，其增长百分比居于前列。
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（一）概述
3、厌氧胶的特点及性能简介
（1）厌氧胶的黏度可由大分子量（甲基）丙烯酸酯与低分子量的
（甲基）丙烯酸酯的相对配比调节，黏度变化范围广，可以是
水一样的流体到膏状的黏稠体，黏度调节无需加入低分子量的
溶剂，因此固化收缩率小，胶接界面处应力也较小。
（2）厌氧胶在室温下能快速固化，标准产品适用-55℃-150℃工
况，特殊型号可耐温至230℃，有极优良耐介质特性。
（3）厌氧胶为单组分，使用时避免了其它胶粘剂所需的繁复称量、
混合、配胶，质量稳定，使用方便，用胶量省，便于进行自动
化流水作业。
（4）厌氧胶的渗透性，吸振性和密封性优良，对螺纹接头具有防
锈作用
（5）厌氧胶非易燃易爆，无溶剂，不挥发，使用时对环境无公害。
（6）从装配间隙中挤出的胶液因与氧（空气）接触不会固化，清
除余胶比较方便。
（7）适用于水、油、气介质，不适用氧、臭氧、氯气、液氯及强
氧化性介质。不适用于多孔材料，大缝隙工件，非金属材料。
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（一）概述
磁铁粘合
4、厌氧胶的应用
 厌氧胶因其具有独特的厌氧胶固化特性，可应
用于锁紧、密封、固持、粘接、堵漏等方面。
厌氧胶已成为机械行业不可缺少的液体工具。
在航空航天、军工、汽车、机械、电子、电气
等行业有着很广泛的应用。
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锁紧防松-螺纹锁固密封剂
Thread Sealant Adhesives
 各种不同条件下使用的机械、设备和车辆，若用螺纹锁固
连接，它的松动一般是由于震动造成的、机械磨损产生的。
通常的弹簧垫圈、平垫圈、锁紧螺母等螺纹紧固方法，只
能保证螺纹与螺纹之间的接触面积在 25% 以下，使用本
品可以保证达到 100% 的啮合接触，使锁紧效果大大提高。
使用 M10 细牙螺纹,某厌氧胶的锁紧效果见下表.
松动扭矩
锁紧方法
振动前
振动 10h
振动 20h
普通锁紧
107.90
98.10
68.60
平面垫圈锁紧
196.10
176.50
166.70
弹簧垫圈锁紧
127.50
98.10
98.10
厌氧胶锁紧
3138.10
3138.10
3138.10
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锁紧防松-螺纹锁固密封剂（续）
Thread Sealant Adhesives
 胶液在充满螺纹啮合处的所有空
隙后，因缺氧而固化，形成不溶
不熔的高聚物，填满整个螺纹间
隙，使螺纹的接触部位难以产生
相对位移，可有效地防止在外力
作用下产生微量滑移而松动。胶
的粘接强度增加了松动扭矩，防
止螺纹自松；胶层具有良好的吸
振防松和密封性能。
 这种锁紧和密封方法比起常用的
机械方法，（如弹簧垫、双螺帽
等）不但简单，而且更为可靠。
此外，还能简化工艺，提高工效。
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密封防漏-平面密封剂
Flange Sealant Adhesives
 任何平面都不可能完全紧密接触，
需防漏密封。
 传统方法是用橡胶、石棉、金属 法兰
等预切式垫片，但由于热胀冷缩
及老化或腐蚀等原因会产生永久
变形而出现泄漏。
厌氧胶密封
传统垫片
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密封防漏-平面密封剂（续）
Flange Sealant Adhesives
 以厌氧胶来代替固体垫
片，固化后可实现紧密
接触，使密封性更耐久。
有了厌氧密封材料的使
用，才有了现在无泄漏
机器的出现，并延长了
机器设备的使用寿命。
 挤出的部分因暴露在空
气中不固化，可以方便
的清除。
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密封防漏-管路螺纹密封剂
Thread Sealant Adhesives
 传统生料带-PTFE
 液态生料带-厌氧胶
易拆卸型
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密封防漏-管路螺纹密封剂（续）
Thread Sealant Adhesives
 应用范围
 适用于航空、造船、汽车及各类通用机械制造中的油管、
气管等金属管螺纹密封锁紧。能承受强烈、严苛震动工
况，能承压至钢管爆裂值。取代传统的PTFE胶带和密
封胶，只在螺牙内缺氧固化，不会堵塞精密过滤装置，
安装快速，是目前最先进的螺纹密封剂。
 密封机理
 在金属螺纹内因缺少氧气即固化为耐老化，耐腐蚀，无
毒不溶之热固性弹性塑料。
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圆柱形零件固持胶
Retaining Compound
 圆柱形零件的装配，如轴与孔、轴承、齿轮与轴、套筒等，数
十年来一直使用加热后用过盈方法装配，需要较高的加工精度，
效率低，由于过盈装配造成的预应力不集中及配合间隙两面不
能完全接触，零件往往在使用中出现变形、磨损、破裂等缺陷。
 使用圆柱形零件固持厌氧胶可100%填充配合间隙，受力均匀，
可消除如键与键槽，轴与轴套中的活动间隙，避免了微震磨损、
咬合、扭曲变形等，简化和降低了装配工艺 ，零件使用寿命
将更加长久、耐用。目前广泛的应用在电机等机械上。
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圆柱形零件固持胶（续）
Retaining Compound
 应用范围：轴承与轴、
皮带轮与轴、齿轮与轴、
轴承与座孔、衬套与孔
固持厌氧胶
等孔轴组合配件。
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（二）厌氧胶的组成
1、基本组成
厌
氧
胶
促
进
剂
 丙烯酸酯类单体
 引发剂
 促进剂
 稳定剂
 填料
 染料和颜料
 增稠剂和增塑剂
 丙烯酸酯类单体是厌氧胶的主要成分,占厌氧胶总
质量80%-95%.
 包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或其低聚物.
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（二）厌氧胶的组成
2、聚合单体类型
(1)聚醚型丙烯酸酯
 应用最多、最早的一类
 优点：原材料便宜易得，制造工艺简便，
通用性广。
 缺点：因分子结构中含较多的醚键，耐热
性和耐水性较差。
 举例：丙烯酸缩乙二醇酯
O
O
CH2
C
R
C
O
CH2
CH2 O
n
C
C
H
CH2
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（二）厌氧胶的组成
2、聚合单体类型（续）
(2)聚酯型丙烯酸酯
 优点：含较多交联结构，内聚力较大。含
较多极性基团，粘接力较大。
 缺点：黏度较大（无低沸点物质）。
 举例：三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯
CH2
CH3
CH2
C
CH2
O
CH3
O
C
C CH2
O CH3
CH2
O
O
C
C
O
CH3
C
C
CH2
CH2
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（二）厌氧胶的组成
2、聚合单体类型（续）
(3)环氧型丙烯酸酯
 由低分子环氧化合物与丙烯酸反应制备
◆环氧树脂主要性质
极性结构：对金属、陶瓷、
玻璃、混凝土等具有优良的附着力
CH3
CH2 CH
O
CH2
O
C
CH3
O
CH3
刚性结构：→耐热性↑
CH2
CH
OH
CH2
O
n
C
CH3
O
CH2
CH CH2
O
柔性结构：→耐冲击↑
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（二）厌氧胶的组成
2、聚合单体类型（续）
(3)环氧型丙烯酸酯（续）
 优点：原材料便宜易得，制造工艺简便，通用性广。
 单体分子含苯环，提供了良好的刚性和耐热性；
 含醚键，能提供良好的柔韧性；
 有羟基和酯基，提供良好的粘接力，并可通过羟基的进一步反应
改性以满足某些用途的需要；
 甲基丙烯酸上的侧甲基能保护酯键，耐水性和耐化学品性能好。
 缺点：黏度较大，需与其他低黏度单体或稀释剂配合使用。
 举例：双酚A环氧丙烯酸酯
双酚A型环氧树脂
CH3
CH2 CH
O
CH2
C
O
C
O
CH2
CH3
O
CH2
CH3
C
CH
CH2
O
n
OH
CH3
O
R (H,CH3)
CH2 CH CH2 O
OH
C
CH3
C
O
CH3
CH2
CH CH2
O
CH 3
O CH2 CH CH2 O
n
OH
C
CH 3
O CH2 CH CH2
O
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（二）厌氧胶的组成
2、聚合单体类型（续）
(4)带极性基团丙烯酸酯
 特点：含极性基团 , 粘接力强 , 大多与其他
单体配合使用 , 能提高厌氧胶粘接强
①带羧基(甲基)丙烯酸酯
 由带羟基的(甲基)丙烯酸酯与二元酸酐合成
O
C
O +
HOCH2CH2 O
O
CH3
C
C
C

COO CH2CH2 O
COOH
CH2
O
CH3
C
C
CH2
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（二）厌氧胶的组成
2、聚合单体类型（续）
(4)带极性基团丙烯酸酯(续)
②带羟基(甲基)丙烯酸酯
 由 (甲基)丙烯酸酯与多羟基化合物合成
O
CH2
C
C
OH + HOCH2
CH
CH3
OH
CH3
O
CH2
C
C
CH3
O
CH2
CH
CH3
OH
甲基丙烯酸羟丙酯
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（二）厌氧胶的组成
2、聚合单体类型（续）
(4)带极性基团丙烯酸酯(续)
③含氮(甲基)丙烯酸酯
 由异氰酸酯(如TDI)与带羟基(甲基)丙烯酸酯合成
CH3
 主链上含氨基甲酸酯键，具有较好的粘接强度和耐水性、耐
热性，常用来制作弹性密封剂。
O
NCO
+ 2 CH2
C
C
O
CH2
CH
OH
CH3
TDI
N=C=O
CH3
CH3
O
NH-C
TDI与甲基丙烯酸羟丙酯加成物
CH3
NHCOO
CH2
O
CH3
C
C
OCH2
CH
O
CH
O
C
C
O
CH3
CH3
CH2
CH2
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（三）厌氧胶的固化机理
 不饱和单体（双键）自由基聚合反应
 氧对自由基聚合具有阻聚作用，厌氧胶在容器
内储存时由于与氧（空气）充分接触使胶液保
持稳定，不会聚合固化。
 当涂胶面隔绝空气后，在组分中的引发剂及促
进剂作用下，单体迅速连锁聚合变成交联状固
体聚合物。
 用于金属间隙（如螺纹、平面法兰、圆形零件
套装等配合间隙）与氧（空气）隔绝时，因金
属离子的催化诱导作用而形成自由基引发聚合，
最终固化成为具有优良密封与锁固特性的固体
高聚物，即热固性树脂。
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（四）厌氧胶的通用制造方法
1、厌氧胶液的制备
 胶液的制造本身较简单，一般情况下就是将各组分按
比例和顺序混合后，搅拌均匀即可。
 通用聚合性单体、引发剂、稳定剂等大多有商品出售。
 关键问题时制造特殊类型的聚合性单体及促进剂。
2、厌氧胶液黏度的调节
 厌氧胶使用场合不同，对黏度要求不一样。封固螺
丝，希望流动性好，需低黏度厌氧胶；法兰面箱体
结合面需要糊状高黏度厌氧胶。
 厌氧胶增稠的方法主要采用加入可溶于胶液的高聚物，
加入量1%-3%，增稠同时还可调节强度。
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3、厌氧胶固态化
 为了使用方便，可将厌氧胶固态化；
 厌氧胶固态化最成功的例子是微胶
囊化。
 微胶囊制备：采用机械搅拌将厌氧胶
分散到含有分散剂（聚乙烯醇或聚丙
烯酸钠）的水中成小液滴，通过特定
方法使液滴外层聚合成膜而又马上终
止。空气透过囊壁维持胶液稳定。
 微胶囊使用：将小胶囊通过PVA水溶
液制成糊状物，通过涂抹将小胶囊封
固在螺纹槽中，制成专用螺丝。
 胶液固化：螺丝装配时，通过接触面
间挤压使囊壁破裂，胶液流出，在不
接触空气时迅速聚合固化。
预涂螺纹密封剂
螺纹锁固预涂干膜胶
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