环氧树脂胶与丙烯酸酯结构胶是工业中两类常用的胶粘剂产品。两者都因高粘接强度而广受采用,但在为您的应用选择合适的产品前,需考量它们之间的关键差异。本文将介绍环氧与丙烯酸酯结构胶分别是什么、它们的异同,以及如何判断哪种更适合您的项目。
环氧与丙烯酸酯:化学本质
环氧与丙烯酸酯结构胶都基于热固性聚合物化学。这意味着一旦固化,两者都无法再通过加热变回液态。它们都通过交联取得较高的机械粘接强度——在固化过程中,胶粘剂中的聚合物链相互化学键合,形成互联网络。不过,两者的单体结构、固化机制与后续性能有所不同。
环氧树脂胶:刚性、高强度的网络
环氧树脂胶由两部分组成:树脂与固化剂。当树脂组分与固化剂反应,会形成刚性的分子结构。固化过程中,这些分子形成高度交联的网络。
由于这种紧密结合的结构,环氧树脂胶:
- ·具备出色的硬度与强度
- ·对热、化学品与长期载荷有良好的抵抗能力
- ·在固化时尺寸稳定,收缩极小
这种刚性使环氧树脂胶成为部件需在持续应力下牢固固定的应用的合适选择。其刚度意味着它们通常吸收冲击、振动或位移的能力较弱。不过,如有需要也可调配出具备此类能力的配方。
丙烯酸酯结构胶:强韧、柔韧的网络
丙烯酸酯结构胶由快速反应的液态组分制成,能迅速形成长分子链,再连接成固态网络。这种网络往往比环氧更柔韧、刚性更低。丙烯酸酯结构胶或以标准丙烯酸酯、或以甲基丙烯酸甲酯(MMA)等甲基丙烯酸酯单体为基础。丙烯酸酯胶粘剂往往:
- ·通过吸收能量而非开裂来应对外力
- ·在冲击、振动与循环载荷下表现良好
- ·固化明显快于标准环氧
- ·即便表面存在瑕疵或轻度污染也能可靠粘接
其分子结构使丙烯酸酯结构胶以「强韧、易用」著称,十分适合高速制造与高要求的装配环境。
丙烯酸酯结构胶的不同类型
丙烯酸酯结构胶有若干不同类型,各有优势与不足。除前述 MMA 外,主要有三种类型:
- ·表面活化型丙烯酸酯
- ·单组份丙烯酸酯
- ·双组份丙烯酸酯
这类需在粘接前使用引发剂或促进剂。可使用 Permabond Initiator 41M 或 Permabond A905 等产品。它们会在基材表面留下活性层,再与胶粘剂树脂反应引发固化。表面活化型丙烯酸酯的优点包括无需混合,且配合引发剂时强度发展很快。
这类开盖即用(无需混合),固化常由加热或厌氧(存在金属 / 隔绝氧气)引发。配合引发剂可加快固化速度与强度发展,与表面活化型相同。它们使用便利,对多种基材有良好粘接强度。Permabond TA437 即属此类,具有出色的耐热性,适合电机磁体粘接。
这类以胶筒供应,两组份在施胶时通过静态混合嘴混合。这意味着无需手动混合,产品从嘴中出来即可使用。它们提供较高的粘接强度与机械性能,且往往比其它丙烯酸酯更能耐受较高温度。不过,使用静态混合嘴存在产品浪费的风险——胶会在嘴内干结。
由于丙烯酸酯结构胶反应活性高、对配比的依赖较低,可使用比环氧更短的混胶嘴。某些牌号还可「背对背」施胶,如 Permabond TA440,A、B 两组份可上下叠加或分涂两侧再压合。
MMA 是高强度、双组份丙烯酸酯结构胶,在室温下快速固化。它们具备高抗冲击与抗振动性能,且整体粘接强度稳定。它们擅长粘接包括异种材料在内的多种基材。不过,MMA 易燃,大量运输时归为危险品(DG),且耐温范围有限。
MMA 与非 MMA 的优劣
MMA 相比非 MMA 丙烯酸酯的一些优点:
- ·稳定的高粘接强度
- ·出色的抗振动、抗冲击与抗应力性能
- ·固化后表面不粘
- ·可在接头处形成圆角,为接头提供环境保护
- ·部分 Permabond MMA(如 TA4208)含粘附促进剂,可在不经表面处理的情况下透过油膜或氧化层粘接
非 MMA 丙烯酸酯的一些优点:
- ·运输与操作更安全——MMA 易燃,运输时标注为 DG
- ·更易储存——MMA 需冷藏,而其它丙烯酸酯可室温储存
- ·非混合型丙烯酸酯结构胶浪费更少
- ·更易在大粘接面积上涂布
- ·有低气味型号可选
- ·可耐受更高温度——MMA 一般上限为 120°C(248°F)
- 某些牌号比 MMA 固化并达到良好强度的速度快得多——如表面活化型丙烯酸酯
环氧并非都一样!
正如并非所有丙烯酸酯结构胶都相同,环氧也并非如此!环氧树脂胶有两类:单组份与双组份。两类在多种基材上都能达到很高的强度,但关键差异会影响选择。单组份环氧的树脂与固化剂已预先混合,故称为「单组份」。双组份环氧则分 A、B 两部分供应,需在粘接前按正确比例混合。许多 Permabond 双组份环氧以带混合嘴的胶筒供应,胶粘剂在嘴中混合,出来即用。但散装购买时,您需先手动混合 A、B 两部分——这为粘接流程增加了一个步骤。
另一个关键考量:单组份环氧需加热固化,常通过感应加热或烘箱完成。不加热,单组份环氧会保持液态而不固化。这一点很重要,因为使用单组份环氧时,您的生产流程与待粘接部件必须允许热固化。储存方面,单组份环氧应冷藏,双组份环氧则可室温储存。
您可在本专题文章中进一步了解单组份与双组份环氧。
环氧与丙烯酸酯的关键差异
我们已知,环氧与丙烯酸酯结构胶都是强韧的胶粘剂,通过交联获得高粘接强度。除此之外,如何判断哪个更适合您的项目?下面从几个重要方面讨论两者的关键差异:
- ·强度发展与性能
- ·基材兼容性
- ·耐久性(对温度、化学品、振动的耐受)
- ·输与储存
- ·按需定制的能力
- ·价格
环氧 vs 丙烯酸酯:强度发展与性能
环氧与丙烯酸酯结构胶获得强度的速度差异很大。单组份环氧因热固化,强度发展其实很快——某些情况下不到一小时即可达到全强度(取决于胶粘剂与加热方式)。双组份环氧则在室温下固化,但可用加热加速。对双组份环氧而言,固化环境温度越高,固化越快,反之亦然。标准双组份环氧在室温(23°C / 73°F)下需 24–48 小时达到全强度。而较贵的硫醇型环氧体系固化快得多,室温下 3–4 小时即可达到全强度。
丙烯酸酯结构胶在室温下依技术不同迅速达到高强度。在 23°C(73°F)下,MMA 短则 2–3 小时即可达到可用的工艺强度。表面活化型丙烯酸酯配合引发剂或促进剂,短至 5 分钟即可达到工艺强度!
在性能方面,环氧往往比丙烯酸酯更刚性。它们提供高剪切与压缩强度,但除部分增韧牌号外,剥离强度偏低。丙烯酸酯胶粘剂则兼具高剪切与剥离强度,以及良好的抗冲击与抗振动性能。下表给出两者在钢与铝上的一些剪切与剥离强度数值。
(钢:1740–2175 psi,即 28–34 MPa)
(铝:4061–4931 psi,即 27–31 MPa)
(剥离强度)
(铝:20 N/25mm、200 N/25mm、150 N/25mm;结论:丙烯酸酯结构胶)
环氧 vs 丙烯酸酯:基材兼容性
环氧在金属、复合材料与陶瓷上表现出色,但在塑料上性能有限。它们无法透过油污或受污染表面粘接,但固化后可涂装或粉末喷涂。
丙烯酸酯结构胶对金属、复合材料、陶瓷与玻璃粘接良好。此外,许多在塑料上表现良好,即便是聚烯烃与尼龙等难粘塑料也不例外。某些丙烯酸酯结构胶(如 Permabond TA4208 Black)能够透过铝表面的油膜与氧化层粘接。
对比结论:丙烯酸酯结构胶适用性更广
环氧 vs 丙烯酸酯:耐久性
环氧具有出色的环境耐受性,非常适合户外应用。Permabond ET503 等双组份环氧适合户外,并可在低至 5°C(41°F)的温度下固化。环氧对水(即便盐水)与湿度的耐受性良好,也能很好地承受极性溶剂。不过在温度方面,标准双组份环氧通常难以承受极端冷热,一般需二次热固化来实现。单组份环氧(如 ES5516)在此表现更好。由于固化后可能相当刚硬,相比丙烯酸酯结构胶,环氧应对冲击与振动的能力较弱。
丙烯酸酯结构胶同样具有出色的环境耐受性,但或许略低于环氧。它们也很好地承受应力、冲击与振动,并有高温牌号可选。
对比结论:两者表现相近
环氧 vs 丙烯酸酯:运输与储存
环氧运输时归为危险品(但不属于剧毒品)。单组份环氧理想情况下应冷藏,因为在室温下储存时会开始变稠。双组份环氧可室温储存,胶筒与散装均为 12 个月保质期。
MMA 因易燃,运输时归为危险品(DG)。这使它们采购起来可能更麻烦、成本更高,不过小批量通常没问题。它们应冷藏,散装购买时保质期可能较短。非 MMA 丙烯酸酯则无这些限制,因为它们不燃且可室温储存。
对比结论:环氧树脂胶更便利
环氧 vs 丙烯酸酯:定制与调整能力
环氧树脂胶较易定制。改变其流变(稠度)、固化速度、颜色、耐温性与强韧度都相对容易。它们也可调配至符合 FDA 与欧盟法规的食品接触要求。配方一般稳定,使用定制环氧前通常无需进行长期储存测试。
某些丙烯酸酯结构胶则较难定制,因为改动可能导致胶粘剂不稳定,这主要是 MMA 基丙烯酸酯结构胶的顾虑。定制它们并非不可能,但耗时明显长于环氧。没有任何丙烯酸酯结构胶可调配至食品接触合规,因为它们含有 FDA 与欧盟列为食品接触禁用的原料。
对比结论:环氧树脂胶
环氧 vs 丙烯酸酯:价格
MMA 丙烯酸酯结构胶的价格往往明显高于任何一类环氧。非 MMA 牌号与硫醇型或增韧型环氧价格相近,而所有这些都比标准环氧牌号贵得多。
对比结论:环氧树脂胶
总结一下,环氧:
- ·提供高粘接强度
- ·固化后可能相当刚性
- ·在金属、陶瓷与复合材料上表现良好,但在塑料上不佳
- ·具有出色的环境耐受性
- ·可具备良好的耐热性
- ·较易定制
- ·运输与储存更便利
- ·可调配至食品级
而丙烯酸酯结构胶:
- ·提供高粘接强度
- ·对金属、陶瓷、复合材料与塑料粘接良好
- ·耐久性良好
- ·运输可能更复杂(MMA)
- ·更难定制(MMA)
- ·往往价格更高
环氧 vs 丙烯酸酯:如何选择及示例应用
下面聚焦许多制造者共有的具体需求,以及我们在每种情况下推荐的胶型。
- 若需要强且快固化的胶粘剂:选择丙烯酸酯结构胶或硫醇型环氧。
- 若粘接面积大:两者都可行,但此时应避免 MMA,因为它们通常不易在大面积涂布。
- 若应用涉及油污表面或氧化层:选择丙烯酸酯(如 Permabond TA4208)。
- 若需要较长可操作时间:标准环氧或标准丙烯酸酯都是好选择。此时避免 MMA 基丙烯酸酯,因为它们的开放时间往往短得多。
- 若应用暴露于严苛环境:环氧可能更合适。可考虑增韧产品如 Permabond ET503。
- 若应用涉及聚乙烯、聚丙烯或尼龙等塑料:使用丙烯酸酯。Permabond TA46XX 系列丙烯酸酯结构胶无需表面处理即可粘接难粘塑料;Permabond TA4550 对多种尼龙粘接效果良好。
进一步考量
- 若应用需要耐热性:两者皆宜。Permabond ES5516 是单组份环氧,适合电动汽车 H 级电机磁体粘接;Permabond TA437(丙烯酸酯结构胶)也适合磁体粘接,可耐受达 200°C / 392°F。
- 若需要食品接触安全的胶粘剂:选环氧。丙烯酸酯结构胶无法调配至符合 FDA 或欧盟标准的食品接触安全要求。Permabond ET5164 是符合 FDA 与欧盟食品接触法规的双组份环氧。
- 若需要定制产品:环氧一般比丙烯酸酯结构胶更易定制,MMA 尤其难定制。
- 为便于运输:总体而言环氧更便利。常见且广用的 MMA 丙烯酸酯因易燃而被归为 DG。
- 若价格敏感:环氧往往更便宜,尤其散装采购时。
结语
环氧与丙烯酸酯结构胶都是强韧、耐久的胶粘剂,为制造者带来诸多益处。它们在工业中应用广泛,随着新产品不断创新,两者都将继续广受采用。本文重点说明了您可能为何及何时选择环氧或丙烯酸酯结构胶,如需进一步帮助或与我们就您的应用探讨,请联系 Permabond。