人类利用粘合剂可以追溯到史前。然而,粘合剂作为一种技术,真正得到较快发展还是从发现天然橡胶和一百年前发现人造纤维开始的。今天,我们周围世界确实地而且与日俱增地与众多的人造的或合成的粘合剂联系在一起,人类已进入粘合剂的新时代。

一、粘合剂已成为社会性物质

粘合剂连接材料,创造一种比被连接件的总和更为了不起的整体。它们的体积比起被连接的金属、玻璃、木材、纸张、纤维、橡胶和塑料来是小的,但正像微量的酶、激素和维生素为人们生存幸福所不可缺少一样,粘合剂是我们社会“健康”的必需品。

把烟丝卷起来再封装成盒涉及到许多种粘合剂;有些人的假眼毛、牙套镶牙和假指甲等都用粘合剂固定;布也可以不用线,而用胶水连成衣服,且更耐洗;鞋底也能用胶水胶牢;我们的地毯制造可用橡胶粘合剂植绒;粘合剂在人体内部也有用武之地:不锈钢关节可用甲基丙烯酸甲酯连到骨头上;粘合剂最大的用途是制造胶合板;它还用于装帧书刊,等等。但是,这些用途仅仅构成粘合剂市场的一部分。近年来,许多其他工业部门的工程师们为了降低产品成本,增加产量或简化装配,正在转向粘合剂研究。

现在,路上行驶的每一辆汽车,包含着大约20多个不同的粘合剂;一个典型的汽车装配工厂,一年要用去价值一百多万美元的粘合剂。一架巨型喷气机上,涂敷约为14,000平方呎的粘合剂层。粘合剂正在建筑、家具制造业中替代传统的紧固方法,如用钉子和螺丝固定等等。可见粘合剂已成为社会性物质。

因此不必奇怪,单在美国,今天大约有40亿美元之多的粘合剂市场。据杜邦公司于W79年估计,如果扣除通货膨胀的影响,粘合剂每年以70%的速度增长,而且这种势头可以保持到1985年。

今后粘合剂发展的主要趋势是用热熔粘合剂或水性粘合剂替代溶剂型粘合剂。因为这些有机溶剂有毒,污染环境,易燃,而且是石油产品,价格逐步上涨。1973年前,多数粘合剂应用时使用有机溶剂;到1978年,溶剂型粘合剂市场下降到只有23%,而热熔粘合剂从1970年的一亿磅上升到1980年的三亿八千五百多万磅。

二、粘合剂应用的新领域

1. 粘结飞机

一旦先进的粘合技术得到发展,它们与其说可能出现在保守的汽车工业,还不如说可能出现在飞机工业。结构粘合剂环氧- 丁腈胶早用于粘结喷气机内部的Nomex蜂窝芯。工程粘合剂如丁腈 –酚醛胶粘结的铝蜂窝芯用于直升飞机的叶片和其他飞机的襟翼、尾部和前沿等。

为了试验粘合剂在承载的机身结构中的粘结强度,美国空军在俄亥俄Wright Patterson空军基地主持了一项长期的,主要由粘合剂连接的结构技术计划(PABST计划)。一个10×40呎的机身几乎全用粘合剂如橡胶增韧的环氧胶等粘结,以代替成千上万只通常用于固定机身的铆钉。其耐久性正在讨论中。试验结果真使人惊异。被试验机身能耐典型性的起飞、着陆和飞行中的应变而没有任何破坏的迹象。为了确认这种发现,研究者们打断了这架机身,用钻孔方法削弱其粘结强度,还用其他方法,让其破裂;奇妙的是,粘合剂层经得起这样严重的考验,甚至比机身上的金属体还好。其裂纹穿过金属扩展,但达到粘合剂处就停止了。

PABST计划的技术主任说,这计划将帮助飞机制造者相信粘合剂的价值。虽然航空工业不是一个粘合剂的大消耗者,但它是一个很有意义的市场,特别对那些很适合工作在高温、低温和严重机械应力条件下的粘合剂更是这样。这些高性能的粘合剂也是高利润的。

2. 用于宇宙飞船

聚酰亚胺粘结剂是新的、先进的宇航应用的竞争者。这些性能卓越的粘合剂正在试验,以便扩大应用于450°F的军用超音速飞机上。其他一些新的高温粘合剂还有聚苯并噻哇、聚苯并咪唑和聚喹喔啉等。

粘合剂的另一个宇航应用是用于飞船的热保护系统。这系统有三万多块硅防热瓦片组成,它们能耐返回地面时的高热和外部空间的极度寒冷。而这些硅瓦就得用粘合剂附着于飞船铝架上。研制和试验有机硅粘合剂及热保护系统约花了五年。硅酮粘合剂必须在室温固化,因为没有加热固化的方法。美国通用电气公司的有机硅分部发明和提供了这种粘合剂。

把这么多的硅瓦安装好也是一个复杂的过程。这些硅瓦不能直接粘到飞船的铝板上,所以用由Nomex制造的毡衬安装于每一块的底面,以提供柔软性。一、当遇到硅瓦内表面和毡衬的外表面太疏松而不能用粘合剂连接牢固时,工艺师们又想了另外的办法,他们用一层粘合剂预处理毡衬,并且干燥之,这样形成的粘合剂层为新的粘结毡衬和硅瓦的粘合剂涂层提供表面。

把硅瓦连到飞船上去的系统由像木夹板一样多的层数组成的:在铝骨架的外面,用环氧打底,然后是有机硅粘合剂层、毡衬、另一层有机硅和耐热硅瓦。

飞船在作第二次轨道飞行前,四氧化氮泄漏侵入环氧底层,而且按正反应控制机理氧化了它。为此官方推迟一个月发射以便清理。他们发现,有机硅粘合剂和硅瓦能耐氧化而不受破坏。

3. 医疗用途

在医疗上,粘胶带仍是粘合剂的主要用途。在牙科方面,过去牙齿用胶结物正被合成粘合剂所替代,因为它们固化快,且容易进行。更多的应用包括用

氰基丙烯酸酯连接组织和止血。脑子里的血库爆破已能用注射氰酯来制止。在Peridontal外科,氰酯能分散于口腔组织,以便止血,还能封闭裂缝。医用玻璃或塑料透镜已能用甲基纤维素粘合剂粘附于体内的转角处

4. 制造新的层压板

用粘合剂可以任意地粘结不同材料的片状物,创造新材料。假如需要一种柔性的,金属化的,耐蒸汽的,耐水的和耐撕裂的厚薄膜或薄片,则就要用粘合剂,通过层压合适的金属化塑料薄膜和添加高强纤维得到。用环氧粘合剂粘结1/16时厚的薄膜而成为1/2吋厚的薄板,则该板就具有两倍于同厚度固体铝的破坏韧度。金属层合板在消音阻尼方面的新用途正在开辟中。

聚酰亚胺玻璃纤维层压板在纯氧中都不燃烧,始用于防火墙、炉子、引擎、飞机燃烧系统、船舶、海底与道路设备的隔热。

总之,粘合剂无论在人类的日常生活还是生产建设的许多尖端领域都有重要而广泛的用途。二十世纪是合成粘合剂的时代。

[Adherives Technology,1982年1~2月]