目前的理论将氰基丙烯酸酯聚合物的黏合性能与将所有原子结合在一起的电磁力进行了比较。虽然一种物质的大质量电子可以排斥任何其他物质,但是把两种不同物质的小原子紧密地放在一起就可以相互吸引。用几种物质进行的实验表明,如果把两种相同的材料(如黄金)靠得足够近,他们就可以在不添加任何黏合剂的情况下粘在一起这种现象解释了为什么一层薄薄的CA胶比一层厚的效果更好。一种更薄的胶水可以被挤压得离它所黏结的材料如此之近,从而造成紧密排列的小原子之间的相互吸引。而较厚的薄膜涂层会使它和所黏合的材料之间产生足够大的空间,这样分子之间就会互相排斥,而胶水也不会将它们牢固地粘在一起。
强力胶的原料清单读起来像是化学术语的词汇表。氰基丙烯酸酯聚合物包括以下化学品:氰基丙烯酸乙酯、甲醛、氮气或其他一些非活性气体、自由基抑制剂和碱清除剂。
汽车制造商和电子公司正在使用强力胶来黏合使用金属螺栓和铆钉可能会撕裂的塑料部件。
氰基丙烯酸乙酯含有乙基、烃自由基(自由基是一个原子或一组原子,因为它含有一个未配对的电子,所以更容易与其他原子发生反应)、氰化物和醋酸酯,醋酸酯是一种将乙酸与乙醇混合并除去水分的酯。
甲醛是一种无色气体,常用于生产合成树脂。
氮是地球大气中最丰富的气体,占空气的78%,存在于所有的生物组织中。由于它与其他物质不发生反应,所以通常用来缓冲那些在加入高活性元素时,可能会发生的强烈反应场合。
自由基抑制剂和碱清除剂的作用是清除那些会破坏产品的物质。
CA胶是在加热釜中生产的,它可以储存在从几加仑到几千加仑的任何容器里,其容量取决于制造规模。
医生在手术中使用强力胶来止血和封闭伤口。
生成聚合物
1.第一种原料是氰基丙烯酸酯。将这种原料加入带旋转搅拌浆的玻璃内衬釜中,与甲醛混合(见图1)。两种化学物质的混合引发聚合反应,并产生水,水在加热釜内加热蒸发。当水蒸发时,釜里剩下的是CA聚合物。
图1 氰基丙烯酸乙酯放入带旋转叶片的玻璃内衬釜中,与甲醛混合;混合后发生聚合反应,并产生水;当釜加热时,水就会蒸发。水蒸发后,釜里剩下的是CA聚合物。接下来,再次给釜加热,导致聚合物断链,并产生分离出的活性单体。当涂完胶水后,这些单体会重新组合成化合键。
2.由于CA聚合物与任何水分接触就会开始固化或变硬,因此蒸发水后留下的釜内空间需充满非活性气体,如氮气。
从聚合物中分离单体
3.接下来,将釜加热到大约150℃。加热混合物会打开单体分子之间的链接。这种断链会产生活性单体,当成品胶涂在稍微潮湿的表面上时,这些单体会重新形成新的化学键。
4.由于单体比聚合物轻,它们向上蒸发,并通过管道从釜中输送到第二个收集器中(见图2)。在从一个容器到另一个容器的过程中,单体通过敷设一系列冷却盘管的管道移动,冷却后的单体成为**。对于高质量的产品,可以进行第二次蒸馏,有些制造商甚至可能进行第三次蒸馏单体。
防止固化
5.第二个收集器(容纳**单体的容器)内的化合物实际上是CA胶,但它们仍然需要防止固化。加入各种称为自由基抑制剂和碱清除剂的化学物质,以消除杂质,否则会使混合物变硬。因为用于去除杂质和化学物质的自由基抑制剂和碱清除剂的用量很小(测量不超过百万分之几),所以不需要从CA混合物中去除它们。如果这些杂质粒子是可见的,哪怕是在几百倍的放大倍数下可见,它也会对产品产生严重污染,这批产品就会遭到破坏。
添加剂和包装
6.此时,CA胶水可以添加制造商选择的任何添加剂(见图2)。这些添加剂可以控制CA的黏度(事实上,至少有三种不同的黏稠度的产品出售),或者早期的CA胶水不能黏合的材料类型,它们也可以黏合了。当要在不完全贴合的表面上进行黏合时,需要更稠的黏度;黏稠度较高,胶水在凝固前就能把空隙填满。没有其他添加剂的CA胶只能用于无孔表面。在CA胶中加入添加剂或进行表面处理后,CA胶会很好地发挥作用。CA胶技术的进步使制造商能够满足客户对CA胶的多种需求,这种CA胶几乎可以黏合任何一对表面,是名副其实的万能胶。
图2 分离的单体通过管道输送到第二个釜中。在从一个容器到另一个容器的过程中,液态单体沿着敷设一系列的冷却盘管的管道流动。第二个收集器(容纳**单体的容器)内的化合物实际上是CA胶,但它们仍然需要防止固化。加入各种称为自由基抑制剂和碱清除剂的化学物质,以消除杂质,否则会使混合物变硬。在添加任何必要的添加剂后,胶水将按照制造商的说明进行包装。
强力胶几乎可以瞬间黏合,要做到完全黏合可能要8~24小时以后。建议使用者涂胶后,按照说明书要求的等待时间过去以后,你才可以对黏合体施加重力或压力。
7.现在可以使用传统的无湿度技术将CA胶添加到管子中。管子被填满后,装上盖子并压紧,并且将管子的底部压紧封闭。虽然大多数金属管会与CA发生反应,但是可以使用铝管,包装管通常由塑料材料制成,如聚乙烯。一旦CA暴露在潮湿或碱性环境中,无论是在空气中还是在被黏合的表面上,单体将重新聚合并硬化,在这两种物质之间形成一种非常牢固的键。反应是完全彻底的:所有加在物质上的CA都会发生聚合。
如果要使生产的产品可以正常使用,就必须进行仔细的质量控制。由于单体聚合是一种普遍的反应(涂在表面的胶水会反应彻底,所以当反应结束时,所有的胶水都聚合了),生产过程中任何一个环节的缺陷都会造成成千上万加仑的原料损失。
对进入工厂的化学品和供应品的质量要给予极大的重视。理想情况下,所有供应商要按照批准的质量控制程序进行质量控制,以确保向工厂交付高质量的产品。
虽然生产过程是自动化的,但在工厂的所有操作阶段都要仔细监控。搅拌的持续时间,每一阶段的混合量,以及温度都需要操作人员观察。如果必要的话,他们随时准备调整机器。
成品在装运发货前也要经过测试。最重要的是抗剪强度,这是一种破坏胶水保持力所需的力。抗剪强度测量的力通常达到每平方英寸几千磅。