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工业粘合剂有什么特殊性及在现代制造业中起什么作用?
工业胶水属于精细化工行业,但它使用面广很广,几乎无处不在,而且胶水种类多、品牌杂,甚至是一家供应商旗下就会有好几百款产品。另外,胶水选型需要有专业的知识和背景,它涉及到材料、化工、表面处理、电化学、结构设计、工艺等诸多方面,会影响到生产效率、良率、成本以及产品功能、品质等。而且,胶水的正确使用与生产工艺息息相关,是一个多学科交叉的任务;最后,胶水的运输和存储有严格的规定要求。
正是由于工业胶水的这些特殊性,很少有企业能真正把它用好;而且很多企业就是因为在使用工业胶水上出了问题,导致项目拖延,产品良率不高,生产效率低下,甚至影响企业的竞争力与生存空间。
粘接最基本的作用就是连接作用。但在现代制造业中,随着科技的发展,人们对胶水的性能要求、对胶水所起的作用的期盼,以及对胶水应用范围和适应范围的期待都越来越高。下面我们就分别梳理一下工业胶水在制造业中的作用。
机械及物理连接,这是胶水最基本的功能。可以从两个方面考虑:一方面是承受荷载并传递外力;在此,胶水的主要作用就是把两个零部件紧紧地固定在一起,并且能把外力从一个零部件传递到另一个零部件,比如电锯的刀片和盘芯,就是靠胶水粘接起来,并把电锯工作过程中的力(扭矩)传递到刀片上去的。另外,电机转子与轴的链接也是同样的道理。一般而言,对于承受荷载类型的胶水而言,它应当具有极高的粘接强度和很好的抗冲击性,同时,又具有很好的施胶工艺性和快速固化等特点;
对于起物理连接作用的胶水,主要是产品组装过程中,把不同材质的零部件或元器件,尤其是尺寸比较微小的零部件,往往很难或者不可能用其他机械连接的方式组装,故而采用工业胶水进行组装。这类胶水往往要有很好的点胶控制性,即可以实现精密施胶,而且固化速度快、粘接后可靠性高。
保护作用是胶水除了连接作用以外的又一重要作用。随着人们生活水平的提高,电子产品,尤其是消费电子产品在我们的日常生活中越来越扮演着不可或缺的角色。电子产品中有大量的元器件,它们分别以不同的方式组装在PCB板或FPCB板上,而且随着产品设计越来越微型化、轻量化,电子元器件也不断地更加趋于集成化,电路也更加趋于紧凑,使得元器件之间的空隙和器件本身的pin脚间距越来越小。同时,这些元器件往往会暴露在恶劣的环境中,比如十分潮湿的卫生间或粉尘很大的特殊场合,甚至人们希望在游泳的时候还能用手机拍照或听歌。所有这些改变和要求都使得整个电路板或者多数元器件必须被保护起来,而不会在恶劣的环境下遭受短路、受腐蚀或受外力挤压而失效!胶水在这种保护中起到了不可或缺的作用,比如我们常说的三防胶和corner bonding胶,再比如智能卡的包封胶等。一般来说,对这类胶水的要求是固化速度快,腐蚀性离子含量低,与不同材质粘接牢度高,抵抗外力强。
胶水的多重功能是胶水行业进步的重要标志之一,如在实现物力连接的同时,也实现起到导电的作用。这里,还包括了替代焊锡功能的导电和实现接地(grounding)功能的导电。焊锡是传统的把导线连接起来,使其实现导通的连接方式,但它的不足之处是往往焊点比较大,所占空间高,在电子元器件越来越轻薄的情况下,使用便受限了。另外,它实现连接要靠高温熔化,所以产品有经受高温的过程,对于那些无法承受高温的元器件或产品,则无发实现。为此,导电胶就可以代替焊锡,即克服了它的不足,又实现了连接和导电的双重作用。当然,导电胶按其固化方式可以分为加热固化、常温固化甚至是Panacol公司推出了UV固化类型的导电胶。即便是加热固化,一般导电胶的固化温度也不会超过150度。近年来甚至市面上出现了低温固化的导电胶,其加热温度不超过80度,这使得导电胶的应用将更加广泛。一般而言,对于接地功能的导电胶,往往也要求粘接牢度高,固化速度快,因为其导电颗粒含量不高,所以成本也会比较低。而要求实现导通的导电胶,目前来说成本是制约其推广的重要因素。如何研发出低电阻率、低成本、粘接强度高的导电胶则是各供应商努力的方向。
电子产品的不断高度集成化、微型化、多功能化、大功率化使得能耗/热量管理越来越成为突出的问题!这些高度集成的元器件不但要牢靠地装配在PCB板上,而且其工作产生的热量要很快被散发掉;有时为了降温,还要额外把一个散热器装配在元器件表面。在这种情况下,导热胶就是不二的选择。胶水的导热可以从两个不同的方面来理解:排走热量和吸收热量,如粘接散热片的胶水应当能迅速把热量排走;而保护NTC温度传感器的导热胶应当迅速把热量吸收过来,传给芯片。这其实是同一问题的两个方面,因此,导热胶最大的问题就是不断追求的高导热系数和粘接牢度的矛盾;还有就是为实现导热而加入的导热颗粒材料对施胶工艺以及胶水流变学性能的影响。
电子产品的失效模式有多种,其中一种就是由于受到较大的外力作用,导致其元器件脱离主板,或者是PIN脚开裂等而无法正常工作,如FPC在弯折后与主板相连处由于FPC的弹性而存在长期的剥离力,在这种剥离力的长期作用下,实现连接的导电ACF就会产生开胶。再如大的电容在跌落过程中由于受到很大的瞬间冲击力而致使PIN脚开裂。为此,对可能产生失效的部位都要进行加固,最简单有效的办法就是使用胶水进行加固,这包括FPC的补强、大的电子器件如电容的加固、大芯片的四角绑定等。这类胶水一般都要有很快的固化速度,较好的触变性,很高的粘接强度和很好的耐冲击性和抗震动性能。
随着工业胶水在各个行业的不断广泛深入使用,其功能也越来越趋于多元化,而且呈现出不同行业也具有各自的需求特点,表现出了明显的与行业或产品性能相关的特殊功能,这些特殊功能对胶水就提出了新的需求。如在光学和光通讯行业,就要求胶水要有很低的收缩率,良好的耐黄变性能,在某个特定波段的透光率要达到一定的指标等;再如有的与声学相关的产品也希望胶水有一定的降噪和优化声学效果的功能;还如有的行业渴望有能长期耐温150度或者是180度的UV胶等等。
通过以上分析可见,胶水作为一种最为传统的连接方式,在现代制造业中的作用越来越趋于多元化、多功能化,而这种趋势给胶粘剂这个行业注入了无限的活力与生命,同时也提出了全新的挑战!
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