现代社会,无疑是一个"制造"的时代。
建筑物、汽车、服装、家电,乃至食品(加工品)——我们日常接触的许多物品都可以被称为"产品"。在这个领域,在保证品质的前提下,"更快、更便宜地制造"的技术竞争日益激烈。而粘合剂的应用,正是其中一项至关重要的技术。
粘合剂,粗略地说,就是"将各种高分子材料溶解或分散于溶剂中的产物"。读过此前专栏的读者,想必会立刻联想到:"哦,原来如此,所以这和粘度有关联!"确实,在粘合剂的研发与品质管理过程中,粘度测量扮演着关键角色。
那么,让我们一起来探究一下日常生活中产品与粘合、以及粘度之间的关联。本次,我们先来概述关于粘合的基础知识。
用"粘合"建造的房子?
我们接触到的大多数产品,都是由多个部件组合而成。无论是家电、汽车、房屋还是服装,都是如此。因此,如果能缩短组装时间,将在产品交付周期和成本方面带来巨大优势。
以房屋为例。过去,需要依赖工匠这样的专业人士手工搭建。这些匠人建造的房屋固然价值不菲,但也确实需要相应的时间和费用。
那么,当把房屋视为一个"产品"时,要想减少总工时、获得相对于竞争对手的优势,需要哪些基础技术呢?
其中一个"杀手锏",就是部件的"粘合"。尽可能将组成部分模块化,在现场实现免加工直接组装,并通过粘合进行固定——简单来说,就是这样的流程。现代的粘合剂,在强度和耐久性方面都已达到高水平。
容易理解的例子大概是地板铺设工程。与将每块地板的边缘钉死,或像拼接木工艺品那样精密嵌合固定相比,如果能达到同等品质,显然直接粘合板材更为高效。此外,从墙纸、踢脚板、窗台板、门框、浴室瓷砖的粘合,到主体框架和外墙的粘合,现代工法建造的房屋中,粘合技术已被应用。
然而,尽管粘合工法优势众多,但另一方面也引发了室内污染等问题。近年来备受关注的"病态建筑综合征",其主要原因被认为是粘合剂及建筑构件中所含的甲醛等挥发性有机化合物。这些VOC在室内释放,导致敏感人群出现头痛、恶心及其他各种身心不适。为预防此类问题,粘合剂制造商正致力于开发不含或低含量甲醛等有害物质、尽可能安全的部件与产品。
"粘合"的原理是什么?
在深入探讨粘度测量之前,我们先进一步聊聊"粘合"本身。物体之间为什么会粘在一起?粘合,是指通过粘合剂使得"两个表面通过化学力、物理力或两者共同作用而实现一体化的状态"。其结合原理主要可归纳为三大类:"机械结合"、"物理相互作用"和"化学相互作用"。
其中,被认为基础的原理是"物理相互作用",即相互粘合的物质(被粘物)与粘合剂分子间的相互吸引力(范德华力)。由于各分子处于稳定的相互吸引状态,因此物体不会分离。
容易直观理解的是"机械结合"。粘合剂渗入被粘物表面的微小孔隙中并固化,从而使两者无法分开。这被称为"锚定效应"。
粘合涉及以上多种原理,实际粘合状态的机制往往难以简单界定。
那么,粘合剂本身有哪些种类呢?通常按其溶解(或分散)于溶剂中的主要材料来分类。可分为主成分是无机还是有机;若为有机,又分为天然系与合成系;合成系还可根据作为主成分的高分子材料的性质进一步划分。在此,作为理解其与粘度关联的基础,我们按固化方式的不同来把握粘合剂的种类:
(1)溶剂挥发型:通过溶剂挥发而固化。主流的有机溶剂型在固化同时会释放VOC。
(2)水分挥发/吸收型:通过水分蒸发或被吸收而固化。木工胶是典型代表,分为乳液系和胶乳系。乳液,如同美乃滋那样,是油分与水分不分离的状态。借助"表面活性剂"的作用,高分子材料得以稳定分散在水中。
(3)热熔型:冷却后即固化的粘合剂。用于书籍装订的胶糊、焊锡、沥青等都属于此类。
(4)化学反应型:通过添加催化剂或湿气等因素引发化学反应的固化类型。
开发兼具优异涂布性的粘合剂
随着粘合剂成为产品制造的主流技术,对其要求已不仅是简单粘接,更需赋予其多样的特性和功能。例如,固化速度、固化后的性质等。幕墙工法中的密封材料也是多种粘合剂的一种。幕墙工法是将定型化的外墙部件组装到骨架上的方法,全玻璃幕墙的建筑就是其典型代表。此处使用的密封材料,除了主要目的——保证部件间的水密性外,在对于结构体的追随性、自身耐久性等方面,都要求具备品质和成本效益。
对于密封材料(其实也适用于粘合剂整体),还有一个不可忽视的功能性要求:确保高效的涂布性。简而言之,就是粘剂在涂覆或注入时的操作便利性。
试想一下在垂直面上涂布粘合剂的场景。如果粘剂太稀,涂上去就往下流淌,那根本无法作业。反之,如果不流淌固然好,但过于粘稠,导致注入或铺展需要耗费巨大劳力,这同样存在作业性问题。因此,在满足粘接功能的同时,兼顾良好的作业性。为实现这一点,粘剂的流动性——在大多数情况下即其粘度——维持在合适的范围内。
看,说到这里,粘度测量终于要登场了。在粘合剂的生产和管理中,粘度测量发挥着至关重要的作用。