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從傳統(tǒng)鉚接到現(xiàn)代粘接，技術(shù)的革新正在悄然改變生產(chǎn)邏輯?！半[形”連接材料——膠粘劑，在許多場(chǎng)景下可以替代傳統(tǒng)螺釘和焊接，廣泛使用于各行各業(yè)。

△ 圖片來(lái)源：念凱科技官網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)圖片

膠粘劑（adhesive）又叫粘合劑，是通過(guò)界面的粘附和物質(zhì)的內(nèi)聚等作用，能使兩種或兩種以上的制件或材料粘接在一起的天然的或合成的、有機(jī)的或無(wú)機(jī)的一類物質(zhì)。這種通過(guò)膠粘劑在材料間形成分子級(jí)結(jié)合的連接方式稱為粘接技術(shù)。與傳統(tǒng)機(jī)械連接和焊接相比，粘接技術(shù)具有對(duì)零件無(wú)熱危害和形變、不破壞基材、應(yīng)力分布均勻的優(yōu)勢(shì)，其主要形式分為兩種：非結(jié)構(gòu)型粘接和結(jié)構(gòu)型粘接。

●非結(jié)構(gòu)型粘接主要是指表面粘涂、密封和功能性粘接。典型的非結(jié)構(gòu)膠包括表面粘接用膠粘劑、密封膠和導(dǎo)電膠粘劑等，其強(qiáng)度較低、耐用性差，不可以用于零部件粘接；

●結(jié)構(gòu)型粘接是將結(jié)構(gòu)單元用膠粘劑牢固地固定在一起的粘接現(xiàn)象。所用的結(jié)構(gòu)膠粘劑及其粘接點(diǎn)必須能傳遞結(jié)構(gòu)應(yīng)力，能承受較大荷載，且耐老化、耐疲勞、耐腐蝕，在預(yù)期壽命內(nèi)性能穩(wěn)定，適用于承受高強(qiáng)力的結(jié)構(gòu)件粘接。

△ 密封膠（左）；結(jié)構(gòu)膠（右） （來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)圖片）

隨著粘接技術(shù)的不斷突破，粘接正從“輔助工藝”升級(jí)為核心制造技術(shù)。膠粘劑作為粘接技術(shù)中重要的“隱形”連接材料，具有施工簡(jiǎn)單、成本低、效益高、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，可在相對(duì)較低的溫度下實(shí)現(xiàn)接合，同時(shí)在較寬的溫度范圍內(nèi)保持可靠的粘接強(qiáng)度，因此逐漸成為了電焊焊接、鉚合、螺栓、螺釘連接等傳統(tǒng)技術(shù)的高效替代方法。

在實(shí)際應(yīng)用中，許多領(lǐng)域都涉及高溫環(huán)境，高溫環(huán)境下粘接材料的穩(wěn)定性和可靠性都將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的膠粘劑粘接部位易出現(xiàn)松動(dòng)、脫落甚至失效等情況。耐高溫膠粘劑能有效應(yīng)對(duì)高溫環(huán)境的粘接需求，在金屬、陶瓷、復(fù)合材料等各類耐高溫結(jié)構(gòu)材料連接領(lǐng)域備受關(guān)注。

耐高溫膠粘劑

通常，把能在200~1800℃高溫條件下長(zhǎng)期使用時(shí)其物理化學(xué)性質(zhì)仍能滿足使用要求的一類膠粘劑稱為耐高溫膠粘劑，因其具有優(yōu)異的耐高溫性、耐老化性、良好的粘接強(qiáng)度和一定的韌性，是高溫環(huán)境下粘接材料的理想選擇，目前在航空航天、工業(yè)、電子電器領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

△ 市面上部分耐高溫膠粘劑產(chǎn)品 （來(lái)源：產(chǎn)品官網(wǎng)）

耐高溫膠粘劑可主要分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩大類，其耐高溫性能取決于其化學(xué)成分和工藝配方。

●有機(jī)耐高溫膠粘劑主要包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、有機(jī)硅（硅橡膠型、硅樹脂型）以及雜環(huán)類，這類膠粘劑在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性相對(duì)較差，通常耐高溫性能在150℃左右，200~300℃即失效，在科研領(lǐng)域常通過(guò)樹脂改性來(lái)改善其耐高溫性能；

●無(wú)機(jī)耐高溫膠粘劑主要包括硅酸鹽類、磷酸鹽等。這類膠粘劑雖韌性較差，但具有優(yōu)異的耐高溫、耐燒蝕性能，耐溫范圍可高達(dá)1000℃以上，高溫環(huán)境下仍能保持良好的粘接性能和機(jī)械強(qiáng)度，且具有原材料豐富、成本低廉、環(huán)保友好（無(wú)VOC）等優(yōu)點(diǎn)，因此常用于極端高溫環(huán)境下的結(jié)構(gòu)粘接材料。

武漢先進(jìn)院研發(fā)團(tuán)隊(duì)分析對(duì)比了目前市面上三種主要的耐高溫膠粘劑體系：有機(jī)硅樹脂、硅酸鹽及磷酸鹽體系。其中，無(wú)機(jī)耐高溫膠粘劑的耐溫度更高、高溫穩(wěn)定性更好，可耐高溫達(dá)1000℃以上，且制備工藝簡(jiǎn)單，適合工業(yè)化生產(chǎn)。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研與分析，研發(fā)團(tuán)隊(duì)選定無(wú)機(jī)體系中具有典型代表的硅酸鹽體系進(jìn)行無(wú)機(jī)耐高溫膠粘劑相關(guān)技術(shù)開發(fā)。

△ 三種主要耐高溫膠粘劑體系對(duì)比 （來(lái)源：武漢先進(jìn)院）

無(wú)機(jī)耐高溫膠粘劑應(yīng)用介紹

無(wú)機(jī)耐高溫膠粘劑作為一種高性能粘接材料，憑借其卓越的耐高低溫性能，以及粘結(jié)強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐燒蝕、耐老化等特點(diǎn)，在極端環(huán)境下具有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，適用于家用電器、航空航天、能源電力、電子、汽車、冶金等領(lǐng)域，可粘接剛玉、石墨、金屬等材料，并用于高溫爐窯內(nèi)襯修補(bǔ)及金屬表面防氧化涂層等。使用時(shí)可根據(jù)溫度需求選擇，具體應(yīng)用如下：

●家用電器（200～500℃）：主要用于電磁爐、微波爐、烤箱、微晶面板、五金玻璃面板等底板密封粘接；

●航天航空（＞1000℃）：發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件粘接與密封、航天器熱防護(hù)系統(tǒng)安裝、高溫傳感器固定等，特別是作為航空航天飛行器耐高溫承力結(jié)構(gòu)件制造中重要的結(jié)構(gòu)粘接材料；

●能源電力（＞400℃）：鍋爐、窯爐內(nèi)襯修復(fù)與粘接、熱電偶固定與密封、高溫管道修補(bǔ)與連接等；

●電子器件（100～300℃）：高溫電子元件封裝、發(fā)熱體固定、絕緣材料粘接等；

●汽車制造（200～600℃）：排氣系統(tǒng)高溫部件粘接、渦輪增壓器維修、制動(dòng)系統(tǒng)高溫部位固定等；

●冶金工業(yè)（＞1000℃）：煉鋼設(shè)備維修、高溫爐窯砌筑、金屬與陶瓷間高溫連接等。

△ 無(wú)機(jī)耐高溫膠粘劑應(yīng)用圖示 （來(lái)源：武漢先進(jìn)院）

市場(chǎng)概況

隨著全球制造業(yè)向高性能、高可靠性方向發(fā)展，耐高溫膠粘劑市場(chǎng)正迎來(lái)快速增長(zhǎng)期。2024年全球耐高溫?zé)o機(jī)膠粘劑市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)數(shù)十億元人民幣，雖規(guī)模小于有機(jī)類產(chǎn)品，但在特定高溫應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)不可替代的地位。其中，亞太地區(qū)是無(wú)機(jī)耐高溫膠粘劑最大的消費(fèi)市場(chǎng)，占全球總消費(fèi)量的40%以上，這主要得益于中國(guó)、印度等國(guó)家快速增長(zhǎng)的制造業(yè)需求；北美和歐洲市場(chǎng)則更加注重產(chǎn)品的高端應(yīng)用和技術(shù)創(chuàng)新，主要應(yīng)用集中在航空航天和能源領(lǐng)域。

目前，全球無(wú)機(jī)耐高溫膠粘劑行業(yè)集中度較高，主要廠商包括Almatis、ZIRCAR Ceramics、Kuraray、Imerys Group和Shreejichemicals等。這些企業(yè)在技術(shù)積累和專利布局方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，尤其在超高溫領(lǐng)域形成了一定的技術(shù)壁壘。相比之下，中國(guó)本土企業(yè)規(guī)模普遍較小，但在某些細(xì)分領(lǐng)域（如硅酸鹽膠粘劑）已具備較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，并通過(guò)性價(jià)比優(yōu)勢(shì)逐步擴(kuò)大市場(chǎng)份額，市場(chǎng)潛力巨大。

武漢先進(jìn)院技術(shù)儲(chǔ)備

武漢先進(jìn)院依托材料人工智能和粘接技術(shù)領(lǐng)域強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和豐富的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，基于自研材料大模型開發(fā)了膠粘劑中試智能體和工作流，形成了系列成套粘接技術(shù)體系。其中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)陶瓷化耐高溫結(jié)構(gòu)膠的技術(shù)開發(fā)，可適用于300～500℃中溫段耐高溫場(chǎng)景下的結(jié)構(gòu)型粘接，產(chǎn)品性能優(yōu)異，可廣泛使用于各種行業(yè)。

△ 陶瓷化耐高溫結(jié)構(gòu)膠指標(biāo)參數(shù) （來(lái)源：武漢先進(jìn)院）

△ 陶瓷化耐高溫結(jié)構(gòu)膠樣品（左）；燃?xì)庠罨鹕w粘接應(yīng)用實(shí)拍圖（右）（來(lái)源：武漢先進(jìn)院）

我院開發(fā)的陶瓷化耐高溫結(jié)構(gòu)膠是一種無(wú)機(jī)類（硅酸鹽體系）的膠粘劑，對(duì)金屬和無(wú)機(jī)非金屬材料具有良好的粘接性，可常溫固化，其長(zhǎng)期工作溫度可達(dá)到400℃以上，接觸明火不會(huì)分解，抗冷熱沖擊和機(jī)械沖擊性能良好。對(duì)于高溫場(chǎng)景下有機(jī)類膠粘劑無(wú)法使用的情況，陶瓷化耐高溫結(jié)構(gòu)膠具有較高的替代性，目前已成功應(yīng)用于燃?xì)庠罨鹕w粘接，可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)螺釘結(jié)構(gòu)的連接替代。

此外，研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對(duì)不同行業(yè)高溫場(chǎng)景的用膠工藝進(jìn)行持續(xù)探索，可定制開發(fā)用于不同領(lǐng)域的硅酸鹽、磷酸鹽體系高溫膠，溫度覆蓋300~1000℃，可根據(jù)需求進(jìn)行性能調(diào)控，滿足不同場(chǎng)景下的應(yīng)用要求。