零下270度也能正常使用?工业中无处不在,胶粘剂是何物?

2019年1月17日,任正非在央视采访中提到,华为的相机功能,在低温下依然可以正常使用,这都归功于一种耐低温胶水,这种胶水在零度以下不会凝固,从而维持镜头稳定,让相机正常使用。

零下270度也能正常使用?工业中无处不在,胶粘剂是何物?

它的正式名称其实叫胶粘剂,也被称为”工业味精”

它通过表面粘连加内部聚合,将两个物品紧紧粘在一起,如果要评定一种胶粘剂的性能,不仅仅得考察它的物理、化学性质,还得确定它是否能够在不同的材料上,拥有相差不多的粘性。

胶粘剂的用途非常广泛,很多名字以树脂、胶、酯、剂结尾的东西,都属于胶粘剂的范畴,比如咱们常见的干燥剂、双面胶、硅橡胶等等,它们的下游又延伸出了各种大型领域,像是航天工业、电子器械,都能看到胶粘剂的出现。

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在航空航天工业,胶粘剂被广泛使用在粘合、灌封、密封、铆接等方向上,航天器上的大部分胶粘剂都是经过了特殊处理的,虽然它们在正常环境下可能还不如502胶水牢固,但是在太空中,它们能够在极低温度下,仍然拥有不错的粘性,还能避免因紫外线辐射和原子氧导致的胶粘剂降解反应。此外,这些胶粘剂必须符合NASA的0022A规范才能在太空使用。

现代航天比较常用的胶粘剂是一种特殊的环氧树脂

它在零下270度到255度间都能够正常使用,而且绝缘透明,可以抵抗热冲击,配合一些无机填充物,还能够改变它的粘度、耐热性等等。

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能上天,当然也可以入海

2016年2月,加州大学圣芭芭拉分校的研究小组就开发出能在海水中使用的胶粘剂,这种湿胶能够粘连塑料、金属、玻璃和木材等多种常见物质,在泳池装修或者牙齿粘合中能够发挥巨大的作用。

除了这类实验室胶粘剂以外,商用船舶环氧树脂也是很受欢迎的胶粘剂类型之一,它可以快速修理损坏的船只,粘合部位的抗冲击能力也非常强,但是得花24小时进行凝固,而且粘结的部分会有白色的痕迹,需要用油漆修饰外表,不过这些对打渔为生的平民来说,都只是小问题而已。

在电子设备领域,手机就成了胶粘剂的大顾客。从21世纪初开始,它就被用在SIM卡组装,以及手机键盘的按键粘贴上。任正非当时提到的胶水,极大可能是光敏胶,因为它耐低温、粘连强度高,是手机业的常用胶之一。

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其他的设备,比如像照相机、显微镜以及激光等光学设备中的镜头,通常会用低收缩率的光学透明胶粘剂,配合纳米填充材料进行粘合,这样对镜片施加的压力就比较小,不会影响光学元件的质量。

中国胶粘剂工业起步比较晚,虽然发展了很多年,但企业们都处于“默默无闻”的状态。在2020年公布的华为92家核心供应商中,有37家来自中国(包括港台地区),33家来自美国,11家来自日本,剩下的则分布于德国、瑞士、韩国、法国和新加坡,这其中的绝大部分都涉足在光学设备、半导体等领域,胶粘剂这种”上不了台面”的产品,基本就没什么机会入选。

但在胶粘剂领域上,中国的公司并不算。2012年初,在胶粘剂行业活跃的公司就已经超过了三千五百家,后来经过整合,在2019年减少到了五百家,大多还是中小企业。

中国胶粘剂排名前三位的大头,基本都不是国企,它们分别是

德国汉高

美国富乐

陶氏汉邦

这几家都是百多年的老品牌,中国仅仅发展了六十年胶粘剂,根本打不赢这些老油条。不过,一些中国一流胶粘剂企业,比如面向重工业行业的高盟,以及专攻新材料研发的回天,近些年间都在快速发展,已经能够在擅长的领域和海外企业互相竞争。

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2019年,中国胶粘剂领域的销售额超过千亿人民币,占据全球56%,而且每年都在增长,在它下游的受益产业,主要集中在建筑、包装、木材和交通上,中国未来还会发展新能源、高科技电子设备等产业,胶粘剂行业可以说是常青树了。

胶粘剂的历史,咱们可以追溯到20万年前的意大利

当时的人类就使用着一种桦树皮制的焦油胶粘剂,但直到19世纪之前,人类都没有用上人造胶粘剂。1862年,英国出现了第一款合成环化橡胶,从此以后,胶粘剂行业正式进入迅猛发展时期。

自1960年代开始,科学家一直在探讨胶粘剂的粘附机制,最早提出的就是吸附理论,就像咱们的马桶搋子一样,能够通过大气压强,将下水道的脏东西吸出来。

后来又发现了其他四种粘附机制液体扩散、静电引力、表面反应和机械互锁。前面两种大家都比较熟悉,液体扩散就是墨汁将清水染色,静电引力就是摩擦后的气球吸引纸片,咱们着重解释一下后两种机制。

先说说表面反应,它分为了物理和化学两种,物理表面吸附比较常见,比如油吸附在水的表面就属于物理吸附,化学吸附咱们可能不太容易见到,净水器用的活性炭,就是通过物理、化学双重吸附,达到净化污染水的目的。

接下来是机械互锁,这个词在冶金领域用得很多,工人们会特意把被粘的物体表面处理得非常粗糙,胶粘剂会像水一样,把整个表面给填平,这样做的好处就是,能够让胶粘剂接触更多的面积,就像咱们爬山的路程,往往比进隧道要长得多一样。虽然会消耗更多的胶粘剂,但是带来的附着力更强,粘贴的时间也更久。

胶粘剂行业也并不是没有风险的,华为曾经就吃过胶粘剂的亏

2016年,华为生产了一批价值九千万的手机产品,在检测质量的时候发现,在高温情况下,粘连屏幕的胶水会融化,还有小概率从屏幕的缝隙渗出来,这直接让整批货全部报废。正所谓福无双至,祸不单行。

第二年,华为又遇到了胶水问题,在某次功能性测试过程中,检测员发现手机摄像头对焦比较模糊,一路追查下去,发现是胶水质量变差,导致摄像头马达不稳定,于是在严重损失出现之前,赶紧取消原胶粘剂厂的合同,重新寻找新的供应商。

零下270度也能正常使用?工业中无处不在,胶粘剂是何物?

胶粘剂应用广,但利润低想开发新产品,要钱更要时间,通常都得在半年以上,而且设备也只能进口,前期投资非常大

幸好中国地广物博,市场空间也很大,这才能够让这么多胶粘剂国企活下来。2019年10月,德国Coatings发表了一份研究报告,仅在喷胶领域,胶粘剂的市场价值就已经超过70亿美元。据此可以推测,全领域上的胶粘剂,市值可能会超过500亿美元。

中国的胶粘剂,从曾经的零份额,到占领全球市场的三分之一,不仅有企业不懈坚持,还依靠国家努力推进。现在,中国胶粘剂技术已经越发成熟,国产胶的性能也愈加完善。相信在不久的将来,国产胶能够完全替代进口,让中国制造在胶粘剂行业,绽放出耀眼的光芒

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