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纸蜂窝胶粘剂的研究与应用

蜂窝纸箱在各行各业中的应用非常广泛，既可用作大型出口设备的包装，又可用于包装各类小型物品蜂窝纸板不同于瓦楞纸板，不可直接折叠，具有优良的抗压、抗弯和缓冲性能。构成蜂窝纸板的蜂窝结构是一种独具特色的夹层结构，即指由胶粘剂将蜂窝夹芯与面板粘接起来的粘接体系。粘接的剥离强度、剪切强度、节点强度、抗压强度以及环境强度等，对蜂窝纸板的质量关系极大。

近几年来，笔者走访调研过多家企业，考察了包括引进设备和国产设备的多条生产线，发现一些企业的蜂窝纸板存在粘接质量不高、应用技术落后、抗弯技术咨询强度不高造成脆性破坏等问题，与发达国家的产品相比，差距还很大。本文就有关胶粘剂与粘接质量问题谈些浅见，供同行参考。

一、胶粘剂现状与主要问题

据不完全统计，目前国内纸蜂窝制品生产厂家包括设备制造厂家约有120家。其中，引进国外生产线近10家。这些设备使用的胶粘剂大体分为四种类型：

1、玉米淀粉（胶粉）：玉米当前汽车行业情势1片大好淀粉（胶粉）是在碱性条件下用氯气处理，处理后的淀粉含有负电荷阴离子的氧化淀粉。使用时再接加烧碱（氢氧化钠）、硼砂（四棚酸钠）、硫酸盐，用水勾兑而成。这类胶粉和普通纸箱用胶没什么本质区别，只是固含量稍有提高，适用于非承力，纸蜂窝制品。如用于超过50公斤以上的包装箱、托盘等就存在下列致命的缺点：

（1）粘接强度低。粘接试验和大量资料证明，玉米淀粉胶的剥离强度最高只有50N／25mm，剪切强度更低，只相当于白乳胶（PVA J、聚乙烯醇（PVA）等热塑性高分子胶粘接强度的三分之一。 （2）胶层固化后完全失去弹性而变脆。当受到弯曲、冲击、挤压、剪切等外力时，很容易造成脆性破坏。

（3）耐老化性、防潮耐水性不好。不适合在高温、高湿的环境下使用或存放，易霉变。国内不少厂家生产的一次性托盘抗静压还可以，但用叉车装卸就发生整体断折。高温、高湿环境下作业问题更多。

2．白乳胶（PVAc）：主要成份为聚醋酸乙烯脂材料学仍将进1步支持小型化和下降本钱。发达国家在1930年开始工业化生产，60年代初引进我国。真正的白乳胶系无毒无公害的绿色产品（国内少数企业近两年来开始使用，如荷力胜公司使用进口白乳胶，其产品质量稳定、制成率、拉伸率很高）。白乳胶能粘接多种材料、干燥快、强力好、固含量高、使用期长、适合大面积作业。但这种胶一是防潮耐水性不好；二是耐热性差，容易产生蠕变。这恰恰是承力和次承力结构制品致命的弱点。

为了克服以上缺点，必须进行改性处理。一般是加入改性剂，如为了提高耐水性加入适量的三聚氰胺脱醒树脂与丙烯酸酯共聚；加707共聚乳液效果也较好。加入增稠剂PVA、淀粉。CMS可以减少对多孔材料的渗透，增加粘度和流变性，成本也可以降低。

近几年，由于醋酸乙烯单体价格上涨，不少假冒伪劣白乳胶充斥市场。大多数是用107胶接轻质碳酸钙，有的向白乳胶中兑水，加入大量的面粉或CMC，表面上粘度很稠，价格便宜，但质量很差，产品性能没有保证。

3、黄糊精：黄糊精通常是在PMP酸性条件下，用加热的方法使淀粉的分子量降解，而溶于水。这种胶固含量高、初粘性好、粘合强力大、使用期长、价格适中、干燥速度比较快，特别是胶膜弹性股量高、刚性好，很适合作芯条胶。但这类胶的耐水性差，限制了它的应用效果。

4．接技共聚淀粉树脂胶粉：该类胶是在淀粉大分子的主链上接枝另一种线型单体聚合物，例如：丙烯酸、丙烯晴、丙烯酸胺、苯乙烯。醋酸乙烯等单体。接技共聚物能明显提高粘接强度，胶膜的柔软性好、干燥速度快，其优良的粘接特性比普通玉米淀粉胶、糊精好得多，是一种较理想的纸蜂窝用胶粘剂，尤其适用于纸蜂窝极复合。

应该看到，一味追求价格便宜，而忽视产品开发和产品质量是目前行业内普遍存在的问题，这已直接阻碍了蜂窝胶粘剂的发展。

二、胶粘刻发展趋势

国外纸蜂窝制品已经有几十年的发展历史、二次大战后，生产设备、应用技术、配套工艺。产品质量都比较成熟，能够根据用户的要求和应用领域的功能特性，由技术人员进行设计再组织加工。原材料的选择也很科学而实用，已逐步成为建筑、包装。轻工等诸多领域的“代木”产品。

面对我国森林资源贫乏、环境保护浪潮高涨的趋势，我国纸蜂窝产品正处于起步阶段，发展前景十分看好，同时也使纸蜂窝胶粘剂的研究与发展起着关键的作用

1、芯条胶：蜂窝夹芯是蜂窝结构的承重层，足够的节点强度、约一规整的几何结构是蜂窝夹芯最重要的质量要素。高质量的芯条胶要求胶股固化后弹性股量要好，能保证蜂格壁的刚性而不失稳定。芯条胶的另一条要求是固含量要高，尽量减少溶剂用量，以确保生产的快速及避免由于胶层太薄而引起的孔壁开裂。

国际上蜂窝芯的发展经历了两个阶段：有孔蜂窝到无孔蜂窝。这个过程与所用胶粘剂的性质和粘合技术密不可分。50－60年代，在蜂窝芯上必须开槽，以形成固化时的排气通道。有孔蜂窝在解决了排气问题的同时也破坏了夹层结构的密闭性和电子词典防潮功能，并降低夹层结构的强度，给以后使用带来严重的隐患。6O年代末研制出了高固含的芯条胶，无孔蜂窝很快替代了有孔蜂窝，产品性能也推进了一大步。目前我国纸蜂窝夹层结构用胶粘剂固含量普遍偏低，最低固含量只有18％，80％以上是水。在复合时，为解决水份含量高的问题只好降低车速，效率很低。水份含量高带来的另一问题是纸板需长时间将水份排放到形变可以控制的状态，这又增加了库存周转时间，使真空镀膜多数厂家不得不在面纸上打孔，这种办法是不可取的。

上述问题告诉我们，高固含量、高股量、半刚性胶粘剂应是芯条胶的发展方向。

2．复合胶：芯层与面纸的复合，国内外有两种涂胶方式：一是面纸涂胶，胶层涂在上、下面纸上。另一种是端面涂胶，即胶层涂在蜂格的端面上。前者用胶量多、粘合力强、耗热能多、成本偏高、夹层板容易变形。后者技术含量要求较高，国内成功的较少。复合胶是通过胶层固化在T型粘接界面形成“锚固现象”，将面纸与芯层粘合成一个整体。由于这种粘接方式有效粘接界面极少，加上芯层裁切时的偏差和蜂格缺陷等不足，因此对复合胶的性能与复合技术的要求就较为苛刻。

从发达国家与国内成功企业的经验看，高质量的复合胶必须满足以下要求：（1）粘合强度高、弹性股量适中。（2）有较好的防潮、耐水功能。（3）工艺性能稳定，耐久性好。

因此，防潮、高强半柔性胶粘剂是复合胶的发展方向。

3、固化胶：国内目前使用固化胶的厂家不多，主要用于填充材料的定型固化处理。固化胶有的用硅酸钠，有的用酚醒树脂。前者干燥快、性脆易吸潮不可取，后者阻燃效果不好。较理想的固化胶是水溶性三聚氰胺酚醛树脂胶，固含量45－50％，不一需加固化剂，因引入亚胺基含氮元素，阻燃效果显著。

4．拼接胶：目前国产设备拼接质量问题较多，拼接用胶也五花八门。问题之一是胶液渗透量大，接头部分多层粘合成“梗子”，拉不开。复合后夹层板各项异性加大，应力增大容易脆断。问题之二是粘接强力不够，拉伸时出现破孔洞甚至大片大片断开造成浪费。问题之三是多数为条状涂胶，这种工艺不合理。拼接胶要求剥离强度好、渗透性小、干燥速度快，用固含量大于45％的 PVAC添加 5－ 10％的淀粉效果不错。

另外，通过我们对发达国家如英国D．F．C．T和荷力股的设备的考察，一对韩国、美国OMS公司、以色列IMS公司产品的分析和与日本、香港等公司科技人员的交流，感到面纸复合使用聚醋酸乙烯乳胶、改性白乳胶，或使用低溶点高融熔指数的热熔胶，在常温条件下固体加热到100－120℃流动性很好，对基材使用广泛，无需干燥、烘干设备，速度每分钟高达20－30米，而且胶膜防潮、耐水，符合美国FDA卫生要求。缺点是成本高、设备稳定性要求高。我们应借鉴发达国家的经验，结合国情研制符合国产设备和应用技术的胶粘材料，从而推动我国纸蜂窝行业的发展。

三、粘接强度与其它因素的关系

纸蜂窝制品的粘接强度除粘接材料的性能、质量影响外，还受纸张、设备、涂胶工艺等多种因素制约。

l、纸张水分的控制

纸是蜂窝制品的基材。纸的基本原料是纤维素，纤维的各种性能都与水份关系极大。所以使用前、复合时、成板后，对水份的控制十分重要。

目前，我国纸蜂窝用的纸浆绝大多数是二次纤维，二次纤维用的是熟料，纤维短、混杂。国家对二次纤维制造的再生纸，眼下还没有统一的标准，因此用纸单位必须认真把关。

箱板纸、瓦楞原纸、一木浆挂面纸按GB5034要求，含水率为7－12％，纸箱含水率则要求12－14％。刚出厂的纸含水率一般都不稳定，要求卷桶立放，至少存放一个月后再用。如果含水率超标，纸相就发生异变，紧度变小，强力下降，各相异性加大。涂胶后，胶液向底层渗透，发生粘连，拉伸困难。复合时水分过多，排气困难，质量很难控制。烘干如失水过多，夹层板水分低于7％，纤维易脆化，剥离强度将成倍降低，使二次加工无法进行。

根据粘结经验和国家标准其次是否是常常出现故障要求，进厂纸桶的含水率必须保持在10％左右，复合板车间下机含水率控制在20％以内，成品含水率控制在匕％。这样，粘结强度才能高，适于加工，可控制产品变形问题。

表1 国内常用胶粘剂胶膜特性

胶膜主要成份必要助剂使用形态优点缺点

玉米粉胶粉烧碱、硼砂、硫酸盐水浆糊价廉、处理容溴系阻燃剂经常使用溴代3嗪和溴化聚苯乙烯易、初粘强

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