胶水的特性

胶水的特性

虽说我更喜欢机械连接方案,但有些时候只能用胶水,而且不是随便哪种都行,必须是恰到好处的那一种。为项目挑选完美的胶水非常关键,同时也极其困难。五金店的胶水区可以说是材料科学与化学的神秘宝库——五分钟环氧胶、AB胶、白胶、木工胶、万能胶(并不是真的“万能”)、纸张专用胶、接触型胶、焊接胶、有机硅胶。

选择适合的胶水是个难题,新手会备受焦虑的折磨。这事说起来挺奇怪的,尤其是回想起小时候,胶水在那时看起来似乎既简单又神奇。在乐一通的卡通片里,歪心狼为了逮住哔哔鸟,把胶水涂在地上,然后自己被粘住了!胶水就是这么强大!在孩子眼中,胶水是一种神秘的物质,能把东西粘在一起。许多成年人将这种思维定式带进了工作,直到他们毁掉了自己辛苦造出的东西,然后又不知该如何补救。

在我看来,胶水有三大特点:首先,它可以把东西粘起来;其次,它刚离开包装时是湿的,干燥后才能起作用;最后,不是每种胶水都一模一样。

如果你要把两个材质类似的东西粘起来,方法其实很简单:木材就用木工胶,纸张就用聚乙烯醇胶(例如埃尔默牛头胶),硅橡胶就用硅基胶,以此类推。你要寻找的胶水是固化后物理特性(硬度、韧性、受热反应等)与要黏合的材料最接近的那一种。关键在于温度、性能和用途。对于大多数常见材料,市面上都有专门配制的胶水。

请想象一下烟囱上历经数十载风吹雨打的砖块。砖块的使用寿命是固定的,而且不会四处移动,所以不需要韧性强的胶水。砖块承受的机械负荷不是单一的,而是复合的。它们一块块叠放,不会移动,总质量很大,因此需要抗压强度高的胶水。请想象一下,如果你用硅基胶来砌砖,砌上一两排也许还行,但由于这种胶抗压强度低,韧性高,最终建筑物会下陷、倾斜甚至倒塌。(31)

此外,还要考虑天气。随着温度的变化,材料特性也会随之变化。低温会使物体变得又脆又硬,高温则会让它们变软且有弹性。温度还会影响物体的尺寸,通常来说,物体遇热会膨胀,遇冷则会收缩。物体在高温下膨胀的程度可能会超乎你的想象:支撑金门大桥的主钢缆在晴朗的白天要比在深夜长约5.2米。不同材料的尺寸变化有所不同。

因此,砌砖用的灰浆经过专门调配,凝固后呈现与砖块相同的物理特性,与砖块的抗压强度和热胀冷缩率完全一致。

接下来,我们试试将两块皮革黏合起来。与砖块不同,皮革拥有极高的韧性,因为使用时经常需要扭转和移动。灰浆不可能用在皮革上,因为它像石头一样硬,皮革在移动过程中很容易被撕裂,从黏合的灰浆上脱落。幸运的是,世界各地的制革工人拥有接触型胶。那是一种橡胶基的溶剂型胶,材料性能与皮革相近。如果你用接触型胶把两块皮革粘起来,就算皮革本身撕裂了,两者的连接处也会保持原样。

要选用性质与所黏合材料相近的胶,这听起来似乎显而易见。不过,很多人都不清楚这一点。所以说,如果你是第一次听到这个说法,也不用觉得不好意思。此外,还有其他更重要的事需要关注,尤其是弄清处理不同材料时该用哪种胶。例如,如果要将两种性质不同的东西(例如木材与玻璃,或是皮革与橡胶)粘起来,使用哪种胶就要根据经验、试验和老天的意思了。因为,你使用的胶水需要在两者的机械特性与材料特性之间取得平衡。

为了加以说明,我会举一个比较复杂的例子:玻璃与金属。

请想象一下将一块玻璃与金属黏合起来,然后在户外搁上一年。一年中的温差可能达到50~80摄氏度,甚至更多。在外界各种因素的影响下,玻璃和金属会随着温度的变化而膨胀收缩。就这两种材料本身而言,这并不是什么问题。问题在于,两者的热胀冷缩率不同。如果玻璃只膨胀了一点点,而金属膨胀很多,两者的表面就会发生摩擦。因此,用于截然不同材料上的胶水需要有一定的活动空间,足以保持二者的平衡,而不会受到任何一方的影响。

例如,给办公大楼装玻璃的时候,建筑业使用的工业胶黏剂不会完全像石头一样硬。它们会保持一定的韧性(凝固后摸起来有点儿像风干的口香糖),确保两侧的黏合强度一致。它们需要拥有这样的特性,因为从办公大楼上掉落玻璃会酿成一场灾难。汽车挡风玻璃用的也是类似的胶水。

对绝大多数创客来说,在作坊里造成的后果通常没那么可怕,但他们面对的情况是类似的:如果你用的胶水不合适,就可能面临结构失效的风险。这可能会毁掉黏合起来的零件,致使制造进度倒退无数步,超出你能够承受的范畴。

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