制桶工艺学
第五章 卷边
第三节 封缝胶及其应用
5.3.1 封缝胶概述
一、封缝胶的作用
钢桶卷边与直缝焊接不同。直缝焊接是采用电阻加热，使金属熔化，加压后使钢板焊接成一整体，其密封性主要取决于焊接的本身质量。而钢桶卷边属于冷加工，即使卷边加工十分完美、卷合形状完全符合要求，也无法满足其密封要求。因为钢板之间结合再紧密，仍是有空隙的。因此，必须在卷合处加入一种具有一定弹性的物质，使其充填所有的钢板结合空隙，起到密封作用。
钢桶国家标准规定：桶身与桶顶、桶底的卷封按需要充填密封填料。密封填料采用密封性能好，与内装物相适应的耐热、耐候、耐久和具有抗溶性的材料。封缝胶的作用便是上述密封填料的作用。它能承受各种恶劣条件，尤其是在钢桶受损的情况下，具有较好的追随破坏变形的能力，能有效地防止钢桶内盛液体向外渗漏，起到良好的阻漏、阻渗作用。
二、封缝胶的密封机理
封缝胶的原始形态，一般是液体。但在使用后最终形态，由于配方、类型及基体高分子化合物本身性能各不相同，而具有不尽相同的各种形态。按其最终形态来分，有呈固态的干性固着型和干性剥离型；有呈粘稠状态的半干性粘弹型和不干性粘着型。各种类型的封缝胶，其密封机理也不尽相同，下面我们分别加以讨论。
干性固着型和干性剥离型封缝胶经喷涂干燥后，一般呈干性薄层或弹性固状皮膜。所以，它们在钢桶卷合处的形态与固体垫圈基本相似，因比，可用固体垫圈的密封机理来作近似的解释。对于干性剥离型还具有良好的粘弹性和受压下的回复性能，因此它还具有弹性垫圈的密封机理所表现的各种优点。
固体垫圈的密封机理很简单，它主要靠垫圈与两个接合面之间的紧密联接而形成密封圈。这种密密联接的形成，要求固体垫圄的硬度远小于两个接合面的硬度。从而在一定压力的作用下，使接合面上不平点压嵌入垫圈表面而形成致密联接的密封面。这种密封虽简单，但如果卷合处一旦受到冲击而变形，密封马上破坏，很不可靠。
对于半干性粘弹型和不干性粘着型封缝胶，由于在接合面之间的最终状态均是一种粘稠的物质，所以其密封机理介乎于弹性力学和流体力学之间。近年来，人们用流动能量理论来研究和探讨这类封缝胶的密封机理。这里我们只能作一个简单的介绍。
密封的封缝胶圈在接合面上承受内压而发生变形，变形的过程中，它不断吸收内压的能量，使内压产生的能量被消耗到不足以导致泄漏，从而保证了接合面的密封。这就是粘稠物质的密封机理，称为流动能量理论。
从这种理论出发，通过数学推导可知，接合面的密封性能与接合面的间隙、宽度以及接合圆周半径有关。接合面的间隙越小、宽度越宽、接合圆周半径越大，则密封性能越好，反之则密封性能变差。
对于钢桶来说，卷合处的间隙可由卷边滚压控制得极小；接合圆周半径， 即钢捅半径，相对也很大，接合宽度对于平卷边与圆卷边不相同，三重七层圆卷边要比二重五层平卷边宽得多，但均已具有足够的宽度。因此，只要在卷边时均匀地不遗漏地在接合面上喷涂封缝胶，又正确卷合成形，钢桶内压要达到使卷层内的封缝胶变形导致泄漏是非常困难的。也就是说，这薄薄的一层封缝胶完全足够起到密封的作用。但是，由于钢桶一般都是采用薄钢板制成，受到外力后，极易变形。有时变形太大，超出了密封填料所具有的密封能力，还将造成泄漏。所以，提高封缝胶的密封能力只是一个方面，而提高钢桶的刚性，改善钢桶的受力状态也是不可疏忽的重要因素。
三、封缝胶的种类和组成
1.封缝胶的分类
（1）按原材料划分。可分为树脂型、橡胶型、油改性型等。这种分类可方便地根据原材料的性能来推测它对接触介质的稳定性、耐热性及机械强度等理化性能。但是，常用的封缝胶大多是由多种材料配制而成的，因此单纯按材料分类是不全面的。
（2）按有无溶剂划分。可分为含有溶剂的溶剂型和不含溶剂的非溶剂型两大类。
（3）按适用范围及某种特性划分。可分为耐热型、耐寒型、耐油型、耐水型、耐溶剂型、耐化学药品型许多种类。
（4）按喷涂后成膜的状态划分。可分为干性固着型、干性剥离型、半干性粘弹型、不干性粘着型等种类。目前，这种分类方法最常用。其中半干性粘弹型介于干性与不干性之间，兼有两者的优点。一般这种封缝胶含有溶剂，喷涂后溶剂很快挥发，而形成的薄膜长期不硬，永久保持粘弹性，是钢桶封缝胶较为理想的一种选型。
2. 封缝胶的组成
封缝胶一般由基料、填充料、助剂和溶剂等组成。
（1）基料。基料是封缝胶最主要的组成部分，是由具有一定粘度的高分子物质充任。目前，广泛使用的基料，主要是高分子合成树脂和合成橡胶或一些天然高分子有机物。如表5-1所示。
表5-1 封缝胶的基料原材料
| 类别 |
品种 |
合成树脂 |
聚酰胺、醇酸、酚醛、聚脂、聚氨脂、有机硅、环氧、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、纤维素等 |
合成橡胶 |
氯丁、丁腈、氯磺化聚乙烯、聚异丁烯、聚硫、丁苯、乙丙、硅等 |
天然有机物 |
天然树脂、天然橡胶、松香、植物油等 |
（2）填充料。填充料的功能，主要是降低主体材料分子的活化性能，增加交联密度和弹性。通常可起到增加基料的粘度和变形性能，提高耐热、耐压等性能，减少封缝胶和接合面的热膨胀系数的差异，实现增强或补强的作用。
常用的填充料有铅白、锌钡白、滑石粉、硅藻土、炭黑、铅粉、铮粉等。
（3）助剂。主要是增塑剂， 其主要作用是增加基料的可塑性。选用的增塑剂必须是和基料相互可溶解的，因此要求增塑剂有适当的极性。一般采用具有中等程度极性的酯类作为增塑剂，常用的有酞酸二甲酯， 磷酸二乙酯、磷酸三苯酯等。
其它助剂、主要有防老化剂、防沉淀剂、催干剂、防结皮剂、稳定剂、增粘剂等，根据封缝胶的各种要求，选择加入即可。
（4）溶剂。其主要作用是溶解基料， 以改善施工操作条件，便于喷涂以及使封缝胶能充满细小的凹陷处和缝隙，以使接合面密封更可靠。常用的溶剂有甲醇、乙醚、丙酮、醋酸乙酯、氨水等。
四、封缝胶的特性
作为一种实用的良好的封缝胶必须具有以下特性：
（1）填充性好。能填充所有的凹陷处和缝隙，并对金属表面有良好的浸润性能。
（2）致密性好。在接合面间隙中，封缝胶本身是致密的和柔韧的，不易产生弹性疲劳现象。
（3）吻合性好。封缝胶与金属接合面有很好的粘附性，即使受到冲击和振动，仍能牢固地粘附在金属表面。
（4）连续性好。喷涂在金属接合面上的薄膜，必须是连续无间断的。
（5）稳定性好。封缝胶对金属表面不腐蚀，对被密封的介质不发生任何化学反应。
（6）适应性好。不因外界环境条件变化，如温度、湿度等而失去或降低其密封性能。
（7）工艺性好。能适应各种施工条件。
5.3.2 封缝胶的应用
一、封缝胶的选用
目前国内各地生产的封缝胶品种繁多，从国外也引进了不少品种。因此在实际应用时，必须根据具体情况合理地进行选择。既要达到预期的密封效果，又要考虑它的施工性能和经济性，需要统筹全面地考虑。一般在选用时，必须考虑以下几个方面：
（1）考虑接合面条件，如接合面形状、间隙大小等。
（2）考虑耐介质性能，主要与内盛物质有关。
（3）考虑适应性能，如耐热、耐候、耐压、耐振动等性能。
（4）考虑施工性能，如喷涂是否方便，干燥时间快慢，对人体是否有害等。
（5）考虑经济性，价格是否便宜，运输贮存是否方便等。
我国制桶行业过去一直沿用红糖骨胶作为钢桶的封缝胶，目前仍还有不少厂家在继续使用。这种原始的封缝胶已不能满足对钢桶日益提高的要求了，目前很多制桶厂家都在研究采用新型的封缝胶来替代原始的红糖骨胶。80年代初，从国外引进的封缝胶，经消化、吸收，现在已开始生产各种类型的国产封缝胶，并相继通过国家鉴定，在实际生产中得到应用和推广，取得了较好的效果。下面介绍几种有代表性的封缝胶，供选用时参考。
1. HWS-1封缝胶
这是由西安交通大学和中国石化销售公司金鸡公司共同研究开发的。
HWS-1型封缝胶，是以合成乳胶(XSBRL)为基料，加入多种填料和助剂制成的高固分水基密封材料。由于溶剂为水，故安全无毒，不污染环境，封缝胶为非易燃品，不腐蚀钢桶桶体。
产品固体含量64±2%，充填性能好，干燥时间短，可在室温下固化成膜。所成胶膜收缩性小，有弹性，伸长率和抗张强度都较高，具有较好的追随破坏形变的能力。成膜后接触溶剂不溶解、不破碎而略有溶眼，故堵漏性能好。胶膜毒无味，不污染钢桶内盛物质。
产品呈乳白色细腻粘稠胶状体，略有氨味。
2. 812#封缝胶
这是由天津包装研究分所研究开发的。
812#封缝胶是以聚乙烯醇缩醛溶液为基料，加入多种助剂而制成的密封材料。
这种封缝胶具有良好的耐候性能、耐化学性能及物理械性能。无毒、不霉、不腐，有较好的枯附性、弹性和成膜性，密封效果良好。
产品常温下为无色或微黄色粘稠胶状体，加热后呈透明流体。
3. “白鸳牌”封缝胶
这是由厦门市开元乳胶厂研究开发的。
“白鸳牌”封缝胶是以天然乳胶为主要材料，配以其它助剂生产的封缝胶。
产品呈灰白色或带微粉红色粘性液体，固体含量大于40%，胶液密度为0.95～1.00，pH值为10.5～11。
产品密封性能良好，无毒、不易燃、不污染，不易沉淀，便于运输，适用于部分化工产品钢桶的卷边密封。
除了上述几个比较成熟的产品外，全国各地已研制成功或正在研制的封缝胶，数不胜数，不一一介绍了。
二、封缝胶的使用方法
封缝胶的使用，通常可按下列几个步骤进行，即预处理——涂胶——干燥。
1.预处理
如果金属表面有油污、锈蚀、水或灰尘等，应去除干净，以便使封缝胶能浸润其整个表面，充分填充表面凹陷处，并和接合面牢固结合。否则密封性能就下降。
如果封缝胶为了喷涂方便等原因需要调整粘度，重新调配，则封缝胶的配制也必须事先完成。
2. 涂胶
封缝胶在金属接合面上的分布不是凭借扩散作用，而必须借助外力来涂布的。涂胶的方法可根据情况进行选择，可用刷子手工涂胶，也可用喷枪进行自动喷涂，喷枪涂胶，快而均匀，适合流水作业。在一般情况下，涂胶厚度为0.12～0.20mm。如果用条环状涂胶，厚度可达0.50～0.70mm。厚度太厚，不仅干燥时间长，而且多涂部分在卷边时会被挤出来，不但浪费，还会污染设备，缩短滚轮寿命，甚至影响卷边质量。
3. 干燥
封缝胶一般含有溶剂。有时为了施工方便，还要事先稀释调配，所以涂后必须进行干燥。一般要求干燥到不粘手或溶剂基本挥发后，再选行卷边。干燥时间与所用的封缝胶种类、溶剂以及涂胶厚度、周围环境温度与湿度，是敞开的还是封闭的等条件有关。
封缝胶必须在卷边后才能发挥其密封作用。卷边时还必须对卷层内的缝隙加以控制，通常层与层之间不应有间隙，中心空隙一般不大于钢板的厚度。缝隙超差，封缝胶的密封作用就会下降，甚至完全失效。
此外，有些封缝胶对某些金属敏感，在喷涂时，会造成管道、喷嘴及筛网等堵塞，因此这些部件须采用不锈钢制作。在生产过程中若发生故障暂停喷涂，需在喷嘴上涂以黄油，以防止溶剂挥发而造成封缝胶凝固，堵塞通道。
封缝胶都有一定的储存期，若保管不好或存放时间过长，就会变质，失去效用。因而，在使用前，必须检查封缝胶的出厂日期，贮存期限以及使用说明。
三、封缝胶的性能测试
封缝胶的性能测试通常分为三大类：
（1）物理化学性能测试。主要包括封缝胶的形态、比重、粘度、不挥发分、干燥时间、贮存期等。
（2）密封性能测试。主要包括封缝胶的耐高温、耐低温、耐压以及耐各种介质性能的测试。这些测试结果是选择封缝胶的主要依据。
（3）应用试验。由于封缝胶的实用性能与施工操作，制桶工艺，卷层间隙等有密切的关系。所以选用时，必须预先进行模拟试验或实际应用试验。
封缝胶通常需进行测试的常规项目有: （1）比重；（2）粘度；（3）不挥发分：指封缝胶中溶剂挥发后固状物的含量；（4）流动性；（5）热分解温度； （6）耐介质性；（7）耐压性。
