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 20  专注高分子材料

抗紫外线、抗黄变

谈谈影响胶粘剂粘接强度的物理因素

      影响胶粘剂粘接强度的因素很多,本文仅就常见的物理影响因素列举讨论。

      1、粘结基材的表面处理。对于一些比较难以粘结的材料,其表面处理尤为显得关键。如果被粘材料存在氧化层(如锈蚀)、镀铬层、磷化层、脱模剂等形成的“弱边界层”,被粘物的表面处理将直接影响粘接强度。如,聚乙烯表面可用热铬酸氧化处理而改善粘接强度,加热到70-80℃时处理1-5分钟,就会得到良好的粘接表面,这种方法也适用于聚乙烯板、厚壁管等。而聚乙烯薄膜用铬酸处理时,只能在常温下进行,或高温下采用等离子或微火焰处理;

      对天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶和氯丁橡胶表面用浓硫酸处理时,希望橡胶表面轻度氧化,故在涂酸后较短的时间,就要将硫酸彻底洗掉。过度的氧化处理反而在橡胶表面留下脆弱结构,不利于粘接。对硫化橡胶表面局部粘接时,在表面处理除去脱膜剂时,不宜采用大量溶剂洗涤,以免脱膜剂扩散到处理面上妨碍粘接。

      铝及铝合金的表面处理,希望铝表面生成氧化铝结晶,而自然氧化的铝表面是十分不规则的、相当疏松的氧化铝层,不利于粘接。所以,需要除去自然氧化铝层,但过度的氧化会在粘接接头中留下薄弱层。

       2、材料材料的表面粗糙度。当胶粘剂良好地浸润被粘材料表面时,粗糙的表面有利于提高胶粘剂液体对表面的浸润程度,增加胶粘剂与被粘材料的接触点密度,从而有利于提高粘接强度。反之,当胶粘剂对被粘材料浸润不良时(θ>90°),表面的粗糙化就不利于粘接强度的提高。

       3、渗透。已粘接的接头受环境因素的作用,常常容易被渗进一些其他低分子物资。例如,接头在潮湿环境或水下,水分子渗透入胶层;聚合物胶层在有机溶剂中,溶剂分子渗透入聚合物中。低分子的透入能使胶层变形,然后进入胶层与被粘物界面,使胶层强度降低,从而导致粘接破坏。渗透不仅从胶层边沿开始,对于多孔性被粘物,低分子物还可以从被粘物的空隙毛细管或裂缝中渗透到被粘物中,进而侵入到界面上,使接头出现缺陷乃至破坏。渗透不仅会导致接头的物理性能下降,而且由于低分子物的渗透使界面发生化学变化,生成不利于粘接的锈蚀区,使粘接失效。

        4、粘结时施工压力。在粘接施工时向粘接面施以压力,使胶粘剂更容易充满被粘体表面上的坑洞,甚至流入深孔和毛细管中,减少粘接缺陷。但对于黏度较小的胶粘剂,加压过度也会造成胶粘剂流淌,造成缺胶,这种情况下应等待胶粘剂稍稍干燥后,粘度变得较大时再施加合适的压力,这也能促使被粘材料表面上的气体逸出,减少粘接区的气孔。总之,对不同的胶粘剂应考虑施以不同的压力,一般对固体或高黏度的胶粘剂施高的压力,而对低黏度的胶粘剂施低的压力。

       对于粘稠或是固体的胶粘剂,在粘接时施加压力是必不可少的手段。在这种情况下,常常需要适当地升高温度,以降低胶粘剂的稠度或使胶粘剂液化。例如,绝缘层压板的制造、飞机旋翼的成型都是在加热加压下进行。

        5、迁移的因素。被粘材料如含有增塑剂,由于这些小分子物与聚合物大分子的相容性较差,容易从聚合物表层或界面上迁移出来。迁移出的小分子增塑剂如果聚集在界面上就会妨碍胶粘剂与被粘材料的粘接,造成粘接失效。

        6、施胶厚度。较厚的胶层易产生气泡、缺陷和早期断裂,因此应使胶层尽可能薄一些,以获得较高的粘接强度。另外,厚胶层在受热后的热膨胀在界面区所造成的热应力也较大,容易引起接头破坏。

        7、内应力,常见的有收缩应力和热应力。

       收缩应力是指当胶粘剂固化时,因挥发、冷却和化学反应而致使体积发生收缩而引起的收缩应力。当收缩应力超过粘附力时,表观粘接强度就要显著下降。此外,粘接端部或胶粘剂的空隙周围应力分布不均匀,也会产生应力集中,增加了裂口出现的可能。有结晶性的胶粘剂在固化时,因结晶而使体积收缩较大,也造成接头的内应力。如在其中加入一定量能结晶或改变结晶大小的橡胶态物质,那么就可以减少内应力,在热固性树脂胶中填加增韧剂就是这种应用之一。

      热应力是指在高温下,熔融的树脂冷却固化时会产生体积收缩,并在界面上由于粘接的约束而产生内应力。影响热应力的主要因素有热膨胀系数、室温和有机材料的Tg、弹性差量等。为了缓和因热膨胀系数差而引起的热应力,应使胶粘剂的热膨胀系数接近于被粘物的热膨胀系数。添加合适的填料是一种好办法,可添加该种材料的粉末或其它材料的纤维或粉末。

       当然提升胶粘剂与粘结材料的粘结强度方法也很多,除了注意消除上述物理影响因素外,胶粘剂配方中添加附着力促进剂是常用的方法之一。


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