電子行業(yè)用聚酯熱熔膠的制備及其性能研究*

伍金奎，唐舫成，汪加勝，趙建青，曾 鈁

（1.廣州鹿山新材料股份有限公司，廣東 廣州 510530，2.華南理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510640）

前 言

共聚酯熱熔膠[1～5]是由多元酸（酯）和多元醇經(jīng)過(guò)酯化反應(yīng)、酯交換反應(yīng)和縮聚反應(yīng)制得的飽和線型熱塑性樹(shù)脂，主要原料是二元羧酸（酯）和二元醇。由于聚酯分子鏈中含有大量的酯鍵、醚鍵等極性基團(tuán)，因而對(duì)織物、皮革、木材、塑料、陶瓷等非金屬和金屬材料均具有良好的粘接性。但是，國(guó)產(chǎn)的共聚酯熱熔膠存在結(jié)晶度高、浸潤(rùn)性差等缺點(diǎn)，只適用于服裝、地毯、車輛內(nèi)裝飾等低端產(chǎn)品，無(wú)法滿足電子產(chǎn)品粘接的要求。隨著電子產(chǎn)品的超薄化發(fā)展，熱熔膠接法逐漸取代了傳統(tǒng)螺釘固定用于電子產(chǎn)品外殼與內(nèi)部金屬部件的固定。

針對(duì)國(guó)產(chǎn)的共聚酯熱熔膠存在結(jié)晶度高、浸潤(rùn)性差等缺點(diǎn),不適合用于電子行業(yè)極性塑料與金屬粘接的現(xiàn)狀，本研究在廣州鹿山新材料股份有限公司的共聚酯結(jié)晶度控制技術(shù)的基礎(chǔ)上[6]，采用低Tg共聚酯，進(jìn)一步改進(jìn)了共聚酯熱熔膠的耐低溫性能，系統(tǒng)研究了電子行業(yè)用聚酯熱熔膠的綜合性能。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

共聚酯P1，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度13℃；共聚酯P2，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度-28℃；改性樹(shù)脂M，杜邦；復(fù)合增黏樹(shù)脂（改性松香/含酯基增黏樹(shù)脂復(fù)合物），市售；以上原料均為工業(yè)級(jí)。塑料基材為2mm厚的硬質(zhì)聚氯乙烯（PVC）、聚碳酸酯（PC）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、環(huán)氧玻璃纖維板（PCB)，金屬基材為鋁片（Al，0.2mm）、不銹鋼片（SS，0.08mm），均為市售。

1.2 試驗(yàn)儀器

電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，CMT4104，美斯特工業(yè)系統(tǒng)（中國(guó)）有限公司；平板硫化機(jī)，XLB-25T，廣州市飛力橡膠設(shè)備有限公司；恒定濕熱試驗(yàn)箱，HS-100，廣州工文試驗(yàn)設(shè)備有限公司；高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱，GDJS-100，廣州工文試驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.3 試驗(yàn)制備

樣品的制備：將45%共聚酯、25%改性樹(shù)脂M、30%復(fù)合增黏樹(shù)脂按一定比例混合均勻，利用雙螺桿擠出機(jī)160℃擠出造粒制得聚酯熱熔膠粒。

180°剝離測(cè)試樣品制備：膠粒用離型紙?jiān)?00℃平板硫化機(jī)壓成厚度為0.12mm的膠膜；將膠膜鋪在金屬基材上，在80℃用手輕輕壓平排除膠膜與金屬間的氣泡，使膠膜初步粘接到金屬基材上；撕掉膠膜上的離型紙，將塑料基材放到粘有金屬的膠膜面，然后在138℃、0.6MPa熱壓8s,冷卻后裁剪成25mm寬的樣品。

1.4 測(cè)試或表征

（1）180°剝離強(qiáng)度測(cè)試：按 GB/T 2790-1995測(cè)試，拉伸速度100mm/min。

（2）-5℃180°剝離強(qiáng)度測(cè)試：將粘接好的ABS/SS樣品放置在-5℃冰箱中1h，用鉗子夾住ABS，拉力計(jì)180°拉不銹鋼，緩慢拉開(kāi)樣品，平行測(cè)試3個(gè)樣品，計(jì)算平均值剝離強(qiáng)度。

（3）濕熱老化測(cè)試：將粘接好的ABS/SS樣品放入85℃、85%相對(duì)濕度的濕熱老化箱中，老化144h，室溫放置24h后測(cè)試樣品的180°剝離強(qiáng)度，平行測(cè)試5個(gè)樣品，計(jì)算平均值。

（4）高低溫循環(huán)老化測(cè)試：將粘接好的ABS/SS樣品放入高低溫循環(huán)老化箱中，設(shè)定升溫速度使溫度在2h從-20℃升高到60℃，然后使溫度在2h從60℃降低到-20℃，如此循環(huán)，老化72h，室溫放置24h后測(cè)試樣品的180°剝離強(qiáng)度，平行測(cè)試5個(gè)樣品，計(jì)算平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 共聚酯對(duì)膠剝離強(qiáng)度的影響

共聚酯分子中大量的極性基團(tuán)如酯鍵、醚鍵是聚酯熱熔膠具有廣泛粘接力的關(guān)鍵。表1對(duì)比了采用P1、P2兩種共聚酯對(duì)膠剝離強(qiáng)度和耐低溫性能的影響。從表中可知，兩種共聚酯得到熱熔膠在室溫下對(duì)ABS/SS的粘接力相差不大；但在-5℃的環(huán)境下差距明顯，以P1為原料的聚酯熱熔膠對(duì)ABS/SS的粘接力極小，能輕易用手拉開(kāi)，而以P2為原料的聚酯熱熔膠對(duì)ABS/SS的粘接力較大，用手無(wú)法拉開(kāi)。兩種原料表現(xiàn)出來(lái)的顯著差異主要與共聚酯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)。由于P1的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為13℃，在低溫下已經(jīng)處于玻璃態(tài)，膠變得非常脆；而P2的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為-28℃，在-5℃的環(huán)境中膠仍然處于橡膠態(tài)，所以粘接力基本不受影響。可見(jiàn)以玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為-28℃的P2為原料制得的熱熔膠具有更好的耐低溫性能，因此選擇P2為主要基體。

表1 共聚酯的種類對(duì)ABS/SS剝離強(qiáng)度的影響Table 1 The effectofpolyester typeson the peeling strength of ABS/SS

2.2 粘接溫度對(duì)膠剝離強(qiáng)度的影響

粘接溫度是影響粘接效果的最重要的因素之一。電子產(chǎn)品采用聚酯熱熔膠粘接塑料外殼和金屬部件時(shí)，需考慮塑料外殼的耐熱能力，ABS、PC等與金屬部件最常使用的粘接溫度范圍130～140℃。

圖1 粘接溫度對(duì)不同基材的180°剝離強(qiáng)度的影響，（a）PC/Al，（b）PCB/Al，（c）ABS/SSFig.1 The effect of adhesive temperate on the 180°peeling strength for differentmatrixes,（a）PC/Al,（b）PCB/Al,（c）ABS/SS

圖1考察了膠在不同溫度下復(fù)合PC/Al、PCB/Al、ABS/SS的剝離強(qiáng)度的影響。從圖中可以看出：隨著粘接溫度升高，其對(duì)不同基材的粘接強(qiáng)度均呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。當(dāng)粘接溫度不高于120℃時(shí)，該膠對(duì)不同基材的剝離強(qiáng)均低于100N/25mm；當(dāng)粘接溫度高于130℃時(shí)，其剝離強(qiáng)度顯著增大。粘接復(fù)合溫度主要影響膠對(duì)基材的浸潤(rùn)性和相互作用力。溫度過(guò)低時(shí)，膠的分子運(yùn)動(dòng)較緩慢，因此對(duì)基材的浸潤(rùn)性差，剝離強(qiáng)度低；在適宜的溫度下，膠能充分浸潤(rùn)基材，同時(shí)能與基材發(fā)生較強(qiáng)的相互作用力，粘接效果好。根據(jù)圖1的結(jié)果可得知，我公司產(chǎn)品對(duì)極性塑料和金屬的粘接具有較寬的復(fù)合溫度，在不低于130℃下復(fù)合均能得到良好的粘接效果，完全滿足電子產(chǎn)品復(fù)合的溫度工藝要求。這歸功于使用了適宜熔點(diǎn)共聚酯和適宜軟化點(diǎn)的增黏樹(shù)脂。

2.3 聚酯熱熔膠對(duì)不同基材的粘接效果

電子行業(yè)用聚酯熱熔膠要求對(duì)ABS、PC、PVC、PCB等極性塑料、金屬的粘接具有良好的粘接強(qiáng)度。表2列出了以P2為基材的聚酯熱熔膠對(duì)不同基材的180°剝離強(qiáng)度。從表2可知，聚酯熱熔膠對(duì)上述基材粘接的180°剝離強(qiáng)度均大于100N/25mm，而國(guó)外某產(chǎn)品相應(yīng)的剝離強(qiáng)度在60～76N/25mm。根據(jù)表中的測(cè)試結(jié)果可以得知，采用P2為基體的聚酯熱熔膠比國(guó)外某同類產(chǎn)品具有更高的粘接強(qiáng)度，完全可以代替國(guó)外產(chǎn)品用于電子行業(yè)。

表2 聚酯熱熔膠粘接不同基材的剝離強(qiáng)度Table 2 The peeling strength of polyester hotmeltadhesive for differentmatrixes

2.4 聚酯熱熔膠耐老化性能研究

電子產(chǎn)品使用環(huán)境的復(fù)雜性要求聚酯熱熔膠具有良好的耐老化性能。表3考察了以P2為基材的聚酯熱熔膠粘接ABS/SS在85℃、85%相對(duì)濕度的恒定濕熱試驗(yàn)箱老化144h后及經(jīng)過(guò)-20～60℃高低溫循環(huán)老化72h的180°剝離強(qiáng)度變化情況。從表3可知，聚酯熱熔膠分別在高溫高濕度、高低溫循環(huán)條件下老化后，膠對(duì)ABS/SS的剝離強(qiáng)度均有一定程度的提升，這主要與P2本身具有優(yōu)異耐老化性能有關(guān)?？梢?jiàn)，采用P2為主要基材的聚酯熱熔膠具有優(yōu)異的耐老化性能。

表3 濕熱老化和高低溫老化對(duì)膠的剝離強(qiáng)度的影響Table3 The effectof hydrothermal aging and high-low temperature aging on the peeling strength of the adhesive

2.5 聚酯熱熔膠粘接持久性研究

膠黏劑的粘接持久性將影響電子產(chǎn)品的使用壽命。圖2考察了聚酯熱熔膠粘接ABS/SS的持久性。隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，膠對(duì)ABS/SS的180°剝離強(qiáng)度逐漸升高，在90d后基本穩(wěn)定在～175N/25mm。相對(duì)于普通的共聚酯熱熔膠，本研究的聚酯熱熔膠具有良好的粘接持久性，這主要?dú)w因于改性樹(shù)脂M和復(fù)合增黏樹(shù)脂的共同作用，破壞了共聚酯的結(jié)晶，同時(shí)P2本身是一種低Tg、低結(jié)晶度的共聚酯。因此，以P2為原料的聚酯熱熔膠對(duì)極性塑料與金屬的粘接具有良好的持久性。

圖2 放置時(shí)間對(duì)聚酯熱熔膠180°剝離強(qiáng)度的影響Fig.2 The effect of storage time on the 180°peeling strength of polyester hotmelt adhesive

3 結(jié)論

（1）以P2為主要基體的聚酯熱熔膠膜，對(duì)常見(jiàn)的極性聚合物（ABS、PC、PVC等）與金屬具有良好的粘接效果。

（2）本研究的聚酯熱熔膠經(jīng)過(guò)高低溫循環(huán)老化、濕熱老化及放置實(shí)驗(yàn)后，仍然具有良好的粘接力，說(shuō)明其完全適用于手機(jī)、平板電腦等電子產(chǎn)品極性塑料與金屬件的粘接與組裝。

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