膠粘劑粘接強(qiáng)度影響因素的探究

朱俊杰，陳炳耀，李 軍

(1.廣東三和化工科技有限公司，廣東 中山 528429；2.廣東順德三和化工有限公司，廣東 佛山 528325)

膠粘劑，又名粘合劑，簡(jiǎn)稱(chēng)為膠，主要是通過(guò)界面的粘附和物質(zhì)的內(nèi)聚等作用，使多種材料連接在一起，并且具有一定強(qiáng)度的的一類(lèi)物質(zhì)的統(tǒng)稱(chēng)，它分為有機(jī)的、無(wú)機(jī)的、天然的、合成的。膠粘劑已經(jīng)普遍應(yīng)用于各行各業(yè)中，在生產(chǎn)生活中起到了非常重要的作用，成為了一種優(yōu)秀的、新型的連接材料。對(duì)于一種膠粘劑來(lái)說(shuō)，粘接強(qiáng)度的高低肯定是膠粘劑性能好壞的一個(gè)重要的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。那么影響膠粘劑粘接強(qiáng)度的因素有哪些呢？在除開(kāi)膠粘劑本身的性質(zhì)外，被粘物的性質(zhì)、粘接技術(shù)以及環(huán)境因素等都對(duì)其有著重要的影響。

本文主要探究粘接物表面粗糙程度(以下簡(jiǎn)稱(chēng)表面粗糙程度)、粘接物表面處理方法(以下簡(jiǎn)稱(chēng)表面處理方法)、固化溫度與時(shí)間、膠層厚度、固化壓力以及水分對(duì)膠粘劑粘接強(qiáng)度的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

甲苯、丁酮、硫酸、重鉻酸鈉均為分析純；蒸餾水、膠粘劑、不銹鋼試片。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

LJ-1000型拉力試驗(yàn)機(jī)，廣州市廣材試驗(yàn)儀器有限公司；恒溫防爆烘箱。

1.3 實(shí)驗(yàn)原則

參照GB/T16491-2008進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面粗糙程度對(duì)粘接強(qiáng)度的影響

正常來(lái)講，被粘物接觸面合適的粗糙化能夠增加粘接面積，可以不同程度的提升粘接強(qiáng)度。被粘物粘接面不同程度的粗糙對(duì)粘接強(qiáng)度的影響是不同的，見(jiàn)圖1。

如圖1所示，粘接面在粘接之前進(jìn)行一定程度的打磨或者噴砂都可以明顯提高粘接的強(qiáng)度。但需要知道的是并不是粘接面越粗糙越好，如果粗糙過(guò)度，反而會(huì)降低粘接的強(qiáng)度，這是因?yàn)檎辰用孢^(guò)于粗糙的情況下，會(huì)導(dǎo)致接觸不良，從而膠粘劑不能很好的濕潤(rùn)和滲透，很容易導(dǎo)致缺膠，繼而造成粘接強(qiáng)度的下降。同時(shí)包裹空氣也會(huì)因形成缺陷導(dǎo)致粘接強(qiáng)度下降，對(duì)于流動(dòng)性差的膠粘劑來(lái)說(shuō)會(huì)更加嚴(yán)重。

圖1 表面粗糙程度對(duì)粘接強(qiáng)度的影響

2.2 表面處理方法對(duì)粘接強(qiáng)度的影響

粘接物表面的處理方式也對(duì)粘接強(qiáng)度起著非常大的作用，其原因是由于粘接這一作用的形成是發(fā)生在粘接物表面的。在粘接之前對(duì)被粘物表面進(jìn)行適當(dāng)處理，對(duì)粘接強(qiáng)度的影響見(jiàn)表1環(huán)氧膠粘劑粘接經(jīng)各種方法處理鋼的剪切強(qiáng)度。

表1 被粘物表面處理對(duì)粘接強(qiáng)度的影響

由表1可見(jiàn)，被粘物表面經(jīng)過(guò)不一樣的處理方法之后，粘接強(qiáng)度也得到了不同程度的提升。粘接強(qiáng)度之所以會(huì)提升，是因?yàn)榻?jīng)過(guò)一系列的處理之后，把殘留在被粘物表面的油污、灰塵、水分、氧化膜等異物進(jìn)行了清理，從而使得膠粘劑與被粘物表面有了更好的接觸和充分的濕潤(rùn)，膠粘劑與被粘物表面被這些異物隔離的作用被減弱甚至消除，粘接強(qiáng)度自然而然得到了很大的提升。

2.3 固化溫度與時(shí)間對(duì)粘接強(qiáng)度的影響

固化溫度與固化時(shí)間也是影響粘接強(qiáng)度的兩個(gè)重要因素。一般而言，固化溫度的提升、固化時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)相對(duì)應(yīng)不同程度提升粘接強(qiáng)度。溫度太低，會(huì)固化不足或者不固化，這樣一來(lái)粘接強(qiáng)度必然不會(huì)高。但也不能太高，過(guò)高的溫度會(huì)影響膠粘劑中相應(yīng)成分的性能，更有甚者可能導(dǎo)致膠層變脆，出現(xiàn)過(guò)固化的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致粘接強(qiáng)度的大幅度下降。

固化這一過(guò)程必然是需要一定的時(shí)間才能完成的。如果固化的時(shí)間不足，就會(huì)導(dǎo)致固化不完全，粘接強(qiáng)度也肯定不會(huì)高。但是也并非隨時(shí)間延長(zhǎng)粘接強(qiáng)度無(wú)限制升高，都會(huì)在某一時(shí)期達(dá)到最大值(見(jiàn)圖2)。

另外一個(gè)需要注意的是，提升固化溫度可以適當(dāng)?shù)臏p少達(dá)到最大粘接強(qiáng)度所需要的固化時(shí)間，但如果是低于了達(dá)到最大效果所需要的特定的固化溫度，則無(wú)論怎么延長(zhǎng)固化時(shí)間也無(wú)法達(dá)到最大效果。

圖2 固化溫度與時(shí)間對(duì)剪切強(qiáng)度的影響

2.4 膠層厚度對(duì)粘接強(qiáng)度的影響

圖3 膠層厚度對(duì)剪切強(qiáng)度的影響

粘接的質(zhì)量也與涂膠的厚度有著密切的聯(lián)系，可能有的人會(huì)認(rèn)為涂的膠越多，膠層越厚，粘接的強(qiáng)度就會(huì)越高，其實(shí)不然，而且恰恰相反。薄一點(diǎn)的膠層變形所需要的應(yīng)力會(huì)比較大，不會(huì)輕易產(chǎn)生流動(dòng)和蠕變，界面內(nèi)應(yīng)力越小，就越降低了產(chǎn)生氣孔和缺陷的幾率。一般膠粘劑的粘接強(qiáng)度都隨膠層厚度的增加而降低(見(jiàn)圖3)。當(dāng)然，膠層也不能過(guò)薄，這樣很有可能會(huì)導(dǎo)致容易缺膠或者膠層不連續(xù)，同樣也會(huì)降低其剛度和強(qiáng)度。

2.5 固化壓力對(duì)粘接強(qiáng)度的影響

在固化時(shí)適當(dāng)?shù)慕o予壓力，能夠使得膠粘劑與被粘物表面充分接觸、濕潤(rùn)，讓氣體更好的擴(kuò)散、滲透和排出，獲得均勻密集的膠層。在一定的范圍內(nèi)，壓力的增加會(huì)提升粘接強(qiáng)度，壓力過(guò)大時(shí)，也有可能導(dǎo)致膠被擠出過(guò)多，造成缺膠，影響粘接強(qiáng)度。

2.6 水分對(duì)粘接強(qiáng)度的影響

水分無(wú)疑是一個(gè)非常重要的影響因素了，同時(shí)又不可避免的存在。比如空氣中的水分、填料中的水分等。通常都很難完全去除，同時(shí)膠層也可以讓水分滲透，這就導(dǎo)致其破壞了粘接界面的相互作用，粘接強(qiáng)度急劇下降。我們?cè)谶M(jìn)行粘接過(guò)程時(shí)應(yīng)盡量保證周?chē)h(huán)境的干燥。

3 結(jié)論

(1)為了保證良好的粘接強(qiáng)度，在粘接之前表面都要進(jìn)行打磨或噴砂；

(2)被粘物表面需清洗干凈，才能獲得更好的粘接效果；

(3)適當(dāng)?shù)纳吖袒瘻囟?、延長(zhǎng)固化時(shí)間有利于粘接強(qiáng)度的增加；

(4)均勻且薄的涂膠，而且保證不缺膠的情況下，可以得到更高的粘接強(qiáng)度

(5)固化時(shí)施以適當(dāng)?shù)膲毫稍黾诱辰訌?qiáng)度；

(6)干燥的粘接環(huán)境是保證粘接強(qiáng)度的重要因素。