影響膠粘劑粘接耐久性的因素探究

朱俊杰 陳炳耀 李軍

摘 要：本文闡述了影響膠粘劑粘接耐久性的影響因素，主要從膠粘劑性能、環(huán)境因素、被粘物種類(lèi)、表面處理方法、粘接工藝、應(yīng)力等方面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

關(guān)鍵詞：膠粘劑性能；環(huán)境因素；被粘物種類(lèi)；表面處理方法；粘接工藝；應(yīng)力

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.025

0 引言

粘合的耐久性是指粘合構(gòu)件在粘合后可以正常使用的時(shí)間。隨著技術(shù)的進(jìn)步，粘接技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了更廣泛的應(yīng)用，因此，粘接的耐久性要求越來(lái)越高。在過(guò)去，飛機(jī)的有效壽命被認(rèn)為是15年，但現(xiàn)在巨型噴氣機(jī)的預(yù)期壽命就為30年。必須指出，結(jié)構(gòu)連接必須確保數(shù)十年的可靠性和有效性。因此，粘合的耐久性問(wèn)題引起了極大的關(guān)注，并且在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)探索了提高粘合耐久性的新方法。解決科學(xué)問(wèn)題，為結(jié)構(gòu)連接提供充分的粘接基礎(chǔ)。粘合的耐久性是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，它不僅與粘合劑的耐老化性有關(guān)，而且還受環(huán)境因素的影響。粘合結(jié)構(gòu)需要具有耐熱性，耐寒性，耐水性，耐光性，耐介質(zhì)性，耐候性等。特別是在苛刻條件下，可以保持粘合強(qiáng)度的穩(wěn)定性，使得結(jié)構(gòu)粘合可以具有更長(zhǎng)的使用壽命。這對(duì)粘接技術(shù)至關(guān)重要。

1 膠粘劑性能對(duì)粘接耐久性的影響

粘合劑的性質(zhì)，主要是粘合劑的抗老化性，對(duì)粘合結(jié)構(gòu)的耐久性具有很大影響。所謂的老化是指膠層的性能隨著時(shí)間的推移而劣化的現(xiàn)象，這表現(xiàn)在外觀(guān)的變化（變色，起皺，分層，膨脹，開(kāi)裂，硬而脆等），機(jī)械性能的變化（粘合強(qiáng)度降低，伸長(zhǎng)率降低等）。

粘合劑老化的基本原因是熱，光，氧，介質(zhì)等的作用，導(dǎo)致聚合物的大分子與大分子之間的價(jià)鍵之間的主要價(jià)鍵的破壞。氧化和水解是破壞化學(xué)老化中主要價(jià)鍵的兩種最重要的化學(xué)反應(yīng)類(lèi)型。由于構(gòu)成粘合劑的聚合物大分子具有弱鍵和低鍵能，因此它對(duì)特定介質(zhì)敏感以引起水解，氧化，消除等。通過(guò)溶劑或非溶劑介質(zhì)的作用破壞二級(jí)鍵的物理老化。增塑，溶脹，溶解，應(yīng)力開(kāi)裂，溶劑開(kāi)裂，軟化等導(dǎo)致橡膠層的外觀(guān)和物理和機(jī)械性能的劣化。

2 環(huán)境因素對(duì)粘接耐久性的影響

粘合部件必須在一定條件下使用，并受各種環(huán)境因素影響，如熱，光，氧，水，壓力等。它不僅使粘合劑本身老化，而且還破壞粘合界面。應(yīng)該澄清的是，粘合劑的耐老化性和粘合構(gòu)件的耐久性不是相同的概念并且不能混淆，并且粘合劑老化主要涉及粘合劑層的內(nèi)聚強(qiáng)度。如果在粘合過(guò)程中采取一些措施并產(chǎn)生良好的使用條件，則可獲得更好的耐久性。另外，相同粘合劑的耐老化性相同，但是當(dāng)在不同條件下使用時(shí)，粘合部分的耐久性非常不同。例如，環(huán)氧-尼龍粘合劑在干燥環(huán)境中具有高剝離強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。當(dāng)相對(duì)濕度為95%時(shí)，剪切強(qiáng)度在約2個(gè)月后從27.5MPa降低至6.9MPa。這表明所使用的條件因素引起粘合界面的變化，其對(duì)粘合耐久性的影響大于粘合劑本身的耐老化性。有時(shí)，界面的變化可以起決定性作用。通常，諸如熱，光和氧的因素主要影響粘合劑的抗老化性，而水，化學(xué)介質(zhì)，應(yīng)力等引起粘合界面的變化。關(guān)于粘合劑的耐老化性對(duì)粘合耐久性的影響前面已經(jīng)介紹了，現(xiàn)在主要描述水分和濕氣對(duì)粘合耐久性的影響。

水分和濕氣是常見(jiàn)的，并且實(shí)驗(yàn)表明水分對(duì)粘合界面具有很大的破壞作用，例如將鋼粘合到環(huán)氧-聚酰胺粘合劑上。在室溫下固化10天后，剪切強(qiáng)度為24.8MPa。界面上有明顯的銹跡。從上面可以看出，水分大大降低了粘合強(qiáng)度。水對(duì)鍵合界面的巨大影響是由于高極性，小體積，強(qiáng)穿透力，水分子擴(kuò)散，取代和水解。因?yàn)樗苋菀淄ㄟ^(guò)膠層浸透，擴(kuò)散并遷移到任何地方。當(dāng)粘合接頭浸入水中時(shí)，在粘合界面處積聚的水分子代替由粘合劑表面和被粘物形成的二次粘合。它還水解由粘合劑和界面形成的某些鍵。它還與氧氣起作用并使金屬表面生銹，形成弱邊界層。這些變化是不可逆的，單個(gè)或組合動(dòng)作的結(jié)果將導(dǎo)致界面在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的壓力之后被分離。降低粘接的耐久性。

3 被粘物種類(lèi)對(duì)粘接耐久性的影響

由于性質(zhì)的差異，不同類(lèi)型的粘附體在粘合后具有不同的耐久性。通常，具有高極性和親水性的材料（例如，金屬，玻璃等）比非極性疏水材料更通用（例如，塑料，橡膠等）在用相同的粘合劑粘合后具有更低的耐久性。實(shí)驗(yàn)表明，用氰基丙烯酸酯粘合劑粘合6個(gè)月后的剪切強(qiáng)度僅為前者的60%至70%。粘合低碳鋼時(shí)，在室溫下，泡水12個(gè)月自動(dòng)分離開(kāi)來(lái)。塑料和橡膠用相同的粘合劑粘合，表1列出了502粘合的不同粘附體的耐久性數(shù)據(jù)，以清楚地看到不同粘附體的耐久性差異。

從上面可以看出，粘合界面對(duì)粘合耐久性有很大影響。粘合橡膠和塑料的粘合表面使得水的侵入和破壞更加困難，與金屬的界面正好相反。水的長(zhǎng)期作用會(huì)水解502粘合劑，這會(huì)降低粘合強(qiáng)度，但水對(duì)界面的影響遠(yuǎn)大于對(duì)膠層本身的影響。

4 表面處理方法對(duì)粘接耐久性的影響

表面處理是通過(guò)機(jī)械，物理，化學(xué)等來(lái)清潔、粗糙和活化被粘物的表面，以改變表面性質(zhì)，從而促進(jìn)粘合劑的良好潤(rùn)濕性和牢固粘合。被粘物的表面性質(zhì)是影響粘合強(qiáng)度和耐久性的重要因素。

不同的表面處理方法對(duì)粘合的耐久性有很大影響。化學(xué)處理除去了粘合表面上的氧化膜，并提高了吸附能力和內(nèi)聚強(qiáng)度。噴砂后的粘合耐久性也大大提高，因?yàn)閲娚霸黾恿私饘俦砻娴拇植诔潭炔⒃黾恿四蜐裢感浴?/p>

5 粘接工藝對(duì)粘接耐久性的影響

粘合方法對(duì)耐久性的影響主要取決于固化溫度，這是反應(yīng)型粘合劑中最突出的。相同的粘合劑高溫固化比室溫固化更好，因?yàn)闊峁袒粌H提高了固化程度，另外，還可以與界面形成化學(xué)鍵，以使鍵合界面更強(qiáng)并且不易受各種介質(zhì)的攻擊。

6 應(yīng)力對(duì)粘接耐久性的影響

粘合部位都會(huì)受到一定的應(yīng)力，研究應(yīng)力對(duì)粘合耐久性的影響是可行的。包括外部和內(nèi)部應(yīng)力，應(yīng)力會(huì)削弱或破壞粘合界面處的粘合力并導(dǎo)致固有缺陷發(fā)展成裂縫。隨著時(shí)間的推移，薄弱環(huán)節(jié)就會(huì)發(fā)生損壞。

7 結(jié)語(yǔ)

在明確了粘接耐久性的一些影響因素之后，便能采取對(duì)應(yīng)的適當(dāng)措施有效地提高粘接的耐久性，使粘接技術(shù)更好地應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]李子?xùn)|，李廣宇，于敏.現(xiàn)代膠粘技術(shù)手冊(cè)[M].北京：新時(shí)代出版社，2002.

作者簡(jiǎn)介：朱俊杰（1993-），男，湖北仙桃人，本科，主要從事膠粘劑研究工作。