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用膠指南
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影響膠粘劑粘接物理強度的物理因素
2017-04-17 閱讀[1950]

1.表面粗糙度

當膠粘劑良好地浸潤被粘材料表面時(接觸角θ<90°),表面的粗糙化有利于提高膠粘劑液體對表面的浸潤程度,增加膠粘劑與被粘材料的接觸點密度,從而有利于提高粘接強度。反之,當膠粘劑對被粘材料浸潤不良時(θ>90°),表面的粗糙化就不利于粘接強度的提高。

2.表面處理

粘接前的表面處理是粘接成功的關鍵,其目的是能獲得牢固耐久的接頭。由于被粘材料存在氧化層(如銹蝕)、鍍鉻層、磷化層、脫模劑等形成的“弱邊界層”,被粘物的表面處理將影響粘接強度。例如,聚乙烯表面可用熱鉻酸氧化處理而改善粘接強度,加熱到70-80℃時處理1-5分鐘,就會得到良好的可粘接表面,這種方法適用于聚乙烯板、厚壁管等。而聚乙烯薄膜用鉻酸處理時,只能在常溫下進行。如在上述溫度下進行,則薄膜的表面處理,采用等離子或微火焰處理。

對天然橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠和氯丁橡膠表面用濃硫酸處理時,希望橡膠表面輕度氧化,故在涂酸后較短的時間,就要將硫酸徹底洗掉。過度的氧化反而在橡膠表面留下更多的脆弱結構,不利于粘接。

對硫化橡膠表面局部粘接時,表面處理除去脫膜劑,不宜采用大量溶劑洗滌,以免不脫膜劑擴散到處理面上妨礙粘接。

鋁及鋁合金的表面處理,希望鋁表面生成氧化鋁結晶,而自然氧化的鋁表面是十分不規則的、相當疏松的氧化鋁層,不利于粘接。所以,需要除去自然氧化鋁層。但過度的氧化會在粘接接頭中留下薄弱層。

3.滲透

已粘接的接頭,受環境氣氛的作用,常常被滲進一些其他低分子。例如,接頭在潮濕環境或水下,水分子滲透入膠層;聚合物膠層在有機溶劑中,溶劑分子滲透入聚合物中。低分子的透入首先使膠層變形,然后進入膠層與被粘物界面。使膠層強度降低,從而導致粘接的破壞?

滲透不僅從膠層邊沿開始,對于多孔性被粘物,低分子物還可以從被粘物的空隙?毛細管或裂縫中滲透到被粘物中,進而侵入到界面上,使接頭出現缺陷乃至破壞?滲透不僅會導致接頭的物理性能下降,而且由于低分子物的滲透使界面發生化學變化,生成不利于粘接的銹蝕區,使粘接完全失效?

4.遷移

含有增塑劑被粘材料,由于這些小分子物與聚合物大分子的相容性較差,容易從聚合物表層或界面上遷移出來。遷移出的小分子若聚集在界面上就會妨礙膠粘劑與被粘材料的粘接,造成粘接失效。

5.壓力

在粘接時,向粘接面施以壓力,使膠粘劑更容易充滿被粘體表面上的坑洞,甚至流入深孔和毛細管中,減少粘接缺陷。對于黏度較小的膠粘劑,加壓時會過度地流淌,造成缺膠。因此,應待粘度較大時再施加壓力,也促使被粘體表面上的氣體逸出,減少粘接區的氣孔。

對于較稠的或固體的膠粘劑,在粘接時施加壓力是必不可少的手段。在這種情況下,常常需要適當地升高溫度,以降低膠粘劑的稠度或使膠粘劑液化。例如,絕緣層壓板的制造、飛機旋翼的成型都是在加熱加壓下進行。

為了獲得較高的粘接強度,對不同的膠粘劑應考慮施以不同的壓力。一般對固體或高黏度的膠粘劑施高的壓力,而對低黏度的膠粘劑施低的壓力?

6.膠層厚度

較厚的膠層易產生氣泡、缺陷和早期斷裂,因此應使膠層盡可能薄一些,以獲得較高的粘接強度。另外,厚膠層在受熱后的熱膨脹在界面區所造成的熱應力也較大,更容易引起接頭破壞。

在實際的接頭上作用的應力是復雜的,包括剪切應力?剝離應力和交變應力?

(1)切應力:由于偏心的張力作用,在粘接端頭出現應力集中,除剪切力外,還存在著與界面方向一致的拉伸力和與界面方向垂直的撕裂力。此時,接頭在剪切應力作用下,被粘物的厚度越大,接頭的強度則越大。

(2)剝離應力:被粘物為軟質材料時,將發生剝離應力的作用。這時,在界面上有拉伸應力和剪切應力作用,力集中于膠粘劑與被粘物的粘接界面上,因此接頭很容易破壞。由于剝離應力的破壞性很大,在設計時盡量避免采用會產生剝離應力的接頭方式。

(3)交變應力:在接頭上膠粘劑因交變應力而逐漸疲勞,在遠低于靜應力值的條件下破壞。強韌的、彈性的膠粘劑(如某些橡膠態膠粘劑)耐疲性能良好。

7.內應力

(1)收縮應力:當膠粘劑固化時,因揮發、冷卻和化學反應而體積發生收縮,引起收縮應力。當收縮力超過粘附力時,表觀粘接強度就要顯著降。此外,粘接端部或膠粘劑的空隙周圍應力分布不均勻,也產生應力集中,增加了裂口出現的可能。有結晶性的膠粘劑在固化時,因結晶而使體積收縮較大,也造成接頭的內應力。如在其中加入一定量能結晶或改變結晶大小的橡膠態物質,那么就可以減少內應力。在熱固性樹脂膠中加增韌劑是一個最好的說明。例如酚醛-縮醛膠,當縮醛含量低于40%時,接頭發生單純界面破壞;而在40%以上時則為內聚破壞,粘接強度明顯增強。

(2)熱應力:在高溫下,熔融的樹脂冷卻固化時,會產生體積收縮,在界面上由于粘接的約束而產生內應力。在分子鏈間有滑移的可能性時,則產生的內應力消失。

影響熱應力的主要因素有熱膨脹系數、室溫和Tg間的溫差以及彈性差量?

為了緩和因熱膨脹系數差而引起的熱應力,應使膠粘劑的熱膨脹系數接近于被粘物的熱膨脹系數,加填料是一種好辦法,可添加該種材料的粉末或其化材料的纖維或粉末。

來源:www.zs666.cn

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