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熱熔膠制品的抗剝離性能
2019-02-26 閱讀[1723]

  我們使用熱熔膠粘劑最重要的功能就是使兩個不同界面連接在一起達到我們所需要的功能。將兩個被粘物使用膠粘劑粘合后,在存放和使用的過程中會受到以下兩種類型的外力作用而被破壞:一是端部受到剝離應力的作用而翹起,甚至被撕開;二是受到持久的剪切應力作用而脫開。前一種破壞常常發生在膠粘劑的界面附近,主要受到膠粘劑與被粘物表面的范德華力的大小制約;后一種破壞常常發生在膠粘劑的內部,主要決定于膠粘劑本身的范德華力,也就是我們通常說得內聚力。前一種力我們通常用剝離強度的數值來表征它們,而后一種力我們用剪切蠕變的大小即持粘力的數值來表征它們。這里主要討論膠粘劑的抗剝離強度的測試方法、剝離強度的成因以及影響剝離強度數值的各種因數。

定義:

是指膠粘制品在適當的外力和足夠的時間進行粘合后與被粘物表面形成抵抗粘合界面分離的一種力。

一、剝離強度的測試方法

常用的有以下兩種測試方法:

1、180o和90o剝離測試

180o剝離測試方法最常見,剝離測試操作簡單方便,測試結果分散性小。由于剝離強度測試條件對測試結果影響很大,所以各國都已經制定了標準化的測試方法。美國的國家標準為ASTM D1000-66 和ASTM D3330M,美國的壓敏膠粘帶協會PSTC制定的測試標準為PSTC-1(單面膠帶)和PSTC-3(雙面膠帶)。歐洲制定的測試標準為AFERA4001。日本的國家標準為JIS ZO237-8。我國制定的180o剝離強度測試方法標準為GB2792-1998。各國的測試標準中所規定的測試條件和要求都不完全一致。為了促進世界各國之間膠粘制品的貿易和技術交流,世界上主要的幾個膠粘劑協會已經制定了180o剝離強度測試方法的國際標準。

2、T型剝離測試

主要用于非壓敏性的膠粘劑的剝離強度測試。我自己常用此法測試壓敏膠帶的初粘性。

二、剝離強度的成因

按照我自己的理解,非反應型壓敏膠制品的剝離強度是膠層與被粘物表面形成的范德華力所致,其最終強度值的大小是膠層與基材、被粘物共同所組成的復合材料的粘彈性相關,也就說最終測試出來的剝離強度值不僅和膠粘劑本身相關,也跟基材和被粘物有關。所以要用公式來計算一個膠粘制品的剝離強度值是非常困難的一件事情。世界上有不少學者用不同的理論和測試方法對剝離值進行計算和解析,并得到了一些理論公式。最終都無法準確的反應出膠對被粘物的粘合力。由此可知:剝離強度測試是一個非常復雜的過程;測試所得到的剝離強度值不僅僅是膠粘劑本身的剝離強度值,還受到測試過程中膠本身的拉伸變形和基材的變形等因素影響;還與他們的厚度以及測試條件,如剝離角度、剝離速度、測試溫度等有關。

三、剝離測試時的破壞類型

我們在做剝離測試時,往往非如我們所愿的那樣膠粘劑從被粘物表面很平滑的剝離開來,會發生很多種破壞類型。破壞類型不同,即使相同的測試結果所能表征的性能也會不一樣。一個粘合好的樣品在進行剝離測試時,有可能會出現以下六種類型破壞的一種:

1、界面粘合破壞

完全界面破壞發生的明顯標志是剝離破壞后膠粘制品與被粘物表面干凈地分離,沒有任何肉眼可以觀察到的殘膠留在被粘物表面上,也沒有任何肉眼觀察到的被粘物留在膠層表面。因此,只有發生完全的界面破壞時所測得的剝離值才能真正表征界面粘合力的大小。

2、膠粘劑層內聚破壞

若試驗時剝離破壞后被粘物表面和基材明顯地殘留一層膠粘劑就是內聚破壞。

3、基材-膠層界面破壞

測試剝離后膠粘劑層全部殘留在被粘物表面上而基材上沒有留下人很好肉眼可以觀察到的膠粘劑。

4、被粘物內聚破壞

測試剝離后破壞發生在被粘物內部。如常用的BOPP膠帶在封箱后進行剝離,破壞常常發生在紙箱內部即是內聚破壞。

5、基材內聚破壞

測試剝離后發生測試基材內部破壞。若測試泡棉膠帶時就常?;岱⑾峙菝薇舊矸⑸蘋?。

6、混合破壞

測試剝離后發生以上五種中任何兩種以上的破壞即是混合破壞。

不同用途的產品會有不同的要求破壞類型。如大部分的壓敏膠制品我們希望它發生完全的界面破壞,但是絕大多數的熱熔膠我們希望它發生被粘物內聚破壞等等。

四、影響剝離強度的因素

我們測試剝離強度時,所得到的值并不等于界面粘合力,因為除了界面粘合力外,它還受到其他因素的影響。

1、測試條件對剝離強度的影響

a、剝離角度的影響

大量的試驗研究數據表明,剝離測試時所采用的剝離角度對所測得的剝離強度值影響很大。剝離角度為0o時就說典型的拉伸剪切測試,所得到的值就是拉伸剪切強度。一般情況下,拉伸剪切強度要比剝離強度大許多,隨著剝離角度的增加,所得的剝離強度值逐步較小。最小值出現在120o-150o之間,,最大值出現在40o-60o之間。曹通遠博士在這方面做了不少工作,并為此發明了一臺可以測試不同角度剝離強度的剝離試驗機。我們通常使用180o做標準測試。

b、剝離速度的影響

測試時,不同的剝離速度會發生不同的破壞類型。剝離速度從慢到快,膠層從內聚破壞向界面破壞過渡,然后是一個相對平穩階段向“粘-滑”階段過渡。因此,各國在制定180o剝離強度測試標準時對剝離速度皆作了嚴格的規定,即300mm/min。這樣的速度正好處于平穩的剝離階段。

c、測試溫度的影響

從理論上來說,所有的熱熔膠都是一種粘彈體,符合時溫等效原理。在不同溫度下進行180o剝離強度測試時,不僅所測得的剝離強度值有很大的不同,而且破壞類型也會不一樣。膠粘劑的這種變化主要是有膠粘劑的粘彈性行為所決定的。因此,各國在制定180o剝離強度測試標準中,對溫度也作了嚴格的規定。一般是室溫23o±2。

d、其他測試條件的影響

除了剝離角度、剝離速度和測試溫度外,剝離強度測試中的其他條件,如試樣準備前被粘材料的表面除了情況,粘貼試樣的外加壓力大小,加壓的方式和時間,試樣制備后的放置時間、放置地點的溫度以及試樣制備、放置和測試時的環境濕度等,都對剝離強度測試結果又一定影響。曹通遠博士曾經對我說過,影響的因素有二十種之多。

五、膠粘劑本身對剝離強度的影響

1、膠層厚度對剝離強度的影響

2、膠粘劑本身的拉伸強度和彈性模量的影響

3、膠粘劑分子極性的影響

4、膠粘劑分子量和分子量分布的影響

六、被粘材料對剝離強度的影響

被粘材料對膠制品剝離強度的影響主要是由于它們的表面能和材料的粘彈性所引起的。膠粘劑對不同材料表面的被粘物表面浸潤能力不一樣,所產生的范德華力不同,所測得的剝離強度值當然也不一樣。對于熱熔壓敏膠制品,180o剝離強度出現最大值與最佳潤濕熱力學條件一致。這也直接說明了膠粘劑的粘合力主要來源于膠粘劑與被粘材料之間形成的范德華力。

其次,被粘材料表面的粗糙度對剝離強度也有明顯的影響。這是由于粗糙的表面增大了膠粘劑的接觸面積,也就意味著增大了范德華力。同時,粗糙表面容易形成機械錨固,而機械錨固的作用力主要取決于膠粘劑材料本身的范德華力,這種范德華力往往大于界面的范德華力。

除了表面能和表面的粗糙度外,材料本身的粘彈性對膠粘劑的剝離強度也有很大的影響。這也是不同溫度段膠粘制品測得剝離強度不一樣的原因之一。

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