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固司令膠業丨一文解析影響膠粘劑強度變化的因素
【日期】 2020年9月14日   【瀏覽】 [847]

膠粘劑的粘接強度是評價膠粘劑質量的重要指標之一。粘接強度是指在外力作用下，使膠粘件中的膠粘劑與被粘物界面或其鄰近處發生破壞所需要的應力，粘接強度又稱為膠接強度。




膠粘劑粘接強度總是有變化，什么因素在搞小動作?

膠粘劑的強度變化有以下幾點原因：極性、分子量、分子形狀（側基多少及大小）、分子量分布、分子的結晶性、分子對環境的穩定性（轉變溫度和降解）以及膠粘劑和被粘體中其它組分性質PH值等。


1、極性
一般說來膠粘劑和被粘體分子的極性影響著粘接強度，但并不意味著這些分子極性的增加就一定會提高粘接強度。
從極性的角度出發為了提高粘接強度，與其改變膠粘劑和被粘體全部分子的極性，還不如改變界面區表面的極性。例如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯經等離子表面處理后，表面上產生了許多極性基團，如羥基、羰基或羧基等，從而顯著地提高了可粘接性。



2、分子量
聚合物的分子量（或聚合度）直接影響聚合物分子間的作用力，而分子間作用力的大小決定物質的熔點和沸點的高低，對于聚合物決定其玻璃化轉變溫度Tg和熔點Tm。所以聚合物無論是作為膠粘劑或者作為被粘體其分子量都影響著粘接強度。          
一般說來，分子量和粘接強度的關系僅限于無支鏈線型聚合物的情況，包括兩種類型。第一種類型在分子量全范圍內均發生膠粘劑的內聚破壞，這時，粘接強度隨分子量的增加而增加，但當分子量達到某一數值后則保持不變。第二種類型由于分子量不同破壞部分亦不同。這時，在小分子量范圍內發生內聚破壞，隨著分子量的增大粘接強度增大；當分子量達到某一數值后膠粘劑的內聚力同粘附力相等，則發生混合破壞；當分子量再進一步增大時，則內聚力超過粘附力，浸潤性不好，則發生界面破壞。結果使膠粘劑為某一分子量時的粘接強度為最大值。


3、側鏈
長鏈分子上的側基是決定聚合物性質的重要因素，從分子間作用力考慮，聚合物支鏈的影響是，當支鏈小時，增加支鏈長度，降低分子間作用力。當支鏈達到一定長度后，開始結晶，增加支鏈長度，提高分子間作用力，這應當是降低或提高粘接強度的原因。



4、PH值
對于某些膠粘劑，其PH值與膠粘劑的適用期，有較為密切的關系，影響到粘接強度和粘接壽命。一般強酸、強堿，特別是當酸堿對粘接材料有很大影響時，對粘接常是有害的，尤其是多孔的木材、紙張等纖維類材更容易受影響。  
由于像熱固性的酚醛樹脂和脲醛樹脂的固化過程受PH值的影響很大，常常要求酸度較大。例如，固化時在酚醛樹脂中加入對甲苯磺酸或磷酸，在脲醛樹脂中加入氯化銨或鹽酸。因此，在不希望酸度大又要粘接的場合，選用中性的間苯酚甲醛樹脂是適宜的。          

將木材表面預先用堿處理，一般可得到牢固的接頭。但還必須注意膠層的PH值，它對膠層比對被膠接表面更有影響。  


5、交聯
聚合物的內聚強度隨交聯密度的增加而增大，而當交聯密度過大時聚合物則變硬變脆，因而使聚合物耐沖擊強度降低。交聯聚合物的強度與交聯點數目和交聯分子的長度密切相關，隨著交聯點數目的增多，交聯間距的變短以及交聯分子長度的變短，交聯聚合物會變得又硬又脆。


6、溶劑和增塑劑
溶劑型膠粘劑的粘接強度當然要受膠層內殘留溶劑量的影響。溶劑量多時，雖浸潤性好，但由于膠粘劑內聚力變小，而使內聚強度降低。膠粘劑聚合物之間的親合力大時，隨著溶劑的揮發粘接強度增大。兩者之間無親合力時，殘留一些溶劑時膠粘劑的粘附性卻較大，隨著溶劑的揮發，強度反而下降。例如聚醋酸乙烯不能粘接聚乙烯，但加入少量溶劑后則可粘接。顯然，溶劑起了增加兩者間親合力的作用。 


     

增塑劑和溶劑的作用類似，有時即便在粘不上的情況下，加入適當的增塑劑也可粘上。當是，增塑劑也將隨著時間的推移或是揮發，或是向表面滲出，在增塑劑減少的同時粘接強度不斷下降。相反，有時被粘物內的增塑劑也會滲移到膠層里，使膠粘劑軟化而失去內聚粘接強度。或增塑劑聚集在界面上而使粘接界面分離。   


7、填料
在膠粘劑中配合填料有如下作用：
（1）增加膠粘劑的內聚強度；
（2）調節粘度或工藝性（例如觸變性）；
（3）提高耐熱性；
（4）調整熱膨脹系數或收縮性；
（5）增大間隙的可填充性；
（6）給予導電性；
（7）降低價格；
（8）改善其他性質。


8、結晶性
結晶度高的聚合物分子的縮聚狀態是有規則的，如果熔點不高，加熱結晶聚合物，將使結晶范圍內的有序的分子排列發生混亂，分子開始向熔融狀態過渡。因此，結晶度高的聚合物適宜作熱熔。


9、分解
在使用過程中，膠粘劑分解是使粘接強度降低成的重要因素，而使膠粘劑分解的原因有水、熱、輻照、酸、堿及其他化學物質。聚合物與水反應而分解稱水解。加熱常常又可能導致聚合物交聯，聚合物抗水解能力因其分子中化學鍵的不同而異。多數水溶性聚合物易于水解。不溶于水的聚合物水解就非常慢，而聚合物吸附水的能力對水解起著重要作用，聚合物水解也受結晶性和鏈的構象的明顯影響。由于微量的酸或堿可加速某些聚合物水解，聚酯類縮合樹脂與酸或堿接觸時，很容易水解。環氧樹脂的耐濕性根據固化劑的種類和使用環境不同而有明顯的不同，以聚酰胺固化的環氧樹脂因酰胺鍵水解而破壞；以多元酸酐固化的環氧樹脂因酯鍵的斷裂而解體；聚氨酯也常因酯鍵水解面破壞，而具有醚鍵、碳-碳鍵結構的聚合物，如酚醛樹脂、丁苯、丁腈橡膠，就不易水解，耐水性良好。 


聚合物加熱過度將引起下列變化：
（1）聚合物分子的分解；
（2）繼續交聯；
（3）可揮發和可遷移成分的逸出；這些過程的結果將導致膠粘劑內聚強度下降或界面作用力降低。   
聚合物在高溫下會發生降解和交聯的作用，降解使聚合物分子鏈斷裂，分子量下降，使聚合物強度降低，交聯使分子間形成新的化學鍵，分子量增加，聚合物強度上升。粘接接頭上聚合物不斷交聯將使聚合物發脆，接頭強度變壞。




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