影響粘膠劑加速老化及使用年限的因素
膠粘劑老化是指材料或者粘接頭隨著時間的推移而發(fā)生的性能的改變。影響膠粘劑老化的因素包括:機(jī)械應(yīng)力、溫度、輻射和介質(zhì)等。老化是由幾種因素共同作用引起的,但是這些影響因素很難被徹底測量和預(yù)測。膠粘劑本身含有的一些物質(zhì)也可能導(dǎo)致粘接性能的變化。除了受到各種不同的影響因素外,粘接中發(fā)生的老化的位置也會不同。老化可能發(fā)生在內(nèi)聚層、粘附層或者基材材料上。
1、溶劑對膠粘劑的影響
對于金屬基材粘接接頭與吸收水汽緊密相關(guān)的是基材的腐蝕?;牡母讓?dǎo)粘接接頭在短期內(nèi)快速失效,因此腐蝕也是很關(guān)鍵的方面。如: 鹽、酸、堿等不同溶劑環(huán)境。
另外濕氣也能滲透(擴(kuò)散)到已經(jīng)固化的膠層中,并被膠層吸收。這些被吸收的水分降低了膠的強度。因為水在高分子鏈之間扮演了潤滑劑的作用,使得分子鏈之間更容易滑動。水分滲透進(jìn)膠層的速度很低,但是持續(xù)性的。在40℃溫度下,水對于交聯(lián)結(jié)構(gòu)聚合物滲透速率大約為每個月幾個毫米。當(dāng)粘接接頭被干燥后,內(nèi)聚強度重新上升,但無法回到原先的水平。粘接接頭暴露于濕氣中產(chǎn)生的最大問題是降低了基材與膠粘劑之間的粘附力。水滲透進(jìn)入了粘接接頭后粘附力減弱。膠粘劑與基材粘附力減弱通常也是個緩慢的過程。
膠與基材表面形成的化學(xué)鍵比物理相互作用力的耐水性更好。一旦化學(xué)鍵遭到破壞,干燥后粘附力不能再恢復(fù)。防止粘接接頭不受水汽影響的最好辦法是遠(yuǎn)離水。如果無法達(dá)到,可將接頭密封起來。
2、環(huán)境對膠粘劑的影響
對化學(xué)反應(yīng)最主要的影響因素是溫度。溫度越高,越容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)且反應(yīng)速度越快。這樣的反應(yīng)通常會導(dǎo)致膠粘劑的性能發(fā)生變化。高溫條件下機(jī)械應(yīng)力對粘接接頭的破壞會大大加速,所以一般而言,隨著使用溫度的升高膠粘劑會加速老化速度。
輻射也是引起膠粘劑老化的影響因素之一,例如:太陽光中的紫外線。膠粘劑和塑料基材中的高分子鏈易受到輻射的破壞。特別是聚氨酯對紫外線是非常敏感的,所以膠粘劑長期在戶外暴曬會導(dǎo)致膠粘劑快速老化,發(fā)生脫膠、萎縮等情況。
3、機(jī)械應(yīng)力對膠粘劑的影響
膠粘劑粘接面可能處于下面幾種機(jī)械應(yīng)力:
A、剝離應(yīng)力
B、拉伸應(yīng)力
C、剪切應(yīng)力
D、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力
剝離應(yīng)力導(dǎo)致在粘接接頭處受到較高的線受力,該應(yīng)力遠(yuǎn)超過大多數(shù)膠黏劑的強度。當(dāng)進(jìn)行粘接接頭結(jié)構(gòu)設(shè)計時,必須確保避免粘接接頭承受這類剝離應(yīng)力。當(dāng)承受拉伸載荷時,作用力時垂直于粘接面的。力的傳遞穿過整個粘接面,原則上粘接接頭承受拉伸應(yīng)力是不存在問題的。拉伸應(yīng)力一般只在對接接頭中會碰到,對接接頭通常粘接面小,只能通過改變基材的厚度來增大粘接面積。由于通常情況下基材強度超過了膠的拉伸強度,因此充分利用基材強度的設(shè)計是不可能實現(xiàn)的。
粘接接頭承受的最佳應(yīng)力類型是剪切應(yīng)力,因為這種應(yīng)力是平行于粘接面的。剪切應(yīng)力存在于粘接的搭接接頭,通常具有足夠大的粘接面積。如果已有的粘接面積無法承受足夠的載荷,也可以相對容易地通過增加粘接面積來增加粘接承受的載荷。
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力類似于剪切應(yīng)力,粘接接頭對壓縮應(yīng)力部敏感。
隨著時間的延長,任何類型的機(jī)械應(yīng)力都會引起粘接接頭的老化,如:可能產(chǎn)生永久性的變形(蠕變)或者形成裂紋,從而加劇其他老化因素的影響。
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