影响胶粘剂粘接耐久性的因素探究

    朱俊杰 陈炳耀 李军

    摘 要：本文阐述了影响胶粘剂粘接耐久性的影响因素，主要从胶粘剂性能、环境因素、被粘物种类、表面处理方法、粘接工艺、应力等方面进行了详细的介绍。

    关键词：胶粘剂性能；环境因素；被粘物种类；表面处理方法；粘接工艺；应力

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

    0 引言

    粘合的耐久性是指粘合构件在粘合后可以正常使用的时间。随着技术的进步，粘接技术在各个领域得到了更广泛的应用，因此，粘接的耐久性要求越来越高。在过去，飞机的有效寿命被认为是15年，但现在巨型喷气机的预期寿命就为30年。必须指出，结构连接必须确保数十年的可靠性和有效性。因此，粘合的耐久性问题引起了极大的关注，并且在国内外已经探索了提高粘合耐久性的新方法。解决科学问题，为结构连接提供充分的粘接基础。粘合的耐久性是一个非常复杂的问题，它不仅与粘合剂的耐老化性有关，而且还受环境因素的影响。粘合结构需要具有耐热性，耐寒性，耐水性，耐光性，耐介质性，耐候性等。特别是在苛刻条件下，可以保持粘合强度的稳定性，使得结构粘合可以具有更长的使用寿命。这对粘接技术至关重要。

    1 胶粘剂性能对粘接耐久性的影响

    粘合剂的性质，主要是粘合剂的抗老化性，对粘合结构的耐久性具有很大影响。所谓的老化是指胶层的性能随着时间的推移而劣化的现象，这表现在外观的变化（变色，起皱，分层，膨胀，开裂，硬而脆等），机械性能的变化（粘合强度降低，伸长率降低等）。

    粘合剂老化的基本原因是热，光，氧，介质等的作用，导致聚合物的大分子与大分子之间的价键之间的主要价键的破坏。氧化和水解是破坏化学老化中主要价键的两种最重要的化学反应类型。由于构成粘合剂的聚合物大分子具有弱键和低键能，因此它对特定介质敏感以引起水解，氧化，消除等。通过溶剂或非溶剂介质的作用破坏二级键的物理老化。增塑，溶胀，溶解，应力开裂，溶剂开裂，软化等导致橡胶层的外观和物理和机械性能的劣化。

    2 环境因素对粘接耐久性的影响

    粘合部件必须在一定条件下使用，并受各种环境因素影响，如热，光，氧，水，压力等。它不仅使粘合剂本身老化，而且还破坏粘合界面。应该澄清的是，粘合剂的耐老化性和粘合构件的耐久性不是相同的概念并且不能混淆，并且粘合剂老化主要涉及粘合剂层的内聚强度。如果在粘合过程中采取一些措施并产生良好的使用条件，则可获得更好的耐久性。另外，相同粘合剂的耐老化性相同，但是当在不同条件下使用时，粘合部分的耐久性非常不同。例如，环氧-尼龙粘合剂在干燥环境中具有高剥离强度和剪切强度。当相对湿度为95%时，剪切强度在约2个月后从27.5MPa降低至6.9MPa。这表明所使用的条件因素引起粘合界面的变化，其对粘合耐久性的影响大于粘合剂本身的耐老化性。有时，界面的变化可以起决定性作用。通常，诸如热，光和氧的因素主要影响粘合剂的抗老化性，而水，化学介质，应力等引起粘合界面的变化。关于粘合剂的耐老化性对粘合耐久性的影响前面已经介绍了，现在主要描述水分和湿气对粘合耐久性的影响。

    水分和湿气是常见的，并且实验表明水分对粘合界面具有很大的破坏作用，例如将钢粘合到环氧-聚酰胺粘合剂上。在室温下固化10天后，剪切强度为24.8MPa。界面上有明显的锈迹。从上面可以看出，水分大大降低了粘合强度。水对键合界面的巨大影响是由于高极性，小体积，强穿透力，水分子扩散，取代和水解。因为它很容易通过胶层浸透，扩散并迁移到任何地方。当粘合接头浸入水中时，在粘合界面处积聚的水分子代替由粘合剂表面和被粘物形成的二次粘合。它还水解由粘合剂和界面形成的某些键。它还与氧气起作用并使金属表面生锈，形成弱边界层。这些变化是不可逆的，单个或组合动作的结果将导致界面在经过长时间的压力之后被分离。降低粘接的耐久性。

    3 被粘物种类对粘接耐久性的影响

    由于性质的差异，不同类型的粘附体在粘合后具有不同的耐久性。通常，具有高极性和亲水性的材料（例如，金属，玻璃等）比非极性疏水材料更通用（例如，塑料，橡胶等）在用相同的粘合剂粘合后具有更低的耐久性。实验表明，用氰基丙烯酸酯粘合剂粘合6个月后的剪切强度仅为前者的60%至70%。粘合低碳钢时，在室温下，泡水12个月自动分离开来。塑料和橡胶用相同的粘合剂粘合，表1列出了502粘合的不同粘附体的耐久性数据，以清楚地看到不同粘附体的耐久性差异。

    从上面可以看出，粘合界面对粘合耐久性有很大影响。粘合橡胶和塑料的粘合表面使得水的侵入和破坏更加困难，与金属的界面正好相反。水的长期作用会水解502粘合剂，这会降低粘合强度，但水对界面的影响远大于对胶层本身的影响。

    4 表面處理方法对粘接耐久性的影响

    表面处理是通过机械，物理，化学等来清洁、粗糙和活化被粘物的表面，以改变表面性质，从而促进粘合剂的良好润湿性和牢固粘合。被粘物的表面性质是影响粘合强度和耐久性的重要因素。

    不同的表面处理方法对粘合的耐久性有很大影响。化学处理除去了粘合表面上的氧化膜，并提高了吸附能力和内聚强度。喷砂后的粘合耐久性也大大提高，因为喷砂增加了金属表面的粗糙程度并增加了耐湿透性。

    5 粘接工艺对粘接耐久性的影响

    粘合方法对耐久性的影响主要取决于固化温度，这是反应型粘合剂中最突出的。相同的粘合剂高温固化比室温固化更好，因为热固化不仅提高了固化程度，另外，还可以与界面形成化学键，以使键合界面更强并且不易受各种介质的攻击。

    6 应力对粘接耐久性的影响

    粘合部位都会受到一定的应力，研究应力对粘合耐久性的影响是可行的。包括外部和内部应力，应力会削弱或破坏粘合界面处的粘合力并导致固有缺陷发展成裂缝。随着时间的推移，薄弱环节就会发生损坏。

    7 结语

    在明确了粘接耐久性的一些影响因素之后，便能采取对应的适当措施有效地提高粘接的耐久性，使粘接技术更好地应用。

    参考文献：

    [1]李子东，李广宇，于敏.现代胶粘技术手册[M].北京：新时代出版社，2002.

    作者简介：朱俊杰（1993-），男，湖北仙桃人，本科，主要从事胶粘剂研究工作。