SBS/EVA熱熔膠的制備及性能

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(1.武漢理工大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 430070； 2.中國電力科學研究院武漢分院，湖北 武漢 430074)

1 前 言

熱熔膠是由基體樹脂、增粘樹脂、粘度調節劑、抗氧劑和無機填料等成分通過高溫熔融制得的無溶劑固體狀粘合劑[1]。其中，由于乙烯與EVA熱熔膠具有優良的耐候性、無毒、無污染、制備方法簡便而被譽為環保膠粘劑[2]。EVA熱熔膠廣泛應用于書籍無線裝訂、家具封邊、制鞋及日常用品的粘接[3]。但是，EVA熱熔膠存在著粘接強度不高，力學性能不好，耐高低溫性能差等缺點，嚴重限制了它的應用范圍。

通過EVA與其他聚合物共混[4]成為研制性能優良熱熔膠的熱點之一。張榮軍、律微波、孟憲鐸等[5]將端羥基熱塑性聚氨酯樹脂與EVA熱熔膠共混，提高了EVA熱熔膠的初期強度、耐高低溫性能。張萬喜、張長春[6]通過將 EVA 與聚酰胺共混，研制出了一種適用于電子器件粘結的耐高溫熱熔膠。任天斌、王永濤等[7]采用改性淀粉與EVA共混，得到了一種成本較低的EVA熱熔膠。

SBS熱塑性彈性體是苯乙烯與丁二烯的嵌段共聚物，在常溫下具有橡膠的特性，加熱后又可以熔融流動[8-9]。SBS具有優良的拉伸強度，屈撓和回彈性好，與很多橡膠、樹脂和添加劑都有較好的相容性，向EVA熱熔膠加入SBS將會有利于改善EVA熱熔膠的粘接性能和力學性能[10-11]。

本文擬將SBS、EVA樹脂、氫化C5石油樹脂、石蠟、填料及抗氧劑共混制備一種新型SBS/EVA熱熔膠。應用單因素考察法(在考察單一組分對材料性能影響時，固定其它組份的加入量不變)研究SBS的含量對熱熔膠的軟化點、剝離強度和拉伸強度的影響，并采用SEM分析SBS的加入對熱熔膠微觀形態和斷層形貌的影響。

2 實驗部分

2.1 原料與設備

實驗使用的EVA樹脂為工業級，型號為220，其中VA含量為28%；使用的SBS為工業級，型號為YH-792；切片石蠟為分析純；氫化C5石油樹脂，納米碳酸鈣和抗氧劑1010都為工業級。

實驗使用的轉矩流變儀型號為XSS-300；熱壓機型號為R-3201；沖片機型號為MZ-4102；微機控制電子萬能試驗機型號為RGM-30A；多功能電腦全自動軟化點儀型號為DF-13；場發射掃描電鏡型號為ULTRA PLUS-43-13。

2.2 樣品制備與性能測試

2.2.1SBS/EVA熱熔膠的制備 將轉矩流變儀升溫至一定的溫度，將EVA樹脂、SBS彈性體、氫化C5石油樹脂、石蠟、納米碳酸鈣、抗氧劑1010按一定的比例加入到流變儀中，共混一定的時間，得到均勻粘稠狀的SBS/EVA熱熔膠并測定其軟化點。

2.2.2剝離強度測試用樣品的制備 將熱熔膠在160℃的熱壓機中壓制成1mm厚的膠片，裁剪成25×150mm，將裁剪好的膠片放在兩塊鋁片之間(25×200mm)，在熱壓機上熱壓2min，溫度160℃，壓力為4MPa。冷卻后將兩塊鋁片未粘膠的50mm部分都折成直角，與粘膠的150mm部分構成一個T型。在試驗條件下放置24h以上，進行T型剝離強度測試。

2.2.3拉伸強度測試用樣品的制備 將熱熔膠在160℃的熱壓機中壓制成2mm厚的膠片，利用沖片機將膠片裁剪成啞鈴狀的試樣。在試驗條件下放置24h以上，進行拉伸強度測試。

2.2.4掃描電鏡測試用樣品的制備 將熱熔膠在160℃的熱壓機中壓制成3mm厚的膠條，將膠條在液氮中冷凍淬斷，經干燥噴金處理，使用掃描電鏡觀察分析斷面形貌。

2.3 性能測試標準

環球軟化點按GB/T 15332-1994標準進行測定；剝離強度按GB/T 2791-1995標準進行測定；拉伸強度按GB/T 528-2009標準進行測定。

3 結果與討論

3.1 SBS含量對熱熔膠軟化點的影響

從圖1可見，隨著SBS的加入，軟化點逐漸上升，當SBS加入量達到10%時，軟化點迅速增加。出現這種現象，主要是因為SBS平均分子量大，大分子鏈段的運動比較困難，當其相對含量增加時，會使膠體的流動性降低[12]，導致熔融溫度增加，從而使軟化點升高。但當SBS的含量繼續增加達到一 定的量后，SBS末端的聚苯乙烯嵌段聚集成玻璃態微區，對聚丁二烯鏈段起到了物理交聯的作用，導致軟化點急劇升高；隨著SBS的加入量繼續增大，鏈段運動更加困難，軟化點繼續升高。

圖1 SBS含量對熱熔膠軟化點的影響Fig.1 Effects of the content of SBS on the softening point of hot-melt adhesive

3.2 SBS含量對熱熔膠剝離強度的影響

從圖2可見，隨著SBS的加入，熱熔膠的剝離強度先逐漸上升后大幅下降，這可能是由于SBS分子之間的物理交聯使熱熔膠的內聚強度增加，導致剝離強度上升。而當加入量達到25%后，剝離強度發生了較大幅度的下降，這是因為影響熱熔膠粘接性能的主要因素是EVA和氫化C5石油樹脂含量，當SBS加入量過高后，內聚強度增加所帶來的剝離強度上升，已經不足以彌補EVA和氫化C5石油樹脂含量過低而導致整體剝離強度的下降。但是由于SBS具有優異拉伸性能，屈撓和回彈性好，永久變形小，在不影響熱熔膠粘接性能的情況下，加入適量的SBS對熱熔膠性能有較大的提升作用，實驗結果表明SBS最優加入量為25%。

圖2 SBS含量對剝離強度的影響Fig.2 Effects of the content of SBS on the peeling strength of hot-melt adhesive

3.3 SBS含量對熱熔膠破壞狀態的影響

SBS含量對熱熔膠破壞狀態的影響如表1所示。可見，當SBS含量在10%以下時，破壞狀態均為內聚破壞，此時的內聚力小于粘附力。當SBS含量為15%時，此時的破壞狀態為混合破壞，即一部分膠層是內聚破壞，另一部分膠層是界面破壞。當SBS含量大于20%時，破壞狀態均為界面破壞，此時內聚力大于粘附力。可見，隨著SBS含量的提高，熱熔膠的內聚強度逐漸上升。由于最理想的膠接狀態是膠的內聚力大于膠與被粘材料界面的粘附力[13]，所以選擇SBS的含量在20%以上。

表1 SBS的含量對熱熔膠破壞狀態的影響Table 1 Effects of the content of SBS on the failure state of the hot-melt adhesive

3.4 SBS含量對熱熔膠拉伸強度的影響

SBS對熱熔膠拉伸強度的影響如圖3所示。SBS的加入可以大幅提高熱熔膠的拉伸性能，隨著SBS含量的提高，拉伸強度逐漸增大。出現這種結果可能是因為SBS物理交聯作用使得SBS具有較好的拉伸性能，SBS拉伸強度可達24MPa，其中的聚乙二烯鏈段又與EVA中乙烯鏈段結構相似，具有一定的相容性，產生了協同作用[14]，導致熱熔膠體系的拉伸性能提升，因此拉伸強度隨著SBS含量的提高而逐漸增大。

圖3 SBS含量對熱熔膠拉伸強度的影響Fig.3 Effects of the content of SBS on the Tensile strength of hot-melt adhesive

3.5 EVA熱熔膠和SBS/EVA熱熔膠的微觀形貌分析

圖4(a)是未加SBS彈性體的熱熔膠的微觀形貌，其中由于氫化C5石油樹脂分子中缺少極性基團，與極性的EVA樹脂難以充分互溶，呈現兩相分離的結構。圖4(b)則是SBS含量為25%的SBS/EVA熱熔膠的微觀形貌，根據“相似相溶”的原則[15]，非極性的氫化C5石油樹脂溶于非極性SBS大分子鏈中，與EVA樹脂部分相容，形成了兩相分離結構。說明加入SBS后熱熔膠的相容性沒有產生變化。

圖4 EVA熱熔膠和SBS/EVA熱熔膠的微觀形貌圖(a) 0%SBS； (b) 25%SBSFig.4 Micrographs of EVA hot-melt adhesive and SBS/EVA hot-melt adhesive (a) 0%SBS; (b) 25%SBS

3.6 EVA熱熔膠與SBS/EVA熱熔膠的淬斷口形貌分析

圖5呈現了EVA熱熔膠和SBS/EVA熱熔膠的斷口形貌。其中(a)圖顯示的是未加SBS彈性體的EVA熱熔膠的斷口圖片，從圖中可見，斷面凹凸不平，為脆性斷裂；(b)圖則是SBS含量為25%的SBS/EVA熱熔膠的斷口，從圖中可見斷面相對光滑，且出現了明顯的剪切帶，為韌性斷裂[16]，說明加入SBS彈性體后，熱熔膠的韌性得到了改善。

圖5 EVA熱熔膠和SBS/EVA熱熔膠的淬斷口形貌照片(a) 0%SBS; (b) 25%SBSFig.5 Fracture images of EVA hot-melt adhesive and SBS/EVA hot-melt adhesive (a) 0%SBS; (b) 25%SBS

4 結 論

將SBS加入到EVA熱熔膠中，其軟化點隨著SBS加入量的提高而逐漸增大，剝離強度隨著SBS含量的提高，先增加后降低，實驗表明SBS的最大加入量為25%。拉伸強度隨SBS含量的提高不斷增加，說明加入SBS使熱熔膠的拉伸性能得到了改善。在EVA熱熔膠中加入適量的SBS，粘接性能和力學性能都得到了較大提高，這對EVA熱熔膠的改性研究、擴大其應用范圍具有重要意義。