影響膠粘劑粘接耐久性的因素探究

朱俊杰 陳炳耀 李軍

摘 要：本文闡述了影響膠粘劑粘接耐久性的影響因素，主要從膠粘劑性能、環境因素、被粘物種類、表面處理方法、粘接工藝、應力等方面進行了詳細的介紹。

關鍵詞：膠粘劑性能；環境因素；被粘物種類；表面處理方法；粘接工藝；應力

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

0 引言

粘合的耐久性是指粘合構件在粘合后可以正常使用的時間。隨著技術的進步，粘接技術在各個領域得到了更廣泛的應用，因此，粘接的耐久性要求越來越高。在過去，飛機的有效壽命被認為是15年，但現在巨型噴氣機的預期壽命就為30年。必須指出，結構連接必須確保數十年的可靠性和有效性。因此，粘合的耐久性問題引起了極大的關注，并且在國內外已經探索了提高粘合耐久性的新方法。解決科學問題，為結構連接提供充分的粘接基礎。粘合的耐久性是一個非常復雜的問題，它不僅與粘合劑的耐老化性有關，而且還受環境因素的影響。粘合結構需要具有耐熱性，耐寒性，耐水性，耐光性，耐介質性，耐候性等。特別是在苛刻條件下，可以保持粘合強度的穩定性，使得結構粘合可以具有更長的使用壽命。這對粘接技術至關重要。

1 膠粘劑性能對粘接耐久性的影響

粘合劑的性質，主要是粘合劑的抗老化性，對粘合結構的耐久性具有很大影響。所謂的老化是指膠層的性能隨著時間的推移而劣化的現象，這表現在外觀的變化（變色，起皺，分層，膨脹，開裂，硬而脆等），機械性能的變化（粘合強度降低，伸長率降低等）。

粘合劑老化的基本原因是熱，光，氧，介質等的作用，導致聚合物的大分子與大分子之間的價鍵之間的主要價鍵的破壞。氧化和水解是破壞化學老化中主要價鍵的兩種最重要的化學反應類型。由于構成粘合劑的聚合物大分子具有弱鍵和低鍵能，因此它對特定介質敏感以引起水解，氧化，消除等。通過溶劑或非溶劑介質的作用破壞二級鍵的物理老化。增塑，溶脹，溶解，應力開裂，溶劑開裂，軟化等導致橡膠層的外觀和物理和機械性能的劣化。

2 環境因素對粘接耐久性的影響

粘合部件必須在一定條件下使用，并受各種環境因素影響，如熱，光，氧，水，壓力等。它不僅使粘合劑本身老化，而且還破壞粘合界面。應該澄清的是，粘合劑的耐老化性和粘合構件的耐久性不是相同的概念并且不能混淆，并且粘合劑老化主要涉及粘合劑層的內聚強度。如果在粘合過程中采取一些措施并產生良好的使用條件，則可獲得更好的耐久性。另外，相同粘合劑的耐老化性相同，但是當在不同條件下使用時，粘合部分的耐久性非常不同。例如，環氧-尼龍粘合劑在干燥環境中具有高剝離強度和剪切強度。當相對濕度為95%時，剪切強度在約2個月后從27.5MPa降低至6.9MPa。這表明所使用的條件因素引起粘合界面的變化，其對粘合耐久性的影響大于粘合劑本身的耐老化性。有時，界面的變化可以起決定性作用。通常，諸如熱，光和氧的因素主要影響粘合劑的抗老化性，而水，化學介質，應力等引起粘合界面的變化。關于粘合劑的耐老化性對粘合耐久性的影響前面已經介紹了，現在主要描述水分和濕氣對粘合耐久性的影響。

水分和濕氣是常見的，并且實驗表明水分對粘合界面具有很大的破壞作用，例如將鋼粘合到環氧-聚酰胺粘合劑上。在室溫下固化10天后，剪切強度為24.8MPa。界面上有明顯的銹跡。從上面可以看出，水分大大降低了粘合強度。水對鍵合界面的巨大影響是由于高極性，小體積，強穿透力，水分子擴散，取代和水解。因為它很容易通過膠層浸透，擴散并遷移到任何地方。當粘合接頭浸入水中時，在粘合界面處積聚的水分子代替由粘合劑表面和被粘物形成的二次粘合。它還水解由粘合劑和界面形成的某些鍵。它還與氧氣起作用并使金屬表面生銹，形成弱邊界層。這些變化是不可逆的，單個或組合動作的結果將導致界面在經過長時間的壓力之后被分離。降低粘接的耐久性。

3 被粘物種類對粘接耐久性的影響

由于性質的差異，不同類型的粘附體在粘合后具有不同的耐久性。通常，具有高極性和親水性的材料（例如，金屬，玻璃等）比非極性疏水材料更通用（例如，塑料，橡膠等）在用相同的粘合劑粘合后具有更低的耐久性。實驗表明，用氰基丙烯酸酯粘合劑粘合6個月后的剪切強度僅為前者的60%至70%。粘合低碳鋼時，在室溫下，泡水12個月自動分離開來。塑料和橡膠用相同的粘合劑粘合，表1列出了502粘合的不同粘附體的耐久性數據，以清楚地看到不同粘附體的耐久性差異。

從上面可以看出，粘合界面對粘合耐久性有很大影響。粘合橡膠和塑料的粘合表面使得水的侵入和破壞更加困難，與金屬的界面正好相反。水的長期作用會水解502粘合劑，這會降低粘合強度，但水對界面的影響遠大于對膠層本身的影響。

4 表面處理方法對粘接耐久性的影響

表面處理是通過機械，物理，化學等來清潔、粗糙和活化被粘物的表面，以改變表面性質，從而促進粘合劑的良好潤濕性和牢固粘合。被粘物的表面性質是影響粘合強度和耐久性的重要因素。

不同的表面處理方法對粘合的耐久性有很大影響。化學處理除去了粘合表面上的氧化膜，并提高了吸附能力和內聚強度。噴砂后的粘合耐久性也大大提高，因為噴砂增加了金屬表面的粗糙程度并增加了耐濕透性。

5 粘接工藝對粘接耐久性的影響

粘合方法對耐久性的影響主要取決于固化溫度，這是反應型粘合劑中最突出的。相同的粘合劑高溫固化比室溫固化更好，因為熱固化不僅提高了固化程度，另外，還可以與界面形成化學鍵，以使鍵合界面更強并且不易受各種介質的攻擊。

6 應力對粘接耐久性的影響

粘合部位都會受到一定的應力，研究應力對粘合耐久性的影響是可行的。包括外部和內部應力，應力會削弱或破壞粘合界面處的粘合力并導致固有缺陷發展成裂縫。隨著時間的推移，薄弱環節就會發生損壞。

7 結語

在明確了粘接耐久性的一些影響因素之后，便能采取對應的適當措施有效地提高粘接的耐久性，使粘接技術更好地應用。

參考文獻：

[1]李子東，李廣宇，于敏.現代膠粘技術手冊[M].北京：新時代出版社，2002.

作者簡介：朱俊杰（1993-），男，湖北仙桃人，本科，主要從事膠粘劑研究工作。