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哪些因素容易影響膠合劑強度變化?

Jun 25,2024 | Adhesive

黏合劑的強度因以下原因而變化:極性、分子量、分子形狀(側基的數量和大小)、分子量分佈、分子的結晶度、分子對環境的穩定性(轉變溫度和降解) ,以及粘合劑和被黏物的其他成分的性能包括pH值等。


一. 極性

一般來說,膠合劑與被黏物分子的極性會影響黏合強度,但並不代表這些分子極性的增加就一定會提高黏合強度。

從極性角度來看,為了提高黏接強度,與其改變膠合劑與被黏物所有分子的極性,不如改變界面區表面的極性。例如,聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等經過等離子體表面處理後,表面產生許多極性基團,如羥基、羰基或羧基,從而顯著提高了黏結性。

 


二. 分子量

聚合物的分子量(或聚合度)直接影響聚合物分子間作用力,分子間作用力的大小決定了物質的熔點和沸點。對於聚合物來說,它決定了它的玻璃化轉變溫度Tg和熔點Tm。因此,無論聚合物用作黏合劑或用作被黏物,其分子量都會影響黏合強度。

一般來說,分子量和黏合強度之間的關係僅限於無支化線性聚合物的情況,包括兩種類型。在第一種類型中,黏合劑的內聚破壞發生在整個分子量範圍內。此時,結合強度隨著分子量的增加而增加,但當分子量達到一定值時則保持不變。第二種因分子量不同,損傷部位也不同。此時,在小分子量範圍內發生內聚破壞,且隨著分子量的增大,黏合強度增加;當分子量達到某一值時,黏合劑的內聚力與黏合力相等,發生混合破壞;當分子量進一步增大時,內聚力超過黏附力,潤濕性不好,出現界面破壞。因此,一定分子量的黏合劑的黏合強度最大。

 


三. 側鏈

長鏈分子上的側基是決定聚合物性質的重要因素。從分子間力的角度來看,聚合物支鏈的影響是,當支鏈小時,支鍊長度增加,分子間力減少。當支鏈達到一定長度時,開始結晶,增加支鍊長度,增大分子間作用力。這應該是降低或提高結合強度的原因。

 


四. PH值

對於某些黏合劑,pH值與黏合劑的適用期密切相關,影響黏合強度和黏合壽命。一般來說,強酸、強鹼,特別是酸、鹼對黏接材料影響很大時,往往對黏接有害。特別是多孔木材、紙張和其他纖維材料更容易受到影響。

由於熱固性酚醛樹脂和脲醛樹脂的固化過程受pH值影響較大,因此往往需要較高的酸度。例如,在固化時,在酚醛樹脂中添加對甲苯磺酸或磷酸,在脲醛樹脂中添加氯化銨或鹽酸。因此,在不需要高酸性而需要黏合的場合,宜採用中性間苯二酚甲醛樹脂。

用鹼對木材表面進行預處理通常可以產生牢固的接頭。但也必須注意膠層的PH值,​​它對膠層的影響比對被黏合表面的影響更大。

 


五. 交聯

聚合物的內聚強度隨著交聯密度的增加而增加。當交聯密度太高時,聚合物會變硬變脆,從而降低聚合物的衝擊強度。交聯聚合物的強度與交聯點的數量和交聯分子的長度密切相關。隨著交聯點數量的增加,交聯間距和交聯分子長度變短,交聯聚合物會變硬變脆。

 


六. 溶劑和塑化劑

黏合劑層中殘留溶劑的量。當溶劑量較大時,雖然潤濕性良好,但黏合劑的內聚強度變小,導致內聚強度降低。當黏合劑聚合物之間的親和力較高時,黏合強度隨著溶劑的蒸發而增加。當兩者之間沒有親和力時,當殘留一些溶劑時,黏合劑具有更大的黏合力。隨著溶劑蒸發,強度降低。例如,聚醋酸乙烯酯不能與聚乙烯黏合,但可以透過添加少量溶劑來黏合。顯然,溶劑起到了增加兩者之間的親和力的作用。

塑化劑和溶劑具有相似的功能。有時即使不能粘,加入適當的增塑劑也能使其粘。當這種情況發生時,塑化劑會隨著時間的推移而蒸發或滲出到表面。隨著增塑劑的減少,黏合強度將不斷降低。相反,有時被黏物中的塑化劑會滲透到膠合劑層中,導致膠合劑軟化而失去內聚黏合強度。或增塑劑在界面上積聚,導致黏合界面分離。


七. 灌裝

填料在膠黏劑中的使用具有以下作用:

(1)增加膠黏劑的內聚強度;

(2)調節黏度或加工性能(如觸變性);

(3)提高耐熱性;

(4)調整熱膨脹係數或收縮率;

(5) 增加間隙的可填充性;

(6)提供導電性;

(7) 降低價格;

(8)提高其他性能。

 


八. 結晶度

結晶度高的聚合物分子的縮聚狀態是規則的。如果熔點不高,加熱結晶聚合物會導致結晶範圍內的有序分子排列被打亂,分子開始轉向熔融態。因此,結晶度高的聚合物適合熱熔。

 


九. 分解

使用過程中,黏合劑的分解是降低黏合強度的重要因素。黏合劑分解的原因有水、熱、輻射、酸、鹼等化學物質。聚合物與水反應而分解的過程稱為水解。加熱通常會導致聚合物交聯,並且聚合物的耐水解性會根據其分子中的化學鍵而變化。大多數水溶性聚合物容易水解。不溶於水的聚合物水解非常緩慢,聚合物吸水的能力在水解中扮演重要角色。聚合物水解也受到結晶度和鏈構象的顯著影響。由於微量的酸或鹼可以加速某些聚合物的水解,因此聚酯縮合樹脂與酸或鹼接觸時很容易水解。環氧樹脂的耐濕性根據固化劑的種類和使用環境的不同而有很大差異。用聚醯胺固化的環氧樹脂因醯胺鍵的水解而被破壞;用多元酸酐固化的環氧樹脂因酯鍵的斷裂而被破壞。解體;聚氨酯也常被酯鍵水解表面破壞,而有醚鍵和碳碳鍵結構的聚合物,如酚醛樹脂、丁苯、丁腈橡膠等,不易水解,耐水性佳。

 


聚合物過度加熱會造成以下變化:

(1)聚合物分子的分解;

(2)繼續交聯;

(3) 揮發性和遷移性成分的逸出;這些過程的結果將導致黏合劑的內聚強度降低或界面力降低。

 


聚合物在高溫下會發生降解和交聯。降解導致聚合物分子鏈斷裂,分子量下降,聚合物強度下降。交聯導致分子間形成新的化學鍵,分子量增加,聚合物強度增加。黏接接頭上聚合物的連續交聯會使聚合物變脆,接頭強度變差。

溶劑型膠黏劑的黏接強度當然會受到影響

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