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膠粘劑的老化及長期穩定性分析

嘉峪檢測網        2019-11-11 11:50

老化是指材料或者粘接頭隨著時間的推移而發生的性能的改變。老化是由外部環境或者材料自身加工過程引起的。影響因素有機械應力、溫度、輻射和介質(如水)。膠粘劑本身含有的一些物質也可能導致粘接頭的性能變化。除了受到各種不同的影響因素外,粘接頭中發生的老化的位置也會不同。老化可能發生在內聚層、粘附層或者基材材料上。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測。

 

機械應力

 

粘接接頭可能處于下面幾種機械應力:A剝離應力,B拉伸應力,C剪切應力,D扭轉應力。

 

剝離應力導致在粘接接頭處受到較高的線受力,該應力遠超過大多數膠粘劑的強度。當進行粘接接頭結構設計時,必須確保避免粘接接頭承受這類剝離應力。

 

當承受拉伸載荷時,作用力是垂直于粘接面的。力的傳遞穿過整個粘接面,原則上粘接接頭承受拉伸應力是不存在問題的。拉伸應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計是不可能實現的。

 

粘接接頭承受的最佳應力類型是剪切應力,因為這種應力是平行于粘接面的。剪切應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。

 

扭轉應力類似于剪切應力,粘接接頭對壓縮應力不敏感。隨著時間的延長,任何類型的機械應力都會引起粘接接頭的老化,例如可能產生永久性的變形(蠕變)或者形成裂紋。機械應力也可能會加劇其他老化因素的影響(如,水汽導致的接頭破壞)。

 

環境影響

 

在使用的過程中,粘接接頭暴露于不同的環境影響中。這些影響因素可能同時發生作用,而且相互之間會產生影響。

 

1、溫度和輻射影響

對化學反應最主要的影響因素是溫度。溫度越高,越容易發生化學反應且反應速度越快。這樣的反應通常會導致接頭的性能變化(通常是不希望的)。高溫條件下機械應力對粘接接頭的破壞會大大加速,般認為,溫度升高會加速老化。

 

輻射也是引起粘接接頭老化的影響因素之一(包括太陽光中的紫外線)。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非常敏感。

 

2、水

 

濕氣能滲透(擴散)到已經固化的膠層中,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(增塑劑效應),使得分子鏈之間更容易滑動。水分滲透進膠層的速度很低,但是持續性的。在40℃溫度下,水對于交聯結構聚合物滲透速率大約為每個月幾個毫米。當粘接接頭被干燥后,內聚強度重新上升,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鍵比物理相互作用力的耐水性更好。一旦化學鍵遭到破壞,干燥后粘附力不能再恢復。防止粘接接頭不受水汽影響的最好辦法是遠離水。如果無法達到,可將接頭密封起來。

 

3、腐蝕

 

對于金屬基材粘接接頭,與吸收水汽緊密相關的是基材的腐蝕。基材的腐蝕導粘接接頭在短期內快速失效,因此腐蝕也是很關鍵的方面。腐蝕通常很快發生,特別是除了水之外還有一些加速腐蝕的介質存在(例如: 鹽、酸、堿,等),能從外部或從膠層里面侵蝕基材。但是在很多情況下這種效應可以加以控制,如將整個基材保護起來或僅對粘接區域進行保護。

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來源:Internet

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