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膠粘劑的老化穩(wěn)定性分析

老化是指材料或者粘接頭隨著時間的推移而發(fā)生的性能的改變。老化是由外部環(huán)境或者材料自身加工過程引起的。影響因素有機械應(yīng)力、溫度、輻射和介質(zhì)(如水)。膠粘劑本身含有的一些物質(zhì)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(fā)生的老化的位置也會不同。老化可能發(fā)生在內(nèi)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(yù)測。

機械應(yīng)力

粘接接頭可能處于下面幾種機械應(yīng)力:A剝離應(yīng)力,B拉伸應(yīng)力,C剪切應(yīng)力,D扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。

剝離應(yīng)力導致在粘接接頭處受到較高的線受力,該應(yīng)力遠超過大多數(shù)膠粘劑的強度。當進行粘接接頭結(jié)構(gòu)設(shè)計時,必須確保避免粘接接頭承受這類剝離應(yīng)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(yīng)力是不存在問題的。拉伸應(yīng)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(shè)計是不可能實現(xiàn)的。

粘接接頭承受的最佳應(yīng)力類型是剪切應(yīng)力,因為這種應(yīng)力是平行于粘接面的。剪切應(yīng)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(zhuǎn)應(yīng)力類似于剪切應(yīng)力,粘接接頭對壓縮應(yīng)力不敏感。隨著時間的延長,任何類型的機械應(yīng)力都會引起粘接接頭的老化,例如可能產(chǎn)生永久性的變形(蠕變)或者形成裂紋。機械應(yīng)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(huán)境影響

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

1、溫度和輻射影響

對化學反應(yīng)最主要的影響因素是溫度。溫度越高,越容易發(fā)生化學反應(yīng)且反應(yīng)速度越快。這樣的反應(yīng)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(yīng)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(jīng)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(yīng)),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(xù)性的。在40℃溫度下,水對于交聯(lián)結(jié)構(gòu)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(nèi)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(chǎn)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(guān)的是基材的腐蝕?;牡母g導粘接接頭在短期內(nèi)快速失效,因此腐蝕也是很關(guān)鍵的方面。腐蝕通常很快發(fā)生,特別是除了水之外還有一些加速腐蝕的介質(zhì)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(yīng)可以加以控制,如將整個基材保護起來或僅對粘接區(qū)域進行保護。


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