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膠粘劑的老化穩定性分析

作者:百檢網 時間:2021-09-23 來源:互聯網

  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,它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。

  一、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*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)。
  二、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*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*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*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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