影响胶粘剂粘接强度的化学因素
脲醛树脂性能
影响粘接强度的化学因素主要指分子的极性、分子量、分子形状(侧基多少及大小)、分子量分布、分子的结晶性、分子对环境的稳定性(转变温度和降解)以及胶粘剂和被粘体中其它组份性质PH值等。
01
极性
胶粘剂和被粘体分子的极性影响着粘接强度,但并不意味着这些分子极性的增加就一定会提高粘接强度。从极性的角度出发为了提高粘接强度,与其改变胶粘剂和被粘体全部分子的极性,还不如改变界面区表面的极性。例如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯经等离子表面处理后,表面上产生了许多极性基团,如羟基、羰基或羧基等,从而显著地提高了可粘接性。
02
分子量
聚合物的分子量(或聚合度)直接影响聚合物分子间的作用力,而分子间作用力的大小决定物质的熔点和沸点的高低,决定聚合物的玻璃化转变温度Tg和熔点Tm。聚合物无论是作为胶粘剂还是作为被粘体,其分子量都影响着粘接强度。
分子量和粘接强度的关系仅限于无支链线型聚合物的情况,包括两种类型。
第一种类型在分子量全范围内均发生胶粘剂的内聚破坏。这时,粘接强度随分子量的增加而增加,但当分子量达到某一数值后则保持不变。
第二种类型由于分子量不同破坏部分亦不同。这时,在小分子量范围内发生内聚破坏,随着分子量的增大粘接强度增大;当分子量达到某一数值后胶粘剂的内聚力同粘附力相等,则发生混合破坏;当分子量再进一步增大时,则内聚力超过粘附力,浸润性不好,则发生界面破坏。
03
侧链
长链分子上的侧基是决定聚合物性质的重要因素。从分子间作用力考虑,聚合物支链的影响是,当支链小时,增加支链长度,降低分子间作用力。当支链达到一定长度后,开始结晶,增加支链长度,提高分子间作用力。这应当是降低或提高粘接强度的原因。
04
PH值
对于某些胶粘剂,其PH值与胶粘剂的适用期有较为密切的关系,影响到粘接强度和粘接寿命。一般强酸、强碱,特别是当酸碱对粘接材料有很大影响时,对粘接常是有害的,尤其是多孔的木材、纸张等纤维类材更容易受影响。
由于像热固性的
酚醛树脂和
脲醛树脂的固化过程受PH值的影响很大,常常要求酸度较大。例如,固化时在
酚醛树脂中加入对甲苯磺酸或磷酸,在
脲醛树脂中加入氯化铵或盐酸。因此,在不希望酸度大又要粘接的场合,选用中性的间
苯酚甲醛树脂是适宜的。
将木材表面预先用碱处理,一般可得到牢固的接头。但还必须注意胶层的PH值,它对胶层比对被胶接表面更有影响。
05
交联
聚合物的内聚强度随交联密度的增加面增大,而当交联密度过大时聚合物则变硬变脆,因而使聚合物耐冲击强度降低。交联聚合物的强度与交联点数目和交联分子的长度密切相关,随着交联点数目的增多,交联间距的变短以及交联分子长度的变短,交联聚合物会变得又硬又脆。
06
溶剂和增塑剂
溶剂型胶粘剂的粘接强度当然要受胶层内残留溶剂量的影响。溶剂量多时,虽浸润性好,但由于胶粘剂内聚力变小,而使内聚强度降低。胶粘剂聚合物之间的亲合力大时,随着溶剂的挥发粘接强度增大。两者之间无亲合力时,残留一些溶剂时胶粘剂的粘附性却较大,随着溶剂的挥发,强度反而下降。例如聚醋酸乙烯不能粘接聚乙烯,但加入少量溶剂后则可粘接。显然,溶剂起了增加两者间亲合力的作用。
增塑剂和溶剂的作用类似,有时即便在粘不上的情况下,加入适当的增塑剂也可粘上。增塑剂也随着时间的推移会挥发,会向表面渗出,在增塑剂减少的同时粘接强度不断下降。相反,有时被粘物内的增塑剂也会渗移到胶层里,使胶粘剂软化而失去内聚粘接强度。或增塑剂聚集在界面上而使粘接界面分离。
07
填料
在胶粘剂中配合填料有如下作用:(1)增加胶粘剂的内聚强度;(2)调节黏度或工艺性(例如触变性);(3)提高耐热性;(4)调整热膨胀系数或收缩性;(5)增大间隙的可填充性;(6)给予导电性;(7)降低价格;(8)改善其他性质。
08
结晶性
结晶度高的聚合物分子的缩聚状态是有规则的,如果熔点不高,加热结晶聚合物,将使结晶范围内的有序的分子排列发生混乱,分子开始向熔融状态过渡。因此,结晶度高的聚合物适宜作热熔胶。
09
分解
在使用过程中,胶粘剂分解是使粘接强度降低成的重要因素。而使胶粘剂分解的原因有水、热、辐照、酸、碱及其他化学物质。聚合物与水反应而分解称水解。加热常常又可能导致聚合物交联,聚合物抗水解能力因其分子中化学键的不同而异。多数水溶性聚合物易于水解。不溶于水的聚合物水解就非常慢,而聚合物吸附水的能力对水解起着重要作用,聚合物水解也明显受结晶性和链的构象影响。由于微量的酸或碱可加速某些聚合物水解,聚酯类缩合树脂与酸或碱接触时,很容易水解。环氧树脂的耐湿性根据
固化剂的种类和使用环境不同而有明显的不同,以聚酰胺固化的环氧树脂因酰胺键水解而破坏;以多元酸酐固化的环氧树脂因酯键的断裂而解体;聚氨酯也常因酯键水解面破坏,而具有醚键、碳-碳键结构的聚合物,如
酚醛树脂、丁苯、丁腈橡胶,就不易水解,耐水性良好。
聚合物加热过度将引起下列变化:(1)聚合物分子的分解;(2)继续交联;(3)可挥发和可迁移成分的逸出;这些过程的结果将导致胶粘剂内聚强度下降或界面作用力降低。
聚合物在高温下会发生降解和交联的作用,降解使聚合物分子链断裂,分子量下降,使聚合物强度降低。交联使分子间形成新的化学键,分子量增加,聚合物强度上升。粘接接头上聚合物不断交联将使聚合物发脆,接头强度变坏。
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