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胶粘剂黏料的化学结构与粘接强度之间的影响
来源:粘接资讯   发布时间:2016-12-19   浏览:6151

  体系在受力破坏时大多数呈现内聚破坏和混合破坏,胶粘剂的粘接强度在很大程度上取决于胶层的内聚力,而其内聚力是与黏料的化学结构密切相关的

  (1)极性与内聚能密度

  分子的极性大小可用内聚能密度(CED)反映出来。内聚能密度大的分子其极性也大。低分子物的CED可通过测定其蒸发能来求得高分子物的CED为分子中个基团的CED之和。

  对于高表面能的被粘物来说,胶粘剂的极性越强,其粘接强度越大。对于低表面能的被粘物来说,胶粘剂极性增大往往导致粘接体系的湿润性变差而使粘接强度降低。另外,胶粘剂极性增大还会使胶层的耐热性提高,耐水性下降,胶液的黏度增大。

  (2)分子量与分子量分布

  聚合物的分子量对聚合物的-系列性能起着决定性的作用。一般来说分子量小,有利于胶粘剂对被粘物的浸润,有利于粘接,但分子量太低,内聚强度低,不利于粘接。对于用直链聚合物黏料构成的胶黏剂,在发生内聚破坏的情况下,粘接强度随分子量升高而增大,升高到一定范围后逐渐趋向一个定值。在发生多种形式破坏时,从表1-3与表1-4可以看出,分子量较低的一般发生内聚破坏,随分子量增加粘接强度增大,并趋向一个定值。当分子晕增大到使胶层的内聚力与界面的粘接力相等时,开始发生混合破坏。分子量继续增大,由于胶液的浸润能力下降,粘接体系发生界面破坏而使粘接强度显著降低。也就是说黏料聚合物的分子量与胶层的内聚强度、胶液对被粘物面浸润性能密切相关,从而严重影响粘接体系的粘接强度与接头破坏类型。另外,从力学性能来说,分子量提高对韧性有利。

  平均分子量相同(或相近)、分子量分布不同时,其粘接性能也不相同。一般来说分子量分布宽时,胶液的浸润性好,内聚强度低;分布窄时,浸润性差,内聚强度高。前者倾向于内聚破坏,后者倾向于界面破坏。

  表1-5为热固性胶黏剂分子量影响的情况,影响情况与聚异丁烯的情况相似,但三种环氧树脂混用(平均相对分子质量402)可能是主要组分相对分子质量1000的树脂有利于胶层的内聚强度与韧性,而低分子量组分有利于胶液浸润,从而具有很好的粘接强度。表1-5是相对分子质量为1535与395的聚乙烯醇缩丁醛混合制成的胶黏剂粘接硬铝时的情况,从中可以看出低聚物中加入少量高聚物可获得最佳的剥离强度。表1-5聚合度分布对粘接力的影响刚性结构,又含有极性基团,则一定具有较好的综合物理力学性能。例如,环氧树脂的主链结构具备这些特点,因此作胶黏剂黏料寸所制得的胶种具有很好的综合性能。

  (4)侧链结构

  胶粘剂黏料聚合物所含侧链的种类、体积、位置和数量等对胶层的性能有重大影响。基团的极性对分子间力影响极大,极性小时分子的柔性好,极性大时分子的刚性大。基团间距离越大,柔性越好。另外在取代基为较长的脂肪链(如脂肪酸基团)时,这些直链状的侧基在一定范围内链增长,分子的柔性大,具有内增塑作用。如果链太长则产生互相缠绕,不利于内旋转而使柔性与粘接力降低。

  (5)交联度

  线型聚合物产生交联时原来链间的次价力(分子间力,变成了化学键力,此时聚合物的各种性能都发生重大变化。在交联度不高的情况下,链段运动仍可进行,材料仍具有较高的柔性。交联点增多,尤其是交联桥同时变短时,聚合物材料变硬发脆。也就是说交联度增大,聚合物材料蠕变减少,模量提高,伸长率降低,浸润性变差等。由于粘接体系在胶液固化前就能完成扩散和浸润等过程,所以通过适当交联来提高胶层的内聚力可以大大提高粘接强度,这在以内聚破坏为主的粘接体系中更为重要,可根据黏料的结构特点用不同方法实施交联。

  二烯类橡胶,硅、氟橡胶等在硫化剂的存在下,均可在聚合物分子链上任意链段位置交联。这种交联作用形成的交联度取决于聚合物的主链结构、交联剂的种类及数量、交联工艺条件等。各种遥爪型聚合物可通过聚合物末端的官能基团进行交联。遥爪官能基包括-COOH、-OH、-SH、-NH2及环氧基团等,其交联度取决于其分子量的大小。具有活性侧基的黏料可通过侧链官能基进行交联,其交联度取决于侧基数目。某些嵌段共聚物,可通过加热呈塑性流动而后冷却,并通过次价键力形成类似于交联点的聚集点,从而增加聚合物的内聚力,这种方法有人称为物理交联。另外还可利用互穿网络结构交联。

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