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影響熱熔膠膜粘接強度的物理因素

2018-07-13 11:39:47 

影響熱熔膠膜粘接強度的物理因素主要指粘結(jié)面的表面粗糙度、表面處理、滲透、遷移、壓力、膠層厚度、內(nèi)應(yīng)力等。和和熱熔膠為您總結(jié)了一下幾種影響因素:

1.表面粗糙度

當(dāng)熱熔膠膜良好地浸潤被粘材料表面時(接觸角θ<90°),表面的粗糙化有利于提高膠粘劑液體對表面的浸潤程度,增加膠粘劑與被粘材料的接觸點密度,從而有利于提高粘接強度。反之,當(dāng)膠粘劑對被粘材料浸潤不良時(θ>90°),表面的粗糙化就不利于粘接強度的提高。
2.表面處理
粘接前的表面處理是粘接成功的關(guān)鍵,其目的是能獲得牢固耐久的接頭。由于被粘材料存在氧化層(如銹蝕)、鍍鉻層、磷化層、脫模劑等形成的“弱邊界層”,被粘物的表面處理將影響粘接強度。例如,聚乙烯表面可用熱鉻酸氧化處理而改善粘接強度,加熱到70-80℃時處理1-5分鐘,就會得到良好的可粘接表面,這種方法適用于聚乙烯板、厚壁管等。而聚乙烯薄膜用鉻酸處理時,只能在常溫下進(jìn)行。如在上述溫度下進(jìn)行,則薄膜的表面處理,采用等離子或微火焰處理。
對天然橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠和氯丁橡膠表面用濃硫酸處理時,希望橡膠表面輕度氧化,故在涂酸后較短的時間,就要將硫酸徹底洗掉。過度的氧化反而在橡膠表面留下更多的脆弱結(jié)構(gòu),不利于粘接。
對硫化橡膠表面局部粘接時,表面處理除去脫膜劑,不宜采用大量溶劑洗滌,以免不脫膜劑擴散到處理面上妨礙粘接。
鋁及鋁合金的表面處理,希望鋁表面生成氧化鋁結(jié)晶,而自然氧化的鋁表面是十分不規(guī)則的、相當(dāng)疏松的氧化鋁層,不利于粘接。所以,需要除去自然氧化鋁層。但過度的氧化會在粘接接頭中留下薄弱層。
3.滲透
已粘接的接頭,受環(huán)境氣氛的作用,常常被滲進(jìn)一些其他低分子。例如,接頭在潮濕環(huán)境或水下,水分子滲透入膠層;聚合物膠層在有機溶劑中,溶劑分子滲透入聚合物中。低分子的透入首先使膠層變形,然后進(jìn)入膠層與被粘物界面。使膠層強度降低,從而導(dǎo)致粘接的破壞?
滲透不僅從膠層邊沿開始,對于多孔性被粘物,低分子物還可以從被粘物的空隙?毛細(xì)管或裂縫中滲透到被粘物中,進(jìn)而侵入到界面上,使接頭出現(xiàn)缺陷乃至破壞?滲透不僅會導(dǎo)致接頭的物理性能下降,而且由于低分子物的滲透使界面發(fā)生化學(xué)變化,生成不利于粘接的銹蝕區(qū),使粘接完全失效?
4.遷移
含有增塑劑被粘材料,由于這些小分子物與聚合物大分子的相容性較差,容易從聚合物表層或界面上遷移出來。遷移出的小分子若聚集在界面上就會妨礙熱熔膠膜與被粘材料的粘接,造成粘接失效。
5.壓力
在粘接時,向粘接面施以壓力,使熱熔膠膜融化后更容易充滿被粘體表面上的坑洞,甚至流入深孔和毛細(xì)管中,減少粘接缺陷。對于黏度較小的膠粘劑,加壓時會過度地流淌,造成缺膠。因此,應(yīng)待粘度較大時再施加壓力,也促使被粘體表面上的氣體逸出,減少粘接區(qū)的氣孔。
對于較稠的或固體的膠粘劑,在粘接時施加壓力是必不可少的手段。在這種情況下,常常需要適當(dāng)?shù)厣邷囟龋越档湍z粘劑的稠度或使膠粘劑液化。例如,絕緣層壓板的制造、飛機旋翼的成型都是在加熱加壓下進(jìn)行。
為了獲得較高的粘接強度,對不同的膠粘劑應(yīng)考慮施以不同的壓力。一般對固體或高黏度的膠粘劑施高的壓力,而對低黏度的膠粘劑施低的壓力?
6.膠層厚度
較厚的膠層易產(chǎn)生氣泡、缺陷和早期斷裂,因此應(yīng)使膠層盡可能薄一些,以獲得較高的粘接強度。另外,厚膠層在受熱后的熱膨脹在界面區(qū)所造成的熱應(yīng)力也較大,更容易引起接頭破壞。
在實際的接頭上作用的應(yīng)力是復(fù)雜的,包括剪切應(yīng)力?剝離應(yīng)力和交變應(yīng)力?
(1)切應(yīng)力:由于偏心的張力作用,在粘接端頭出現(xiàn)應(yīng)力集中,除剪切力外,還存在著與界面方向一致的拉伸力和與界面方向垂直的撕裂力。此時,接頭在剪切應(yīng)力作用下,被粘物的厚度越大,接頭的強度則越大。
(2)剝離應(yīng)力:被粘物為軟質(zhì)材料時,將發(fā)生剝離應(yīng)力的作用。這時,在界面上有拉伸應(yīng)力和剪切應(yīng)力作用,力集中于膠粘劑與被粘物的粘接界面上,因此接頭很容易破壞。由于剝離應(yīng)力的破壞性很大,在設(shè)計時盡量避免采用會產(chǎn)生剝離應(yīng)力的接頭方式。
(3)交變應(yīng)力:在接頭上膠粘劑因交變應(yīng)力而逐漸疲勞,在遠(yuǎn)低于靜應(yīng)力值的條件下破壞。強韌的、彈性的膠粘劑(如某些橡膠態(tài)膠粘劑)耐疲性能良好。
7.內(nèi)應(yīng)力
(1)收縮應(yīng)力:當(dāng)膠粘劑固化時,因揮發(fā)、冷卻和化學(xué)反應(yīng)而體積發(fā)生收縮,引起收縮應(yīng)力。當(dāng)收縮力超過粘附力時,表觀粘接強度就要顯著降。此外,粘接端部或膠粘劑的空隙周圍應(yīng)力分布不均勻,也產(chǎn)生應(yīng)力集中,增加了裂口出現(xiàn)的可能。有結(jié)晶性的膠粘劑在固化時,因結(jié)晶而使體積收縮較大,也造成接頭的內(nèi)應(yīng)力。如在其中加入一定量能結(jié)晶或改變結(jié)晶大小的橡膠態(tài)物質(zhì),那么就可以減少內(nèi)應(yīng)力。在熱固性樹脂膠中加增韌劑是一個最好的說明。例如酚醛-縮醛膠,當(dāng)縮醛含量低于40%時,接頭發(fā)生單純界面破壞;而在40%以上時則為內(nèi)聚破壞,粘接強度明顯增強。
(2)熱應(yīng)力:在高溫下,熔融的樹脂冷卻固化時,會產(chǎn)生體積收縮,在界面上由于粘接的約束而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。在分子鏈間有滑移的可能性時,則產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力消失。
影響熱應(yīng)力的主要因素有熱膨脹系數(shù)、室溫和Tg間的溫差以及彈性差量?

為了緩和因熱膨脹系數(shù)差而引起的熱應(yīng)力,應(yīng)使膠粘劑的熱膨脹系數(shù)接近于被粘物的熱膨脹系數(shù),加填料是一種好辦法,可添加該種材料的粉末或其化材料的纖維或粉末。


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