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单位新闻
胶粘剂的老化稳定性分析
发布时间: 2021-07-08 15:00 更新时间: 2024-11-26 09:00
老化是指材料或者粘接头随着时间的推移而发生的性能的改变。老化是由外部环境或者材料自身加工过程引起的。影响因素有机械应力、温度、辐射和介质(如水)。胶粘剂本身含有的一些物质也可能导致粘接头的性能变化。除了受到各种不同的影响因素外,粘接头中发生的老化的位置也会不同。老化可能发生在内聚层、粘附层或者基材材料上。老化是由几种因素共同作用引起的,但是这些影响因素很难被彻底测量和预测。

机械应力

粘接接头可能处于下面几种机械应力:A剥离应力,B拉伸应力,C剪切应力,D扭转应力。

剥离应力导致在粘接接头处受到较高的线受力,该应力远超过大多数胶粘剂的强度。当进行粘接接头结构设计时,必须确保避免粘接接头承受这类剥离应力。

当承受拉伸载荷时,作用力是垂直于粘接面的。力的传递穿过整个粘接面,原则上粘接接头承受拉伸应力是不存在问题的。拉伸应力一般只在对接接头中会碰到,对接接头通常粘接面小,只能通过改变基材的厚度来增大粘接面积。由于通常情况下基材强度超过了胶的拉伸强度,因此充分利用基材强度的设计是不可能实现的。

粘接接头承受的应力类型是剪切应力,因为这种应力是平行于粘接面的。剪切应力存在于粘接的搭接接头,通常具有足够大的粘接面积。如果已有的粘接面积无法承受足够的载荷,也可以相对容易地通过增加粘接面积来增加粘接承受的载荷。

扭转应力类似于剪切应力,粘接接头对压缩应力不敏感。随着时间的延长,任何类型的机械应力都会引起粘接接头的老化,例如可能产生性的变形(蠕变)或者形成裂纹。机械应力也可能会加剧其他老化因素的影响(如,水汽导致的接头破坏)。

环境影响

在使用的过程中,粘接接头暴露于不同的环境影响中。这些影响因素可能同时发生作用,而且相互之间会产生影响。

1、温度和辐射影响



对化学反应Zui主要的影响因素是温度。温度越高,越容易发生化学反应且反应速度越快。这样的反应通常会导致接头的性能变化(通常是不希望的)。高温条件下机械应力对粘接接头的破坏会大大加速,般认为,温度升高会加速老化。

辐射也是引起粘接接头老化的影响因素之一(包括太阳光中的紫外线)。胶粘剂和塑料基材中的高分子链易受到辐射的破坏。特别是聚氨酯对紫外线非常敏感。

2、水

湿气能渗透(扩散)到已经固化的胶层中,并被胶层吸收。这些被吸收的水分降低了胶的强度。因为水在高分子链之间扮演了润滑剂的作用(增塑剂效应),使得分子链之间更容易滑动。水分渗透进胶层的速度很低,但是持续性的。在40℃温度下,水对于交联结构聚合物渗透速率大约为每个月几个毫米。当粘接接头被干燥后,内聚强度重新上升,但无法回到原先的水平。粘接接头暴露于湿气中产生的Zui大问题是降低了基材与胶粘剂之间的粘附力。水渗透进入了粘接接头后粘附力减弱。胶粘剂与基材粘附力减弱通常也是个缓慢的过程。胶与基材表面形成的化学键比物理相互作用力的耐水性更好。一旦化学键遭到破坏,干燥后粘附力不能再恢复。防止粘接接头不受水汽影响的办法是远离水。如果无法达到,可将接头密封起来。

3、腐蚀

对于金属基材粘接接头,与吸收水汽紧密相关的是基材的腐蚀。基材的腐蚀导粘接接头在短期内快速失效,因此腐蚀也是很关键的方面。腐蚀通常很快发生,特别是除了水之外还有一些加速腐蚀的介质存在(例如: 盐、酸、碱,等),能从外部或从胶层里面侵蚀基材。但是在很多情况下这种效应可以加以控制,如将整个基材保护起来或仅对粘接区域进行保护。




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