影響膠粘劑粘接強(qiáng)度的化學(xué)因素

影響粘接強(qiáng)度的化學(xué)因素很多，主要指分子的極性、分子量、分子形狀(支鏈多少及大小)、分子量分布、分子的結(jié)晶性、分子對(duì)環(huán)境的穩(wěn)定性(轉(zhuǎn)變溫度和降解)以及膠粘劑和被粘體中其它組份性質(zhì)pH值等。

1、極性  

一般說(shuō)來(lái)膠粘劑和被粘體分子的極性影響著粘接強(qiáng)度，但并不意味著這些分子極性的增加就一定會(huì)提高粘接強(qiáng)度。從極性的角度出發(fā)為了提高粘接強(qiáng)度，與其改變膠粘劑和被粘體全部分子的極性，還不如改變界面區(qū)表面的極性。例如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯經(jīng)等離子表面處理后，表面上產(chǎn)生了許多極性基團(tuán)，如羥基、羰基或羧基等，從而顯著地提高了可粘接性。

2、分子量  

聚合物的分子量(或聚合度)直接影響聚合物分子間的作用力，而分子間作用力的大小決定物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)的高低，對(duì)于聚合物而言則決定其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和溶點(diǎn)。所以聚合物無(wú)論是作為膠粘劑或者作為被粘體其分子量都影響著粘接強(qiáng)度。

一般說(shuō)來(lái)，分子量和粘接強(qiáng)度的關(guān)系僅限于無(wú)支鏈線型聚合物的情況，包括兩種類型。第一種類型在分子量全范圍內(nèi)均發(fā)生膠粘劑的內(nèi)聚破壞，這時(shí)，粘接強(qiáng)度隨分子量的增加而增加，但當(dāng)分子量達(dá)到某一數(shù)值后則保持不變。第二種類型由于分子量不同破壞部分亦不同。這時(shí)，在小分子量范圍內(nèi)發(fā)生內(nèi)聚破壞，隨著分子量的增大粘接強(qiáng)度增大；當(dāng)分子量達(dá)到某一數(shù)值后膠粘劑的內(nèi)聚力同粘附力相等，則發(fā)生混合破壞；當(dāng)分子量再進(jìn)一步增大時(shí)，則內(nèi)聚力超過(guò)粘附力，浸潤(rùn)性不好，則發(fā)生界面破壞。結(jié)果使膠粘劑為某一分子量時(shí)的粘接強(qiáng)度為最大值。

3.支鏈  

長(zhǎng)鏈分子上的支鏈?zhǔn)菦Q定聚合物性質(zhì)的重要因素，從分子間作用力考慮，聚合物支鏈的影響是：當(dāng)支鏈小時(shí)，增加支鏈長(zhǎng)度，降低分子間作用力。當(dāng)支鏈達(dá)到一定長(zhǎng)度后，開(kāi)始結(jié)晶，增加支鏈長(zhǎng)度，提高分子間作用力，這應(yīng)當(dāng)是降低或提高粘接強(qiáng)度的原因。

4、pH值  

對(duì)于某些膠粘劑，其pH值與膠粘劑的適用期，有較為密切的關(guān)系，影響到粘接強(qiáng)度和粘接壽命。一般強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，特別是當(dāng)酸堿對(duì)粘接材料有很大影響時(shí)，對(duì)粘接常是有害的，尤其是多孔的木材、紙張等纖維類材料更容易受影響。

由于像熱固性的酚醛樹(shù)脂和脲醛樹(shù)脂的固化過(guò)程受pH值的影響很大，常常要求酸度較大。例如，固化時(shí)在酚醛樹(shù)脂中加入對(duì)甲苯磺酸或磷酸，在脲醛樹(shù)脂中加入氯化銨或鹽酸。因此，在不希望酸度大又要粘接的場(chǎng)合，選用中性的間苯酚甲醛樹(shù)脂是適宜的。

將木材表面預(yù)先用堿處理，一般可得到牢固的接頭。但還必須注意膠層的pH值，它對(duì)膠層比對(duì)被膠接表面更有影響。

5、交聯(lián)  

聚合物的內(nèi)聚強(qiáng)度隨交聯(lián)密度的增加面增大，而當(dāng)交聯(lián)密度過(guò)大時(shí)聚合物則變硬變脆，因而使聚合物耐沖擊強(qiáng)度降低。交聯(lián)聚合物的強(qiáng)度與交聯(lián)點(diǎn)數(shù)目和交聯(lián)分子的長(zhǎng)度密切相關(guān)，隨著交聯(lián)點(diǎn)數(shù)目的增多，交聯(lián)間距的變短以及交聯(lián)分子長(zhǎng)度的變短，交聯(lián)聚合物會(huì)變得又硬又脆。

6、溶劑和增塑劑  

溶劑型膠粘劑的粘接強(qiáng)度當(dāng)然要受膠層內(nèi)殘留溶劑量的影響。溶劑量多時(shí)，雖浸潤(rùn)性好，但由于膠粘劑內(nèi)聚力變小，而使內(nèi)聚強(qiáng)度降低。膠粘劑聚合物之間的親合力大時(shí)，隨著溶劑的揮發(fā)粘接強(qiáng)度增大。兩者之間無(wú)親合力時(shí)，殘留一些溶劑時(shí)膠粘劑的粘附性卻較大，隨著溶劑的揮發(fā)，強(qiáng)度反而下降。例如聚醋酸乙烯不能粘接聚乙烯，但加入少量溶劑后則可粘接。顯然，溶劑起了增加兩者間親合力的作用。

增塑劑和溶劑的作用類似，有時(shí)即便在粘不上的情況下，加入適當(dāng)?shù)脑鏊軇┮部烧成?。但是，增塑劑也將隨著時(shí)間的推移或是揮發(fā)，或是向表面滲出，在增塑劑減少的同時(shí)粘接強(qiáng)度不斷下降。相反，有時(shí)被粘物內(nèi)的增塑劑也會(huì)滲移到膠層里，使膠粘劑軟化而失去內(nèi)聚粘接強(qiáng)度?；蛟鏊軇┚奂诮缑嫔隙拐辰咏缑娣蛛x。

7、填料  

在膠粘劑中配合填料有如下作用：

(1)增加膠粘劑的內(nèi)聚強(qiáng)度;

(2)調(diào)節(jié)粘度或工藝性(例如觸變性);

(3)提高耐熱性;

(4)調(diào)整熱膨脹系數(shù)或收縮性;

(5)增大間隙的可填充性;

(6)給予導(dǎo)電性;

(7)降低價(jià)格;

(8)改善其他性質(zhì)。

8、結(jié)晶體  

結(jié)晶度高的聚合物分子的縮聚狀態(tài)是有規(guī)則的，如果溶點(diǎn)不高，加熱結(jié)晶聚合物，將使結(jié)晶范圍內(nèi)的有序的分子排列發(fā)生混亂，分子開(kāi)始向溶融狀態(tài)過(guò)渡。因此，結(jié)晶度高的聚合物適宜作熱溶。

9、分解  

在使用過(guò)程中，膠粘劑分解是使粘接強(qiáng)度降低的重要因素，而使膠粘劑分解的原因有水、熱、輻照、酸、堿及其它化學(xué)物質(zhì)。聚合物與水反應(yīng)而分解稱水解。加熱常常又可能導(dǎo)致聚合物交聯(lián)，聚合物抗水解能力因其分子中化學(xué)鍵的不同面異。多數(shù)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對(duì)水解起著重要作用，聚合物水解也受結(jié)晶性和鏈的構(gòu)象有明顯影響。由于微量的酸或堿可加速某些聚合物水解，聚酯類縮合樹(shù)脂與酸或堿接觸時(shí)，很容易水解。環(huán)氧樹(shù)脂的耐濕性根據(jù)固化劑的種類和使用環(huán)境不同而有明顯的不同，以聚酰胺固化的環(huán)氧樹(shù)脂因酰胺鍵水解而破壞；以多元酸酐固化的環(huán)氧樹(shù)脂因酯鍵的斷裂而解體；聚氨酯也常因酯鍵水解面破壞，而具有醚鍵、碳-碳鍵結(jié)構(gòu)的聚合物，如酚醛樹(shù)脂、丁苯、丁腈橡膠，就不易水解，耐水性良好。

聚合物加熱過(guò)度將引起下列變化：

(1)聚合物分子的分解；

(2)繼續(xù)交聯(lián)；

(3)可揮發(fā)和可遷移成分的逸出；這些過(guò)程的結(jié)果將導(dǎo)致膠粘劑內(nèi)聚強(qiáng)度下降或界面作用力降低。

聚合物在高溫下會(huì)發(fā)生降解和交聯(lián)的作用，降解使聚合物分子鏈斷裂，分子量下降，使聚合物強(qiáng)度降低，交聯(lián)使分子間形成新的化學(xué)鍵，分子量增加，聚合物強(qiáng)度上升。粘接接頭上聚合物不斷交聯(lián)將使聚合物發(fā)脆，接頭強(qiáng)度變壞。

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