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膠粘劑的老化及長(cháng)期穩定性分析
互聯(lián)網(wǎng)綜合 0 2021-12-16 11:12:26
老化是指材料或者粘接頭隨著(zhù)時(shí)間的推移而發(fā)生的性能的改變。老化是由外部環(huán)境或者材料自身加工過(guò)程引起的。影響因素有機械應力、溫度、輻射和介質(zhì)（如水）。膠粘劑本身含有的一些物質(zhì)也可能導致粘接頭的性能變化。除了受到各種不同的影響因素外，粘接頭中發(fā)生的老化的位置也會(huì )不同。老化可能發(fā)生在內聚層、粘附層或者基材材料上。老化是由幾種因素共同作用引起的，但是這些影響因素很難被徹底測量和預測。
機械應力
粘接接頭可能處于下面幾種機械應力：A剝離應力，B拉伸應力，C剪切應力，D扭轉應力。
剝離應力導致在粘接接頭處受到較高的線(xiàn)受力，該應力遠超過(guò)大多數膠粘劑的強度。當進(jìn)行粘接接頭結構設計時(shí)，必須確保避免粘接接頭承受這類(lèi)剝離應力。
當承受拉伸載荷時(shí)，作用力是垂直于粘接面的。力的傳遞穿過(guò)整個(gè)粘接面，原則上粘接接頭承受拉伸應力是不存在問(wèn)題的。拉伸應力一般只在對接接頭中會(huì )碰到，對接接頭通常粘接面小，只能通過(guò)改變基材的厚度來(lái)增大粘接面積。由于通常情況下基材強度超過(guò)了膠的拉伸強度，因此充分利用基材強度的設計是不可能實(shí)現的。
粘接接頭承受的最佳應力類(lèi)型是剪切應力，因為這種應力是平行于粘接面的。剪切應力存在于粘接的搭接接頭，通常具有足夠大的粘接面積。如果已有的粘接面積無(wú)法承受足夠的載荷，也可以相對容易地通過(guò)增加粘接面積來(lái)增加粘接承受的載荷。
扭轉應力類(lèi)似于剪切應力，粘接接頭對壓縮應力不敏感。隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)，任何類(lèi)型的機械應力都會(huì )引起粘接接頭的老化，例如可能產(chǎn)生永久性的變形（蠕變）或者形成裂紋。機械應力也可能會(huì )加劇其他老化因素的影響（如，水汽導致的接頭破壞）。
環(huán)境影響
在使用的過(guò)程中，粘接接頭暴露于不同的環(huán)境影響中。這些影響因素可能同時(shí)發(fā)生作用，而且相互之間會(huì )產(chǎn)生影響。
1、溫度和輻射影響
對化學(xué)反應最主要的影響因素是溫度。溫度越高，越容易發(fā)生化學(xué)反應且反應速度越快。這樣的反應通常會(huì )導致接頭的性能變化(通常是不希望的)。高溫條件下機械應力對粘接接頭的破壞會(huì )大大加速，般認為，溫度升高會(huì )加速老化。 輻射也是引起粘接接頭老化的影響因素之一(包括太陽(yáng)光中的紫外線(xiàn))。膠粘劑和塑料基材中的高分子鏈易受到輻射的破壞。特別是聚氨酯對紫外線(xiàn)非常敏感。 2、水 濕氣能滲透(擴散)到已經(jīng)固化的膠層中，并被膠層吸收。這些被吸收的水分降低了膠的強度。因為水在高分子鏈之間扮演了潤滑劑的作用(增塑劑效應)，使得分子鏈之間更容易滑動(dòng)。水分滲透進(jìn)膠層的速度很低，但是持續性的。在40℃溫度下，水對于交聯(lián)結構聚合物滲透速率大約為每個(gè)月幾個(gè)毫米。當粘接接頭被干燥后，內聚強度重新上升，但無(wú)法回到原先的水平。粘接接頭暴露于濕氣中產(chǎn)生的最大問(wèn)題是降低了基材與膠粘劑之間的粘附力。水滲透進(jìn)入了粘接接頭后粘附力減弱。膠粘劑與基材粘附力減弱通常也是個(gè)緩慢的過(guò)程。膠與基材表面形成的化學(xué)鍵比物理相互作用力的耐水性更好。一旦化學(xué)鍵遭到破壞，干燥后粘附力不能再恢復。防止粘接接頭不受水汽影響的最好辦法是遠離水。如果無(wú)法達到，可將接頭密封起來(lái)。 3、腐蝕 對于金屬基材粘接接頭，與吸收水汽緊密相關(guān)的是基材的腐蝕。基材的腐蝕導粘接接頭在短期內快速失效，因此腐蝕也是很關(guān)鍵的方面。腐蝕通常很快發(fā)生，特別是除了水之外還有一些加速腐蝕的介質(zhì)存在（例如: 鹽、酸、堿，等)，能從外部或從膠層里面侵蝕基材。但是在很多情況下這種效應可以加以控制，如將整個(gè)基材保護起來(lái)或僅對粘接區域進(jìn)行保護。
