膠接頭在存放或使用過程中由于受到熱、水、光、氧氣等環(huán)境因素作用,性能逐漸下降,使接頭完全破壞,這就是膠接頭的老化。 1、 金屬膠接頭的老化 1、1接頭的大氣老化機理 A、水的作用 (1)水對膠接頭的界面的作用:也叫界面解吸附機理,水的老化作用主要發(fā)生在膠接界面,大量的水分子沿著親水性金屬表面(更確切地說是金屬氧化物表面)很快地滲透到整個膠界面后,取代膠粘劑分子原先在金屬表面上的物理吸附,引起粘附強度下降,產(chǎn)生金屬膠接頭的界面粘附破壞。這主要是由于極性很大的水分子在金屬氧化物表面的吸附功比膠粘劑分子的吸附功大。兩者差值越大,解吸附作用的能力越強。例如、以物理吸附為主的環(huán)氧——尼龍膠如此。 。2)水對膠層的作用:另外,有人認(rèn)為,水的主要作用發(fā)生在被粘表面影響的膠粘劑邊界層中,水分子能夠滲入聚合物本體,破壞聚合物分子之間的氫鍵和其他次價鍵(化學(xué)水解),使聚合物膠層發(fā)生物理增塑作用,導(dǎo)致高溫膠接強度下降。因為水滲入膠層常降低膠層的熱變形溫度。這種變化是可逆的,除水后性能恢復(fù)。 水還可以斷裂高分子鏈,引起聚合物的化學(xué)將解作用。這種變化是不可逆的。 B、應(yīng)力存在的作用 水對膠粘劑的影響: 。1)水對膠接界面的解吸附; (2)水對膠層的化學(xué)將解和物理增塑; 。3)水和氧氣同時存在引起金屬被粘表面的電化學(xué)腐蝕; (4)水使空氣的腐蝕性氣體如N2O4,SO2對接頭產(chǎn)生加速地破壞作用; (5)水對接頭界面的應(yīng)力集中起促進作用。因此英里存在是金屬膠接頭大氣老化的主要原因之一。 即使沒有其他環(huán)境因素的影響,外應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力(如收縮應(yīng)力和熱應(yīng)力)的結(jié)合,可使膠接頭發(fā)生蠕變破壞。在應(yīng)力存在下進行老化,內(nèi)應(yīng)力無論在膠 接界面還是在膠層中產(chǎn)生的裂縫都有利于介質(zhì)(尤其是水)的進一步滲透;而水的浸入又能促進裂縫原者垂直于應(yīng)力方向進一步增長,使應(yīng)力減弱。應(yīng)力和環(huán)境介質(zhì)的互相促進作用力大大加速膠接頭的老化,此即為“應(yīng)力腐蝕開裂”! 、金屬表面的電化學(xué)腐蝕 氧和水同時存在是發(fā)生電化學(xué)腐蝕作用的首要條件。這種電化學(xué)腐蝕發(fā)生在金屬表面與膠粘劑接面上,如將引起膠接頭的粘附強度迅速下降。 1.2 金屬接頭的熱老化機理 一般來說,被粘金屬在高溫下的穩(wěn)定性要比有機膠粘劑好得多,因此金屬膠接頭的熱老化主要是膠粘劑的熱老化。 A、膠粘劑的熱老化機理: 膠粘劑遇熱產(chǎn)生兩種變化:1、物理變化,為可逆反應(yīng)。線形熱塑性膠 軟化和熔融,而交聯(lián)熱固性膠產(chǎn)生較大變形;2、化學(xué)變化,為不可逆反應(yīng),主要表現(xiàn)為熱分解和氧化分解。這是膠粘劑熱老化的主要原因。 表征這些變化的主要溫度參數(shù)是玻璃化溫度(Tg)、熱變形溫度(HDT)、熔點(Tm)和分解溫度(Td)等。當(dāng)膠粘劑受熱超過Tg和HDT是,力學(xué)強度顯著降低;當(dāng)受熱溫度達到Tm或Td,則膠粘劑永久破壞而不能使用。 經(jīng)實驗證明,氧對膠粘劑的分解遠(yuǎn)比熱分解嚴(yán)重。因為氧首先氧化分子鏈中易被氧化的化學(xué)鍵,生成的過氧化物分解為自由基,引起自由基連鎖分解反應(yīng)。 B、 金屬被粘物表面處理對膠粘劑熱老化的影響。 由于在被粘物表面的過渡元素如下:Fe,Cu,CO,的氧化物或離子對膠粘劑的氧化分解起到催化作用,導(dǎo)致膠粘劑熱老化加速。其機理如下(以CU2+為例): R-O-O-H+CU2+→R-O-O+CU++H+ R-O-O-H+CU+→R-O+ CU2++OH- 金屬離子與有機過氧化物發(fā)生氧化還原反應(yīng),降低了過氧化物的分解活化能。 1、3 提高金屬膠接頭的老化性能的途徑。 A、 提高耐大氣老化的途徑 膠粘劑本體具有很好的耐水性是改善膠接頭耐大氣老化性能的先決條件。增加膠粘劑本體交聯(lián)密度可以減小膠層的吸水率,但交聯(lián)密度太大常引起脆性增加,降低膠層抗裂縫增長的能力。如果加入適量增韌劑,可增加韌性和抵抗裂縫增長的能力,從而提高膠接頭的耐大氣老化性能,但彈性體的加入使交聯(lián)密度降低。 采用有機硅氧烷偶聯(lián)劑可以增加膠頭的膠接強度,提高接頭的耐老化性能。 B、 提高耐熱老化的途徑在高分子主鏈中減少易氧化化學(xué)鍵如碳?xì)滏I、多鍵α位上的C-H,增加高聚物的氧化穩(wěn)定性。 2、 木材、塑料和橡膠膠接頭的老化 2.1 木材膠接頭的老化 A、木材膠接頭老化機理 環(huán)境溫度產(chǎn)生的熱應(yīng)力和水的降解是木材老化的主要原因,尤其是水解的影響最大。 B、影響木材膠接頭老化的因素 膠粘劑、木材質(zhì)量和加工性能影響到木材膠接頭老化。而膠層厚度越大,膠合板耐老化性能越好。 2.2 塑料橡膠膠接頭的老化 塑料橡膠的表面是疏水性的,水難以滲透到膠 接界面里,因此其老化性能穩(wěn)定得多。 3、人工加速老化實驗發(fā) 3.1、恒溫水浸實驗 在沸水浸泡和250C水浸一定時間后測其膠接強度。 3.2、高低溫周期交變實驗 選定一個低溫和高溫,在此溫變范圍內(nèi)升降溫度,控制升降溫度的速度,測試膠接頭的強度。