影响粘合强度的因素

橡胶粘合剂影响粘合强度的因素

     粘合接头的机械强度取决于两方面的因素一是被粘合材料界面之间的粘附力,这与被粘材料表面的性质和状态有关;二是被粘材料(包括胶粘剂本身)的内聚力,这与被粘材料(胶粘剂)自身的分子间的作用力有关。凡是影响粘附力和内聚力的因素都会直接影响粘合强度,其中任何一种力的丧失都将导致粘合接头的破坏。粘合接头的破坏形式有三种:粘附破坏、内聚破坏和混合破坏。当内聚力大于粘附力时,发生粘附破坏;如果内聚力于粘附力便发生内聚破坏。这两种破坏现象在实际应用中都应该加以克服,在尽力提粘附力和内聚力的前提下,使得这两种大小相当,趋于均衡,可获得最佳粘合强度,此时已有部分粘附破坏又有部分内聚破坏即为混合破坏。影响粘附力和内聚力的因素主要有如下几个方面。

1、分子量

    高分子化合物的分子量低、粘度小、流动性好,有利于浸润,其粘附性虽好,但内聚力低,最终的粘合强度不高;分子量大,胶层内聚力高,但粘度增大,不利于浸润。因此,对每一类高分子化合物,只有分子量在一定范围内才能既有良好的粘附力,又有较大的内聚力,以保证粘合接头具有较好的粘合强度。

2、极性

     高分子化合物分子中含有极性基团,有利于对极性高分子化合物的粘合。对于非极性高分子化合物与极性高分子化合物,一般粘合强度不高。这是由于非极性高分子化合物的表面能低,不易再与极性高分子化合物形成低能结合,故浸润不好,不能很好粘合非极性高分子化合物与非极性高分子化合物之间就能产生良好的粘合,由此可见,结构相似互容性较好,有利于扩散,容易粘合得牢固。

3、空间结构

      高分子化合物分子主链上常常有侧链,构成了空间结构。在空间结构中,侧链的种类对粘合强度有较大影响。以聚乙烯醇缩醛类胶粘剂为例,缩丁醛与缩甲醛相比,缩丁醛的侧链长,链的柔顺性好,浸润性和粘附性较好,但是由于缩丁醛的侧链较长,易于热分解所以耐热性差。缩甲醛的侧链短,在常温下粘合强度较高,耐热性较好,但胶层的韧性、浸润性和粘附性都较差。如果侧链含有苯基等,由于空间位阻大,分子链的柔性就下降,妨碍分子链运动,不利于浸润和粘附。例如,丁苯橡胶粘合赛璐玢时,当共聚物中的苯乙烯含量增加时,则剥离强度下降,破坏形式为粘附破坏。

4、补强和硫化

     通过补强和硫化可显著提高高分子材料的内聚力,在实际应用中非常普遍。如橡胶与各种材料的粘合中,由于橡胶是线型的,其内力主要取决于分子间的作用力,分子间易于滑动,所以它可溶可熔,因而表现出的耐热、耐溶剂性及粘合强度均不理想。为了克服上述的缺点,配方中都需要加入补强剂(如炭黑等)和硫化剂(硫黄等)进行补强和硫化,以达到定的内聚力。通常,内聚力是随补强剂的用量增加和硫化交联密度的增加而增加,如果补强剂用量过大,交联密度太高,致使橡胶刚性过大,发硬、变脆,其粘合强度反而下降。

   5、被粘表面的处理

      被粘合材料的表面是否清洁、有无活性是粘附牢固与否的关键。由于被粘材料在加工、运输和存放过程中,不可避免地会产生锈、氧化,粘上油污、吸附灰尘及其他杂物,这些物质直接影响粘附力,所以在粘合过程中应根据粘合材料的性质首先进行表面的清洗处理,常用的方法有溶剂清洗、砂布打磨、喷砂和化学处理等,经过适当的表面处理后可显著提高粘合接头的强度、耐久性和疲劳寿命,在轮胎、胶带、胶管、减震制品和胶辊等生产中,非橡胶骨架材料均需进行严格的处理,以提高粘合强度,确保制品质量。

6、粘合过程中的工艺因素

  粘合过程中的操作工艺,如涂胶、晾置、固化温度和压力等也很重要,有时工艺掌握得不好,会导致粘合强度大幅度下降,严重的甚至可能使粘合接头失败。因此粘合工艺需在粘合前通过试验进行决定。