(一)膠接頭的內(nèi)應(yīng)力
膠接頭的內(nèi)應(yīng)力是使膠接強(qiáng)度和耐久性下降的重要因素之一,因此制備膠接頭就 必須降低內(nèi)應(yīng)力。
1、收縮應(yīng)力 膠粘劑固化過程中由于體積收縮產(chǎn)生收縮應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因:
。1)在膠接頭形成過程中,由于膠層或界面上氣泡、雜質(zhì)的存在,固化時(shí)膠層體積收縮引起收縮應(yīng)力或因熱膨脹系數(shù)的差異引起熱應(yīng)力;
。2)在老化過程中任何氣溫變化將引起內(nèi)應(yīng)力;
。3)在老化過程中膠層吸水而發(fā)生溶脹,在不連續(xù)處將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。
降低固化過程的收縮應(yīng)力:
。1)通過共聚或提高聚合體分子量降低反應(yīng)體系中官能團(tuán)濃度。
。2)加入增韌劑;降低固化收縮應(yīng)力。
(3)加入無機(jī)填料。
2、熱應(yīng)力 膠粘劑和被粘物的熱膨脹系數(shù)不同,溫度的變化將引起熱應(yīng)力。為此膠接熱膨脹系數(shù)較大的材料時(shí)一般選擇較低的固化溫度。
(二)、膠粘劑的力學(xué)性能 大多數(shù)合成膠粘劑的主要成分是非晶態(tài)高聚物。
1、非晶態(tài)高聚物的力學(xué)性能。 高聚物的力學(xué)性能取決于分子運(yùn)動,有四種:
。1)分子鏈的鍵角變動,彈性形變,可逆的,范圍1%。
。2)鏈段旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生分子構(gòu)象,高彈形變,可逆的,范圍103%。
。3)分子鏈相對位置的變動,塑性形變,不可逆的 。
。4)側(cè)鏈基團(tuán)的擺動和轉(zhuǎn)動
2、非晶態(tài)高聚物的物理狀態(tài) 高聚物的物理狀態(tài)包括玻璃態(tài)、高彈態(tài)(橡膠態(tài))和粘流態(tài),最重要的兩個(gè)參數(shù)是玻璃化溫度Tg和熔融溫度Tm。
在承受較大應(yīng)力膠粘劑使用工作溫度應(yīng)小于主體材料的Tg;在應(yīng)力釋放材料和緩沖材料的膠粘劑工作于高彈區(qū)內(nèi);使用熱熔膠必須加熱粘流態(tài)。
3、蠕變和應(yīng)力松弛
3.1應(yīng)力:單位面積上受到的作用力:P=F/S。應(yīng)力有三種基本形式:拉伸(壓縮)應(yīng)力、剪切應(yīng)力和流體靜壓力。
3.2 模量:單位形變所需要的應(yīng)力。E=P/形變量
3.3 蠕變:在應(yīng)力保持恒定的條件下,形變隨著作用時(shí)間的延長而增長。
3.4 應(yīng)力松弛:在形變固定的條件下,應(yīng)力隨作用時(shí)間的延長而下降的現(xiàn)象。
4、高分子固體的強(qiáng)度
4.1 影響高分子固體強(qiáng)度的因素 在材料內(nèi)部存在很多細(xì)小的缺陷受到應(yīng)力作用時(shí)應(yīng)力不是均勻地分布著,在缺陷周圍發(fā)生應(yīng)力集中。當(dāng)局部應(yīng)力超過局部強(qiáng)度時(shí),缺陷就發(fā)展成為裂縫真正破裂。 固體材料的強(qiáng)度與分子作用力的大小,材料中的缺陷大小分布情況以及缺陷周圍的應(yīng)力分布有關(guān)。
。1)減少材料的缺陷即提高分子量,形成結(jié)晶。
(2)增加對裂縫擴(kuò)展的抵抗力即加入增韌劑 。
(三)、膠接頭的破壞力學(xué)
A 膠接頭的破壞類型: 破壞強(qiáng)度:每單位面積或單位膠接頭長度上所能承受的最大載荷。
造成膠接頭破壞的因素:外應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力(收縮壓力、熱應(yīng)力和因環(huán)境介質(zhì)引起的內(nèi)應(yīng)力)的共同作用,加之接頭內(nèi)部(氣泡、裂縫、雜質(zhì))的存在,造成局部的應(yīng)力集中。當(dāng)局部應(yīng)力超過局部強(qiáng)度時(shí),缺陷就能擴(kuò)展成裂縫,導(dǎo)致接頭的破壞。 膠頭的破壞類型
a、被粘物破壞:這種破壞在應(yīng)力最集中的接頭臨近處。
b、內(nèi)聚破壞:膠粘劑層的內(nèi)聚破壞強(qiáng)度取決于膠粘劑的內(nèi)聚強(qiáng)度。
c、界面破壞(粘附破壞):此破壞伴隨被粘物或膠粘劑表面層的破壞。
d、混合破壞:當(dāng)接頭個(gè)部分強(qiáng)度相近時(shí)就產(chǎn)生混合破壞。
C、膠接頭破壞機(jī)理 脆性固體理論認(rèn)為:在脆性固體內(nèi)部存在著固有的缺陷,外力作用下在這些固有缺陷的周圍會發(fā)生應(yīng)力集中并造成微小的裂縫,并不斷擴(kuò)展引起整個(gè)材料破壞。 對于高聚物材料,內(nèi)部生成的裂縫表面薄層上有塑性流動、斷面呈 脆性
(1)膠層或界面曾中的缺陷造成的裂縫,由于外力作用以及緩慢的速度增長;
(2)當(dāng)裂縫增加列其臨界長度時(shí),即裂縫端部造成的應(yīng)力集中超過裂縫增長力時(shí),裂縫快速擴(kuò)展使接頭立即破壞。