粘接接頭必須承受外力的作用,也要經(jīng)受使用環(huán)境因素的考驗(yàn),如溫度、濕度、化學(xué)介質(zhì)、戶外氣候等都會(huì)影響粘接強(qiáng)度。膠粘劑如果在惡劣環(huán)境下使用,應(yīng)該做環(huán)境的模擬試驗(yàn),ASTM標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境試驗(yàn)方法有:
ASTM D896; ASTM D2295; ASTM D1151;
ASTM D2557; ASTM D1828; ASTM D4299;
ASTM D1829; ASTM D4300。
膠粘劑在兩種曝露條件下的老化實(shí)驗(yàn)有:
(1) 典型的實(shí)驗(yàn)室加速老化;
(2) 典型的大氣老化。
有人認(rèn)為工加速老化試驗(yàn)?zāi)芘帕心z粘劑的耐水性和環(huán)境對(duì)內(nèi)聚強(qiáng)度影響的順序。然而,通常的戶外大氣老化試驗(yàn)是以金屬界面耐腐蝕能力排列膠粘劑順序的[3]。
1.高溫 所有曝露于高溫環(huán)境下的聚合物,都會(huì)發(fā)生某種程度的降解,經(jīng)高溫試驗(yàn)后,力學(xué)性能降低。在熱老化時(shí),力學(xué)性能也有降低。最新研制的一些聚合物膠粘劑,能耐260--310°C的高溫。
對(duì)于耐高溫的膠粘劑來(lái)說(shuō),熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)一定要高,且應(yīng)抗氧化。熱塑性膠粘劑室溫下能獲得良好的粘接效果,然而,一旦使用溫度達(dá)到膠粘劑的玻璃化溫度,就會(huì)造成膠層變形,使內(nèi)聚合強(qiáng)度降低。熱固性膠粘劑沒(méi)有熔點(diǎn),由大分子高度交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,多數(shù)都適合在高溫下使用。熱固化的關(guān)鍵問(wèn)題是因熱氧化和高溫分解引起的強(qiáng)度降低速率[1]。
耐高溫膠粘劑通常具有剛性的高分子結(jié)構(gòu),很高的軟化溫度和穩(wěn)定的化學(xué)基團(tuán)。這些都給粘接工藝帶來(lái)困難。故只有為數(shù)不多的熱固性膠粘劑能在177°C高溫下長(zhǎng)期使用[1]。
1.1 環(huán)氧樹(shù)脂類
環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑一般僅適用于121°C以下的溫度,有些能在260°C下短期工作,有的可在149--260°C下長(zhǎng)期使用。這些膠粘劑是在其中加入熱穩(wěn)定性的環(huán)氧樹(shù)脂或高溫固化劑,專門(mén)為高溫環(huán)境配制的。耐高溫的環(huán)氧樹(shù)脂是酚醛環(huán)氧樹(shù)脂,由于兼具了酚醛樹(shù)脂優(yōu)良的熱穩(wěn)定性與環(huán)氧樹(shù)脂良好的粘附性,而使膠粘劑能在371°C下短期工作,在177°C下連續(xù)使用[1]。
酸酐固化劑要比其他環(huán)氧固化劑使未改性環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑有更好的高溫穩(wěn)定性,例如苯酐、均苯四甲酸酐和氯茵酸酐會(huì)使環(huán)氧膠有較大的交聯(lián)度,因而短期可耐高溫232°C,但承受長(zhǎng)期熱疲勞卻只能耐149°C[1]。
環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑的優(yōu)點(diǎn)是固化溫度低,固化時(shí)無(wú)揮發(fā)物放出,價(jià)格低廉,配方多樣,用途廣泛,耐高溫的膠粘劑雖然無(wú)上述優(yōu)點(diǎn),但卻有益于改善耐熱性能。
1.2 改性酚醛類
。1) 丁腈—酚醛 在一般的改性類酚醛膠粘劑中,丁腈—酚醛具有最好的耐高溫性能,在121--177°C時(shí)有較高的剪切強(qiáng)度,高溫老化時(shí)的強(qiáng)度保留率很高。丁腈—酚醛膠粘劑的韌性很好,剝離強(qiáng)度很高,這種膠粘劑可制成膠液和有載體或載代表的膠膜使用。
。2) 環(huán)氧—酚醛 這類膠粘劑大部分用于軍事上,設(shè)計(jì)使用溫度為149--260°C,但環(huán)氧—酚醛和丁腈—酚醛類膠粘劑都不能于177°C下固化,因?yàn)闀?huì)放出氣體而發(fā)泡,故推薦在93°C下固化24h.。
1.3 聚砜 這是一種高溫?zé)崛鄣臒崴苄运芰,已被用作膠粘劑。聚砜能與金屬粘合,軟化點(diǎn)高,熱穩(wěn)定性好,熱變形溫度為174°C,二級(jí)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度193°C,彎曲模量在較寬的溫度范圍內(nèi)不變。聚砜膠粘劑以干顆粒狀供應(yīng),粘接金屬—金屬的接頭有很高的剝離強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。在高達(dá)193°C時(shí)聚砜保持著結(jié)構(gòu)的完整性,在149°C時(shí)其強(qiáng)度保留率為室溫剪切強(qiáng)度的60%以上,并有相當(dāng)時(shí)間,只要能產(chǎn)生足夠的熱量充分浸潤(rùn)被粘物即可。聚砜熱熔膠粘接包層鋁合金、不銹鋼和冷軋鋼的效果很好。在粘接之前,必須進(jìn)行認(rèn)真的表面處理,這很重要。