粘膠劑的老化試驗(yàn)

隨著高聚物材料的發(fā)展，膠粘劑和膠接技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防科學(xué)及其它行業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。膠粘劑的應(yīng)用領(lǐng)域如此廣泛，其老化性能是人們普遍關(guān)心的。在各種膠粘劑老化與防老化研究過程中，首先遇到的是膠粘劑的老化試驗(yàn)方法的統(tǒng)一，只有在相同的試驗(yàn)方法和試驗(yàn)條件下，才能評階各種膠粘劑的性能變化及其防老化效果的優(yōu)劣，使老化與防老化研究結(jié)果有可比性。

 一、膠粘劑的老化試驗(yàn)：

膠粘劑在貯存和使用過程中，菝接部分受到光、濕熱、熱、氧，水分、臭氧、化學(xué)、機(jī)械、微生物、工業(yè)腐蝕氣體以及其它介質(zhì)的作用，膠接性能逐漸降低的現(xiàn)象稱為膠粘劑的老化。膠粘劑老化試驗(yàn)的目的就是考察膠粘劑在這些因素作用下的性能變化規(guī)律。

單純水分或濕度能破壞膠粘劑中可以水解的酯基、羥基和醚基等，洗去膠粘劑表面能溶于水的抗氧劑、熱穩(wěn)定劑及其它防老荊或添加劑，降低耐老化性能。濕、熱的綜合作用對膠粘劑的老化影響更顯著，使膠粘劑發(fā)生水解的同時(shí)，還使其發(fā)生熱裂解和分解反應(yīng)。膠粘劑的老化性能與被膠物表面處理狀態(tài)，被粘接物及牯接劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。

一般認(rèn)為單純光并不是引起膠粘劑老化的主要因素，而是上述因素的綜合作用。所以，ASTM人工加速老化試驗(yàn)方法中對溫度和濕度都有一定的要求。高溫高濕的共同作用是膠粘劑老化的主要因素，濕熱老化的主要機(jī)理分為三種情況

(1)、濕氣在高溫作用下滲進(jìn)膠粘劑層內(nèi)部，破壞膠粘劑中易水解的化學(xué)鍵和基團(tuán)(如酯基、羰基、羥基)，使膠粘劑分子鏈降解，降低其膠接性能；

(2)、水分子滲入膠與被粘物表面，使其分離，導(dǎo)致膠接性能降低；

(3)、濕氣進(jìn)入膠粘劑內(nèi)部，由于交聯(lián)密度的不同，使膠粘劑分子鏈柔順性發(fā)生變化，水分起著一種物理增塑劑的作用，這種增塑有時(shí)是可逆的，從而使膠粘劑某些性能變壞。

目前，膠粘劑老化試驗(yàn)方法正隨著膠粘劑的發(fā)展而不斷地完善。在我國膠粘劑老化試驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)的制訂的較晚，而上已有許多老化試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法可供參考和借鑒。

常用的老化試驗(yàn)方法分自然老化和加速老化試驗(yàn)兩大類。自然老化試驗(yàn)的特點(diǎn)是利用自然環(huán)境條件或自然介質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)，主要試驗(yàn)方法有膠粘劑貯存壽命試驗(yàn)方法、膠粘劑戶外曝露試驗(yàn)。加速老化試驗(yàn)方法的特點(diǎn)是用人工的辦法在室內(nèi)或設(shè)備內(nèi)模擬近似于大氣環(huán)境條件或某種特定的環(huán)境條件，強(qiáng)化某些因素，以期在較短的時(shí)間內(nèi)獲得試驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)常采用的加速老化試驗(yàn)方法有：膠粘劑的溫度和濕度效果試驗(yàn)方法、膠粘劑受力狀態(tài)和工作壽命試驗(yàn)方法、膠粘劑耐久性試驗(yàn)方法、膠粘劑耐細(xì)菌和霉菌試驗(yàn)方法、膠粘荊煮干循環(huán)老化試驗(yàn)方法、膠粘劑高能輻射試驗(yàn)方法、膠粘劑氧壓法加速老化試驗(yàn)方法等。

二、膠粘劑老化性能：

眾所同知，膠粘劑種類很多，其老化性能也各有差別。為了更好地應(yīng)用各種膠粘劑，應(yīng)研究各種環(huán)境條件下膠粘劑的老化性能，歸納出膠粘劑老化性能變化規(guī)律。

(一)放置時(shí)間對老化性能的影響：

為了對比同類或同種膠粘劑的老化性能，一般都規(guī)定在相同的老化試驗(yàn)條件下進(jìn)行試驗(yàn)，以便于進(jìn)行性能研究和對比。同一種膠粘劑在相同條件下進(jìn)行老化試驗(yàn)，取樣后立即進(jìn)行性能測試，和取樣后放置一定時(shí)間后進(jìn)行性能測試，其性能參數(shù)兩者是否一致。是衡量對比膠粘劑性能指標(biāo)時(shí)必須注意的問題之一。為此，我們選用各項(xiàng)性能指標(biāo)比較穩(wěn)定的粘膠劑樣品進(jìn)行對比試驗(yàn)。加速老化試驗(yàn)粘接試樣為45°鋼，表面經(jīng)噴砂處理。人工加速老化試驗(yàn)選用濕熱老化試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為40℃，相對濕度為95%。各濕熱老化試驗(yàn)周期及經(jīng)不同時(shí)間放置后的性能測試結(jié)果如表1：

由表1看出，放置時(shí)間相同經(jīng)兩種不同試驗(yàn)周期后的剪切強(qiáng)度均呈下降趨勢。這說明經(jīng)濕熱老化試驗(yàn)后， 膠粘劑的性能發(fā)生了變化。即剪切強(qiáng)度隨濕熱老化試驗(yàn)時(shí)間的增長而降低。此外，兩組測試結(jié)果還看出，取樣后立即測試的試樣，與在室溫放置24h后測試的試樣剪切強(qiáng)度不相同，在240h濕熱老化以前兩種測試結(jié)果的變化率均大于l，即在室溫放置24h后測試的剪切強(qiáng)度低于取樣后立即測試的結(jié)果。當(dāng)240h濕熱老化試驗(yàn)以后兩種測試結(jié)果的變化率均小于l， 即在室溫放置24h后測得的剪切強(qiáng)度高于取樣后立即測得的結(jié)果。由此看出，同種膠粘劑經(jīng)相同老化試驗(yàn)條件試驗(yàn)后，當(dāng)放置時(shí)問不同測得的結(jié)果是有差別的。在膠粘劑研制和老化性能試驗(yàn)過程中必須注意這一點(diǎn)。所以，為了保證老化試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可比性，經(jīng)老化試驗(yàn)后的試樣應(yīng)置于室溫或硅膠干燥器中穩(wěn)定24～48h后再進(jìn)行性能測試。老化試驗(yàn)方法對膠粘劑性能的影響只有掌握了不同加速老化試驗(yàn)方法對膠粘劑加速老化的作用，才能合理地選擇加速老化試驗(yàn)方法，盡快地得到老化試驗(yàn)結(jié)果。一般認(rèn)為濕熱綜臺作用比單純熱的條件苛刻，為了研究兩者對膠粘劑老化性能的影響，我們進(jìn)行了如下試驗(yàn)；

(1)、熱老化試驗(yàn)，SC/BIR-15熱老化試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)溫度為150±1℃。

(2)、濕熱老化試驗(yàn)，采用SC/HS-408C調(diào)溫調(diào)濕老化試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)溫度50±1℃，相對濕度95%。

(3)、用BN-501厭氧膠粘接M10鍍鋅鋼螺栓螺帽。

經(jīng)老化后的性能測試結(jié)果分別列入表2和表3。

由表2和表3明顯地看出性能變化。在原始性能相同的情況下，兩類試驗(yàn)結(jié)果的不同可以歸納為：

(1)、無論是濕熱老化還是熱老化試驗(yàn)后，拆卸扭矩均高于未經(jīng)過老化試驗(yàn)的，這說明在96h濕熱和熱老化試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，熱只起到使膠粘劑進(jìn)一步固化的作用，這種試驗(yàn)條件對膠粘荊的性能不但沒有起到破壞，反而起到提高的作用，而濕熱氣體在膠粘劑內(nèi)部起著一種物理增塑劑的作用，但這種增塑作用是可逆的。

(2)、熱老化試驗(yàn)后各取樣周期的拆卸扭矩均高于同周期濕熱老化試驗(yàn)結(jié)果。由此看出，熱老化試驗(yàn)溫度雖然是濕熱老化試驗(yàn)的三倍，由于單純熱一種因素的作用，其破壞作用低于濕熱兩種因素的作用，使膠粘劑老化的強(qiáng)烈程度遠(yuǎn)小于濕熱老化。

(3)、上述試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證明了膠粘荊固化耐加溫的作用，尤其對那些不古固化劑或雖含有固化劑但只有在高溫下才能反應(yīng)的膠粘劑來說，是提供反應(yīng)活化能，促使分子間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)， 形成具有高內(nèi)聚強(qiáng)度的網(wǎng)狀或體形結(jié)構(gòu)。因此，對這類膠粘劑在膠接過程中就必須加溫，而對那些可以在室溫條件下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的膠粘劑則不必加溫。如表4的膠粘劑在與表3相同的老化試驗(yàn)條件下，濕熱老化試驗(yàn)時(shí)間基本相同范圍內(nèi)(100h)，其剪切強(qiáng)度不但沒有上升現(xiàn)象，反而呈穩(wěn)定下降趨勢。