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膠粘劑的老化試驗概述

隨著高聚物材料的發(fā)展，膠粘劑和膠接技術在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防科學及其它行業(yè)中獲得了廣泛的應用。膠粘劑的應用領域如此廣泛，其老化性能是人們普遍關心的。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方法的統(tǒng)一，只有在相同的試驗方法和試驗條件下，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果有可比性。
 一、膠粘劑的老化試驗：
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、機械、微生物、工業(yè)腐蝕氣體以及其它介質的作用，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，還使其發(fā)生熱裂解和分解反應。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結構有關。
一般認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，濕熱老化的主要機理分為三種情況
(1)、濕氣在高溫作用下滲進膠粘劑層內(nèi)部，破壞膠粘劑中易水解的化學鍵和基團(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，導致膠接性能降低；
(3)、濕氣進入膠粘劑內(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方法及標準的制訂的較晚，而上已有許多老化試驗標準方法可供參考和借鑒。
常用的老化試驗方法分自然老化和加速老化試驗兩大類。自然老化試驗的特點是利用自然環(huán)境條件或自然介質進行試驗，主要試驗方法有膠粘劑貯存壽命試驗方法、膠粘劑戶外曝露試驗。加速老化試驗方法的特點是用人工的辦法在室內(nèi)或設備內(nèi)模擬近似于大氣環(huán)境條件或某種特定的環(huán)境條件，強化某些因素，以期在較短的時間內(nèi)獲得試驗結果，經(jīng)常采用的加速老化試驗方法有：膠粘劑的溫度和濕度效果試驗方法、膠粘劑受力狀態(tài)和工作壽命試驗方法、膠粘劑耐久性試驗方法、膠粘劑耐細菌和霉菌試驗方法、膠粘荊煮干循環(huán)老化試驗方法、膠粘劑高能輻射試驗方法、膠粘劑氧壓法加速老化試驗方法等。
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。為了更好地應用各種膠粘劑，應研究各種環(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條件下進行試驗，以便于進行性能研究和對比。同一種膠粘劑在相同條件下進行老化試驗，取樣后立即進行性能測試，和取樣后放置一定時間后進行性能測試，其性能參數(shù)兩者是否一致。是衡量對比膠粘劑性能指標時必須注意的問題之一。為此，我們選用各項性能指標比較穩(wěn)定的粘膠劑樣品進行對比試驗。加速老化試驗粘接試樣為45°鋼，表面經(jīng)噴砂處理。人工加速老化試驗選用濕熱老化試驗，試驗溫度為40℃，相對濕度為95%。各濕熱老化試驗周期及經(jīng)不同時間放置后的性能測試結果如表1：
 
由表1看出，放置時間相同經(jīng)兩種不同試驗周期后的剪切強度均呈下降趨勢。這說明經(jīng)濕熱老化試驗后， 膠粘劑的性能發(fā)生了變化。即剪切強度隨濕熱老化試驗時間的增長而降低。此外，兩組測試結果還看出，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度不相同，在240h濕熱老化以前兩種測試結果的變化率均大于l，即在室溫放置24h后測試的剪切強度低于取樣后立即測試的結果。當240h濕熱老化試驗以后兩種測試結果的變化率均小于l， 即在室溫放置24h后測得的剪切強度高于取樣后立即測得的結果。由此看出，同種膠粘劑經(jīng)相同老化試驗條件試驗后，當放置時問不同測得的結果是有差別的。在膠粘劑研制和老化性能試驗過程中必須注意這一點。所以，為了保證老化試驗數(shù)據(jù)的可比性，經(jīng)老化試驗后的試樣應置于室溫或硅膠干燥器中穩(wěn)定24～48h后再進行性能測試。老化試驗方法對膠粘劑性能的影響只有掌握了不同加速老化試驗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方法，盡快地得到老化試驗結果。一般認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，我們進行了如下試驗；
(1)、熱老化試驗，SC/BIR-15熱老化試驗機，試驗溫度為150±1℃。
(2)、濕熱老化試驗，采用SC/HS-408C調(diào)溫調(diào)濕老化試驗機，試驗溫度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，兩類試驗結果的不同可以歸納為：
(1)、無論是濕熱老化還是熱老化試驗后，拆卸扭矩均高于未經(jīng)過老化試驗的，這說明在96h濕熱和熱老化試驗時間內(nèi)，熱只起到使膠粘劑進一步固化的作用，這種試驗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)、熱老化試驗后各取樣周期的拆卸扭矩均高于同周期濕熱老化試驗結果。由此看出，熱老化試驗溫度雖然是濕熱老化試驗的三倍，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，使膠粘劑老化的強烈程度遠小于濕熱老化。
(3)、上述試驗結果進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的膠粘劑來說，是提供反應活化能，促使分子間發(fā)生交聯(lián)反應， 形成具有高內(nèi)聚強度的網(wǎng)狀或體形結構。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相同的老化試驗條件下，濕熱老化試驗時間基本相同范圍內(nèi)(100h)，其剪切強度不但沒有上升現(xiàn)象，反而呈穩(wěn)定下降趨勢。

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：雷梅

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