膠接頭在存放或使用過程中由于受到熱、水、光、氧氣等環境因素作用,性能逐漸下降,使接頭完全破壞,這就是膠接頭的老化。
1、 金屬膠接頭的老化
1、1接頭的大氣老化機理
A、水的作用
(1)水對膠接頭的界面的作用:也叫界面解吸附機理,水的老化作用主要發生在膠接界面,大量的水分子沿著親水性金屬表面(更確切地說是金屬氧化物表面)很快地滲透到整個膠界面后,取代膠粘劑分子原先在金屬表面上的物理吸附,引起粘附強度下降,產生金屬膠接頭的界面粘附破壞。這主要是由于極性很大的水分子在金屬氧化物表面的吸附功比膠粘劑分子的吸附功大。兩者差值越大,解吸附作用的能力越強。例如、以物理吸附為主的環氧——尼龍膠如此。
(2)水對膠層的作用:另外,有人認為,水的主要作用發生在被粘表面影響的膠粘劑邊界層中,水分子能夠滲入聚合物本體,破壞聚合物分子之間的氫鍵和其他次價鍵(化學水解),使聚合物膠層發生物理增塑作用,導致高溫膠接強度下降。因為水滲入膠層常降低膠層的熱變形溫度。這種變化是可逆的,除水后性能恢復。
水還可以斷裂高分子鏈,引起聚合物的化學將解作用。這種變化是不可逆的。
B、應力存在的作用 水對膠粘劑的影響:
(1)水對膠接界面的解吸附;
(2)水對膠層的化學將解和物理增塑;
(3)水和氧氣同時存在引起金屬被粘表面的電化學腐蝕;
(4)水使空氣的腐蝕性氣體如N2O4,SO2對接頭產生加速地破壞作用;
(5)水對接頭界面的應力集中起促進作用。因此英里存在是金屬膠接頭大氣老化的主要原因之一。
即使沒有其他環境因素的影響,外應力和內應力(如收縮應力和熱應力)的結合,可使膠接頭發生蠕變破壞。在應力存在下進行老化,內應力無論在膠 接界面還是在膠層中產生的裂縫都有利于介質(尤其是水)的進一步滲透;而水的浸入又能促進裂縫原者垂直于應力方向進一步增長,使應力減弱。應力和環境介質的互相促進作用力大大加速膠接頭的老化,此即為“應力腐蝕開裂”。
C、金屬表面的電化學腐蝕 氧和水同時存在是發生電化學腐蝕作用的首要條件。這種電化學腐蝕發生在金屬表面與膠粘劑接面上,如將引起膠接頭的粘附強度迅速下降。
1.2 金屬接頭的熱老化機理 一般來說,被粘金屬在高溫下的穩定性要比有機膠粘劑好得多,因此金屬膠接頭的熱老化主要是膠粘劑的熱老化。
A、膠粘劑的熱老化機理: 膠粘劑遇熱產生兩種變化:1、物理變化,為可逆反應。線形熱塑性膠 軟化和熔融,而交聯熱固性膠產生較大變形;2、化學變化,為不可逆反應,主要表現為熱分解和氧化分解。這是膠粘劑熱老化的主要原因。
表征這些變化的主要溫度參數是玻璃化溫度(Tg)、熱變形溫度(HDT)、熔點(Tm)和分解溫度(Td)等。當膠粘劑受熱超過Tg和HDT是,力學強度顯著降低;當受熱溫度達到Tm或Td,則膠粘劑永久破壞而不能使用。
經實驗證明,氧對膠粘劑的分解遠比熱分解嚴重。因為氧首先氧化分子鏈中易被氧化的化學鍵,生成的過氧化物分解為自由基,引起自由基連鎖分解反應。
B、 金屬被粘物表面處理對膠粘劑熱老化的影響。 由于在被粘物表面的過渡元素如下:Fe,Cu,CO,的氧化物或離子對膠粘劑的氧化分解起到催化作用,導致膠粘劑熱老化加速。其機理如下(以CU2+為例):
R-O-O-H+CU2+→R-O-O+CU++H+ R-O-O-H+CU+→R-O+ CU2++OH-
金屬離子與有機過氧化物發生氧化還原反應,降低了過氧化物的分解活化能。
1、3 提高金屬膠接頭的老化性能的途徑。
A、 提高耐大氣老化的途徑 膠粘劑本體具有很好的耐水性是改善膠接頭耐大氣老化性能的先決條件。增加膠粘劑本體交聯密度可以減小膠層的吸水率,但交聯密度太大常引起脆性增加,降低膠層抗裂縫增長的能力。如果加入適量增韌劑,可增加韌性和抵抗裂縫增長的能力,從而提高膠接頭的耐大氣老化性能,但彈性體的加入使交聯密度降低。