氯丁型胶粘剂拉伸剪切强度的影响因素探讨

凌辉1,朱明新1,梁银齐1,毛秋燕2,陈炳江2,陈炳耀1,2

    (1.广东三和化工科技有限公司,广东中山528429;2.佛山夫田涂料化工有限公司,广东佛山528300)

    [摘要]主要从胶粘剂测试试件粘接面积、晾胶时间以及干燥和加压等影响因素着手,对氯丁型胶粘剂拉伸剪切强度的测试条件进行了研究与讨论。得出测试氯丁型胶粘剂拉伸剪切强度较为合适的条件。
    [关键词]氯丁型胶粘剂;拉伸剪切强度;粘接面积
    [中图分类号]TH  [文献标识码]A  [文章编号]1007-1865(2011)09-0032-02
    氯丁橡胶胶粘剂是橡胶型胶粘剂中产量较大的一个品种,其主体材料氯丁橡胶的组成为反式-1,4-结构,氯丁橡胶分子结构中含有59%的碳氢键和40%的氢键,燃烧热低,使得氯丁橡胶胶粘剂具有耐老化、耐热、耐候、耐燃、耐臭氧、耐油和耐化学试剂等性能,且它对金属、非金属等诸多材料均有满意的粘接效果[1]。水基型氯丁橡胶胶粘剂不用有机溶剂、无环境污染是今后氯丁橡胶胶粘剂的发展方向[2],但因干燥速度慢、初粘力低、低温易冻结等不足,应用领域受限。无溶剂型氯丁胶性能不突出,价格又很贵,一直未得到发展[3]。而溶剂型氯丁橡胶胶粘剂虽然环保性不理想,但由于粘接强度高等优点,在实际应用中,当前仍处于主导地位[4]。
    但目前对于氯丁型胶粘剂拉伸剪切强度检测标准尚未完全取得统一,各种检测标准的检测条件有所不同,木材对木材的粘接标准有HG/T3738-2004《溶剂型多用途氯丁橡胶胶粘剂》;LY/T1206-2008《木工用氯丁橡胶胶粘剂》。两个标准在检测条件方面有所不同,因此,文章根据HG/T3738-2004和LY/T1206-2008两个标准,对同一配方的氯丁型胶粘剂做拉伸剪切强度测试条件的对比与分析,确定了适用于氯丁型胶粘剂拉伸剪切强度较为合适的测试条件。
    1实验部分
    1.1实验配方
    氯丁型胶粘剂配方采用(质量份)氯丁橡胶100份、萜烯树脂40份、氧化锌4份、氯化镁8份、轻质碳酸钙20份、乙酸乙酯与120#溶剂油(质量比67︰33)混合溶剂550份[4]。
    1.2实验设备
    LJ-1000型拉力试验机,广州市广材试验仪器有限公司;JA2003电子天平,上海精科天平公司;101-2A型数字式电热恒温干燥箱,上海泸越实验仪器有限公司。
    2结果讨论
    2.1试件粘接面积的比较及选择
    根据HG/T3738-2004所描述的试件尺寸为长×宽×厚为(70±1)mm×(50±0.5)mm×(5±0.2)mm,粘接长度为(20±0.5)mm。LY/T1206-2008所描述的试件尺寸为长×宽×厚为(70±1)mm×(20±0.5)mm×(3.0±0.2)mm,粘接长度为(15±0.5)mm,粘接面积的不同,试样尺寸测量引入的不确定度对胶粘剂的剪切强度的影响程度不同,现从粘接尺寸、粘接面宽度游标卡尺测量误差等方面进行讨论。测量时游标卡尺精度引入的标准不确定度按B类不确定度计算[5],计算结果如表1所示。

表1 尺寸测量不确定度的计算


    从表1可以看出,粘接面积为(50×20)mm2时面积测量引入的相对标准不确定度对测试结果的影响为1.55%,而粘接面积为(20×15)mm2所引入的相对标准不确定度对测试结果的影响为2.41%,可以看出在测试氯丁型胶粘剂时选取粘接面积为(50×20)mm2时,测量尺寸所引入的不确定因素影响较小。所测得的拉伸剪切强度数值较为稳定,精确度更高。所以在测试胶粘剂拉伸剪切强度时选择粘接面积为(50×20)mm2时更为合适。
    2.2晾胶时间与加热干燥对胶粘剂拉伸剪切强度的影响
    根据LY/T1206-2008所述,胶样用玻璃棒搅拌均匀后,分别涂刷于两个基材被粘面上,各涂两遍,总涂胶量为200~250g/m2。涂胶后的被粘物放在烘箱中干燥,干燥温度为(50±2)℃,每涂一遍干燥时间5~7min。用手触及不粘手时进行搭接,而HG/T3738-2004所述为涂胶1~2次,涂胶量为200~250g/m2,晾置10~15min,当指触胶膜稍黏时进行搭接,现根据以上条件,粘接面积选取(50×20)mm2,以同一种氯丁型胶粘剂在同样实验条件下制取试样做验证实验,结果如表2所示。

表2 晾胶时间及干燥对氯丁型胶粘剂位伸剪切强度的影响



    从表2中可以看出,晾胶时间的长短对氯丁型胶粘剂的拉伸剪切强度影响较小,一般通用氯丁型胶粘剂晾胶至表干即可,但涂胶后被粘物放在烘箱中干燥对氯丁型胶粘剂的拉伸剪切强度影响很大,干燥后拉伸剪切强度有增大趋势。原因有两面,第一,氯丁型胶粘剂的基体是高聚物,具有黏弹性,如果在粘接前对试样进行加热干燥,胶粘剂与被粘试样之间的润湿程度提高,与此同时,胶粘剂的模量和内聚强度下降,使胶粘剂粘接接头的应力集中系数降低,胶粘剂承载能力提高,剪切强度升高,如果粘接后对试件加热,胶粘剂的内聚强度下降导致粘接接头的拉伸剪切强度下降[6];第二,在晾胶过程中适当加热干燥,可使胶液中的溶剂快速挥发完全,固化过程中产生的热应力得以释放,同时分子链的活动能力增强,胶粘剂的韧性提高,对缺陷变得不敏感,强度有所升高[7]。故在测试氯丁型胶粘剂拉伸剪切强度时涂胶后将试样放在(50±2)℃的烘箱中干燥5~7min得到的测试结果更为理想,但氯丁型胶粘剂在实际使用时涂胶后以晾胶为主,所以选择涂胶后在(23±5)℃,相对湿度在≤70%的环境中晾置10~15min后再粘接,所得测试数据对实际施工有更好的参考价值。
    2.3压力对胶粘剂拉伸剪切强度的影响
    试件制备好后施压的目的是使两个被粘物更好的粘合,使得胶粘剂在压力作用下克服被粘物表面张力在被粘物表面上更好的润湿,减少应力集中,另外,通过施加适当的压力来控制胶膜厚度及涂胶量,使胶膜厚度达到最佳。根据LY/T1206-2008所述,将粘接好的一组试件5个(或以上)叠放在一起,在加压装置下以0.4MPa的压力加压5min,卸压后试件在温度(23±5)℃,相对湿度在55%~75%的环境中放置30min(用于初期拉伸剪切强度)和48h(用于后期拉伸剪切强度)后测试,而HG/T3738-2004所述为以加压装置于搭接部位施压0.5MPa,时间为30~40s,现根据以上条件,粘接面积选取(50×20)mm2,以同一种氯丁型胶粘剂在同样实验条件下选取不同的压力和加压时间制取试样做验证实验,结果如图1和图2所示。

图1 不同压力下施压40s后氯丁型胶粘剂的位伸剪切强度


图2 不同压力下施压5min后氯丁胶粘剂的拉伸剪切强度


    从图1和图2可以看出,在不同压力下施加同样的时间,粘接接头的拉伸剪切强度随压力的升高而增大,当压力增加到一定值时剪切强度不再增加,若继续加大压力,拉伸剪切强度有降低的趋势,压力达到0.7MPa时强度降低的原因是因为压力过大,使得胶膜很薄。涂胶量达不到200~250g/m2的要求,导致粘接强度降低。从图中可以看出,以0.5~0.6MPa的压力施压5min,粘接效果很好,所以在测试时以0.5~0.6MPa的压力施压5min再进行拉伸剪切强度的测试效果更好。
    3结论
    (1)粘接尺寸测量不确定因素对试验结果的有一定影响,测试氯丁型胶粘剂拉伸剪切强度时,选取粘接面积为(50×20)mm2较(20×15)mm2所引入的不确定因素影响小,更符合科学计算法则。
    (2)晾胶时间长或短对氯丁型胶粘剂的拉伸剪切强度影响较小,一般通用氯丁型胶粘剂晾胶至表干即可。
    (3)涂胶后被粘物放在烘箱中干燥对胶粘剂的拉伸剪切强度影响很大,涂胶后被粘物放在温度为(50±2)℃的恒温烘箱中干燥,每涂一遍干燥时间5~7min,得到的测试结果更为理想。
    (4)试件制备好后施加压力的大小与时间长短对氯丁型胶粘剂拉伸剪切强度有一定的影响,试件搭接以后,选择0.5~0.6MPa的压力施压5min,测得的数据更为准确。
    参考文献
    [1]张晓玲,林新志,瞿连辉,等.一种氯丁胶粘剂拉伸粘接强度降低的原因[J].中国胶粘剂,2007,16(7):35-36.
    [2]杜茂平,魏伯荣,王熙,等.溶剂型氯丁橡胶胶粘剂的研究开发现状[J].中国胶粘剂,2006,15(7):49-53.
    [3]李广宇,于敏,李子东.氯丁橡胶胶粘剂的发展方向[J].粘接,2003,24(6):36-39,54.
    [4]梅建科,黄元波,郑志锋,等.木工用氯丁橡胶胶粘剂的制备与性能研究[J].粘接,2009,30(8):56-58.
    [5]付建龙,陈海玲,杨雪艳,等.胶粘剂拉伸剪切强度测试结果的不确定度评价[J].化学分析计量,2010,19(4):17-18.
    [6]张向宇.胶黏剂分析与测试技术[M].北京:化学工业出版社,2004:250-280.
    [7]秦伟,李莉,叶铸玉,等.真空热循环对环氧胶粘剂拉伸剪切性能的影响[J].失效分析与预防,2008,3(1):7-9.
    [8]HG/T3738-2004溶剂型多用途氯丁橡胶胶粘剂[S].
    [9]LY/T1206-2008木工用氯丁橡胶胶粘剂[S].