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影响热熔胶剥离强度的因素有哪些?

两个被粘物使用热熔胶粘合后,在存放和使用的过程中会受到以下两种类型的外力作用而被破坏:

一是端部受到剥离应力的作用而翘起,甚至被撕开,破坏常常发生在胶粘剂的界面附近,主要受到胶粘剂与被粘物表面的范德华力的大小制约;

  

二是受到持久的剪切应力作用而脱开。常常发生在胶粘剂的内部,主要决定于胶粘剂本身的范德华力,也就是我们通常说得内聚力。

  

第一种力我们通常用剥离强度的数值来表征它们,而第二种力我们用剪切蠕变的大小即持粘力的数值来表征它们。


剥离强度定义:指胶粘制品在适当的外力和足够的时间进行粘合后与被粘物表面形成抵抗粘合界面分离的一种力。


剥离强度的测试方法

1
180°和90°剥离测试


180°剥离测试方法最常见,剥离测试操作简单方便,测试结果分散性小。由于剥离强度测试条件对测试结果影响很大,所以各国都已经制定了标准化的测试方法。美国的国家标准为ASTM D1000-66 和ASTM D3330M,美国的压敏胶粘带协会PSTC制定的测试标准为PSTC-1(单面胶带)和PSTC-3(双面胶带)。欧洲制定的测试标准为AFERA4001。日本的国家标准为JIS ZO237-8。我国制定的180°剥离强度测试方法标准为GB2792-1998。各国的测试标准中所规定的测试条件和要求都不完全一致。为了促进世界各国之间胶粘制品的贸易和技术交流,世界上主要的几个胶粘剂协会已经制定了180°剥离强度测试方法的国际标准。

 

2
T型剥离测试


主要用于非压敏性的胶粘剂的剥离强度测试,常用此法测试压敏胶带的初粘性。


剥离强度的成因

非反应型压敏胶制品的剥离强度是胶层与被粘物表面形成的范德华力所致,其最终强度值的大小是胶层与基材、被粘物共同所组成的复合材料的粘弹性相关,也就说最终测试出来的剥离强度值不仅和胶粘剂本身相关,也跟基材和被粘物有关。


剥离强度测试是一个非常复杂的过程;测试所得到的剥离强度值不仅仅是胶粘剂本身的剥离强度值,还受到测试过程中胶本身的拉伸变形和基材的变形等因素影响;还与他们的厚度以及测试条件,如剥离角度、剥离速度、测试温度等有关。 


剥离测试时的破坏类型

我们在做剥离测试时,往往非如我们所愿的那样胶粘剂从被粘物表面很平滑的剥离开来,会发生很多种破坏类型。破坏类型不同,即使相同的测试结果所能表征的性能也会不一样。一个粘合好的样品在进行剥离测试时,有可能会出现以下六种类型破坏的一种。


1
界面粘合破坏


完全界面破坏发生的明显标志是剥离破坏后胶粘制品与被粘物表面干净地分离,没有任何肉眼可以观察到的残胶留在被粘物表面上,也没有任何肉眼观察到的被粘物留在胶层表面。因此,只有发生完全的界面破坏时所测得的剥离值才能真正表征界面粘合力的大小。


2
胶粘剂层内聚破坏


若试验时剥离破坏后被粘物表面和基材明显地残留一层胶粘剂就是内聚破坏。

  

3
基材-胶层界面破坏


测试剥离后胶粘剂层全部残留在被粘物表面上而基材上没有留下人很好肉眼可以观察到的胶粘剂。


4
被粘物内聚破坏


测试剥离后破坏发生在被粘物内部。如常用的BOPP胶带在封箱后进行剥离,破坏常常发生在纸箱内部即是内聚破坏。

5
基材内聚破坏


测试剥离后发生测试基材内部破坏。若测试泡棉胶带时就常常会发现泡棉本身发生破坏。


6
混合破坏


测试剥离后发生以上五种中任何两种以上的破坏即是混合破坏。不同用途的产品会有不同的要求破坏类型。如大部分的压敏胶制品我们希望它发生完全的界面破坏,但是绝大多数的热熔胶我们希望它发生被粘物内聚破坏等等。 


影响剥离强度的因素

我们测试剥离强度时,所得到的值并不等于界面粘合力,因为除了界面粘合力外,它还受到其他因素的影响。

  

测试条件对剥离强度的影响

(1)剥离角度的影响

大量的试验研究数据表明,剥离测试时所采用的剥离角度对所测得的剥离强度值影响很大。剥离角度为0°时就说典型的拉伸剪切测试,所得到的值就是拉伸剪切强度。一般情况下,拉伸剪切强度要比剥离强度大许多,随着剥离角度的增加,所得的剥离强度值逐步较小。最小值出现在120°-150°之间,最大值出现在40°-60°之间。曹通远博士在这方面做了不少工作,并为此发明了一台可以测试不同角度剥离强度的剥离试验机。我们通常使用180°做标准测试。 


(2)剥离速度的影响

测试时,不同的剥离速度会发生不同的破坏类型。剥离速度从慢到快,胶层从内聚破坏向界面破坏过渡,然后是一个相对平稳阶段向“粘-滑”阶段过渡。因此,各国在制定180°剥离强度测试标准时对剥离速度皆作了严格的规定,即300mm/min。这样的速度正好处于平稳的剥离阶段。


(3)测试温度的影响

从理论上来说,所有的热熔胶都是一种粘弹体,符合时温等效原理。在不同温度下进行180°剥离强度测试时,不仅所测得的剥离强度值有很大的不同,而且破坏类型也会不一样。胶粘剂的这种变化主要是有胶粘剂的粘弹性行为所决定的。因此,各国在制定180°剥离强度测试标准中,对温度也作了严格的规定。一般是室温23℃±2。


(4)其他测试条件的影响

除了剥离角度、剥离速度和测试温度外,剥离强度测试中的其他条件,如试样准备前被粘材料的表面除了情况,粘贴试样的外加压力大小,加压的方式和时间,试样制备后的放置时间、放置地点的温度以及试样制备、放置和测试时的环境湿度等,都对剥离强度测试结果又一定影响。曹通远博士曾经对我说过,影响的因素有二十种之多。


胶粘剂本身对剥离强度的影响

1、胶层厚度对剥离强度的影响

2、胶粘剂本身的拉伸强度和弹性模量的影响

3、胶粘剂分子极性的影响

4、胶粘剂分子量和分子量分布的影响


被粘材料对剥离强度的影响

被粘材料对胶制品剥离强度的影响主要是由于它们的表面能和材料的粘弹性所引起的。胶粘剂对不同材料表面的被粘物表面浸润能力不一样,所产生的范德华力不同,所测得的剥离强度值当然也不一样。对于热熔压敏胶制品,180°剥离强度出现最大值与最佳润湿热力学条件一致。这也直接说明了胶粘剂的粘合力主要来源于胶粘剂与被粘材料之间形成的范德华力。


其次,被粘材料表面的粗糙度对剥离强度也有明显的影响。这是由于粗糙的表面增大了胶粘剂的接触面积,也就意味着增大了范德华力。同时,粗糙表面容易形成机械锚固,而机械锚固的作用力主要取决于胶粘剂材料本身的范德华力,这种范德华力往往大于界面的范德华力。


除了表面能和表面的粗糙度外,材料本身的粘弹性对胶粘剂的剥离强度也有很大的影响。这也是不同温度段胶粘制品测得剥离强度不一样的原因之一。


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