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本文研究了两种典型高分子胶粘剂(环氧胶粘剂和聚氨酯胶粘剂)在典型大气曝晒环境和人工加速试验中的老化失效行为,探讨了老化失效过程与老化时间、粘接界面、表观形貌以及微观结构之间的关系。通过方差分析法研究不同环境因素与典型高分子胶粘剂老化失效行为的相关性。研究结果表明:
在武汉、漠河、万宁地区大气曝露试验,环氧胶粘剂的粘接性能随曝晒时间的延长而逐渐降低,老化失效现象日趋严重。对比地区差异可见,万宁地区老化失效现象最为严重,武汉地区次之,漠河地区老化失效行为最轻。对比曝晒周期和气候因素可见,不同的曝晒周期和不同的气候因素对环氧胶粘剂的老化失效行为的影响亦不相同,其中夏季是环氧胶粘剂老化失效最快的周期,降水量则是影响环氧胶粘剂老化失效行为主要的气候因素。
不同表面处理对环氧胶粘剂老化失效行为具有不同的影响,与砂纸打磨法相比,PAA和SHA化学表面处理可以显著提高环氧胶粘剂接头的老化失效寿命。但是随着温度升高,化学表面处理对环氧胶粘剂老化失效行为的影响逐渐减小。
高温环境中,随着老化时间的延长,环氧胶粘剂粘接性能逐渐下降;且温度愈高,环氧胶粘剂老化失效速率愈快。高温引起环氧胶粘剂分子链发生降解是环氧胶粘剂老化失效的主要原因。
水分子对环氧和聚氨酯胶粘剂老化失效影响的主要因素如下:一水分子渗入界面,破坏了界面粘接结构;二水分子引起金属基体锈蚀,胶粘剂溶胀甚至水解,产生粘接界面的内聚应力,导致胶层与被粘物基体脱离。
湿热环境中,环氧和聚氨酯胶粘剂的粘接强度均随着老化时间的延长而快速降低。对比单纯的水和高温环境,环氧和聚氨酯胶粘剂在湿热环境中的老化失效行为最显著。
在荧光紫外环境中,两种典型高分子胶粘剂的力学性能随老化时间的延长呈先增后降得趋势,表明紫外光可以使高分子胶粘剂的进一步固化;但随老化时间的延长,紫外光对胶粘剂高分子链节的破坏断裂占主导作用,造成高分子胶粘剂老化失效。
在氯化钠介质水溶液中,介质离子加快了水分子的扩散以及对金属基体的腐蚀。介质浓度与聚氨酯胶粘剂的粘接强度呈反比关系,浓度越高,聚氨酯胶粘剂老化失效越快;温度与聚氨酯胶粘剂的粘接强度亦呈反比关系,温度升高,使聚氨酯胶粘剂接头的老化失效寿命缩短。
通过方差分析表明不同环境因素对环氧和聚氨酯胶粘剂老化失效行为的影响具有差异性,其中影响最为显著的环境因素是5%NaCl水溶液,影响最小的环境因素是紫外光。