膠粘劑的粘附強(qiáng)度的快速測(cè)試方法

粘附強(qiáng)度是指膠粘劑粘結(jié)到基底材料上的粘接強(qiáng)度衡量標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)膠粘劑粘接到一個(gè)物體上或者表面上時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)許多物理的、機(jī)械的和化學(xué)的力，它們彼此之間會(huì)相互影響。在產(chǎn)品能夠被應(yīng)用之前需要測(cè)試這些力。大量的不同膠粘劑產(chǎn)品、基底材料和應(yīng)用以及諸如膠水、霜、凝膠、涂料和油漆等產(chǎn)品的粘附力特性都需要不同的粘合試驗(yàn)。

1. 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為準(zhǔn)備試驗(yàn)樣品，選用不銹鋼（材料編號(hào)為1.4301），用于粘附體、基座和壓型塊。10毫米直徑的壓型塊有78.5 mm²的粘結(jié)面積。

用砂紙（粒度為K1200）濕磨和拋光，機(jī)械處理壓型塊和基座。清除拋光膏后，用己烷清洗，并用無纖維布擦拭。另一個(gè)清洗程序是，壓型塊和基座被放入乙醇中，并在超聲波浴（頻率40 kHz）中處理20分鐘。之后，取出所有的部件，并在常溫下?lián)]發(fā)干燥。

我們使用TSU-L壓型塊來進(jìn)行測(cè)試，一個(gè)壓型塊的質(zhì)量大約是37.04 g，它與旋轉(zhuǎn)軸的距離是62.8 mm。

連接過程如圖1所示。膠粘劑用于帶有直接置換管道的壓型塊（a），以確保重復(fù)使用7 μl的量。引導(dǎo)套筒放置在樣品表面（b），壓型塊插入（c）并與樣品（d）粘結(jié)。膠粘劑的固化條件如表1所示。

圖1 測(cè)試樣品的制備

80°C溫度下固化3小時(shí)后，從烘箱中取出測(cè)試樣品，然后在測(cè)試前一小時(shí)冷卻至室溫。

表1 固化條件

1. 測(cè)試程序

使用LUMiFrac粘附強(qiáng)度分析儀進(jìn)行測(cè)試，如圖2所示。離心技術(shù)的試驗(yàn)原理是基于旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，離心力。

圖2 LUMiFrac粘附強(qiáng)度分析儀

其中，m是旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，?是旋轉(zhuǎn)速度，r是旋轉(zhuǎn)軸的距離。旋轉(zhuǎn)速度的增加會(huì)導(dǎo)致負(fù)載增加。如果負(fù)載超過了樣品的粘附強(qiáng)度，試驗(yàn)壓模塊就會(huì)在引導(dǎo)套筒內(nèi)向外移動(dòng)。試驗(yàn)壓模的分離也會(huì)被自動(dòng)檢測(cè)到。使用SEPView測(cè)量軟件，可計(jì)算斷裂力和粘附強(qiáng)度。

圖3

該儀器通過USB連接到電腦上。接口用于控制儀器（測(cè)試參數(shù)的傳輸）和結(jié)果的傳輸。當(dāng)前的轉(zhuǎn)子-轉(zhuǎn)速被不斷地傳送到電腦軟件。斷裂時(shí)刻的轉(zhuǎn)速和斷裂時(shí)間被保存到相關(guān)的樣品位置。

將準(zhǔn)備好的樣品插入到模塊中進(jìn)行裂縫檢測(cè)，然后放置在轉(zhuǎn)子上。之后，關(guān)閉轉(zhuǎn)子和離心機(jī)蓋。圖4顯示了帶有8個(gè)通道（測(cè)試位置）的LUMiFrac的轉(zhuǎn)子。

圖4 有8個(gè)通道的LUMiFrac轉(zhuǎn)子

在啟動(dòng)軟件后，選擇所用的壓型塊，并輸入與樣品位置相關(guān)的樣品編號(hào)。接下來選擇負(fù)載變化并增大，初始化數(shù)據(jù)記錄開始離心。測(cè)試完成后，記錄的數(shù)據(jù)被導(dǎo)出到Excel中。

1. 結(jié)果

所有的測(cè)試都是在10 N/s的線性負(fù)載增加的條件下進(jìn)行的。離心機(jī)內(nèi)的溫度被設(shè)置為20°C。圖5顯示在測(cè)試過程中轉(zhuǎn)速和溫度的變化，垂直的紅色虛線為故障時(shí)間。

圖5 轉(zhuǎn)速和溫度隨時(shí)間的變化

表2給出了與Loctite 435粘結(jié)的試樣的測(cè)試結(jié)果。

表2 Loctite 435在25℃下固化24小時(shí)的結(jié)果

斷裂力范圍：512 N-647 N

圖6 Loctite 435的破壞形態(tài)

圖6顯示了與Loctite 435粘結(jié)的樣品（上部區(qū)域的不銹鋼壓型塊和下面的基座）的失效模式。所有的樣品都顯示出粘性的失效。大多數(shù)氰基丙烯酸酯膠粘劑留在了壓型塊上。環(huán)形的隆起物（膠粘劑）在所有的基座上都可見。

表3 Lumifrac粘附強(qiáng)度分析儀與傳統(tǒng)拉力機(jī)的對(duì)比

由表3可知，相比傳統(tǒng)拉力機(jī)，Lumifrac粘附強(qiáng)度分析儀具有測(cè)試快速、重復(fù)性好等特點(diǎn)。

1. 結(jié)論

由此可見，lumifrac粘附強(qiáng)度分析儀可快速有效的用于膠粘劑的粘附強(qiáng)度的測(cè)試，這對(duì)粘合劑、密封劑、層壓板、電子儀器、化妝品、醫(yī)療設(shè)備包裝、普通包裝的密封強(qiáng)度以及一些非常重視粘接強(qiáng)度測(cè)量的研究和質(zhì)量控制有很大的意義。

上海人和科學(xué)儀器有限公司