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表面处理对硅橡胶胶粘剂胶接性能的影响(2)

   日期:2013-04-23     浏览:106    

中国胶粘剂网讯:

2.2磷酸阳极化处理

目前,先进胶接体系广泛采用的铝胶接表面制备方法是磷酸阳极化,旨在产生一层均匀、致密的铝氧化膜,具有如下特点:1)与基体铝的结合力强,不易剥落;2)内聚力强,膜层本身不易破坏;3)具有高的表面吸附性能,对胶粘剂的润湿性好;4)对外界环境条件稳定、耐水、不易形成水合物。铝氧化膜由薄而致密的阻挡层及粗厚的多孔层组成,多孔层系管状结构,其顶部为须状组织,氧化膜的疏松多孔层有利于提高胶接强度。由于发达的须状组织,磷酸阳极化氧化膜具有较高的活性,粘附性能优异。磷酸阳极化形成的氧化膜为Al2O3H2O,其厚度随工艺参数的不同而变化[3]。表6为磷酸阳极化处理试样的粘接性能。

表6磷酸阳极化处理试样的粘接性能

胶种 GD414 SGXJ-1

性能/Mpa だ伸 剪切 拉伸 剪切

未处理 1.30 0.992 0 0.488

磷酸阳极化 3.77 3.51 1.92 2.42

磷酸阳极化+ND-73 2.75 3.81 3.25 3.45

可以看出,磷酸阳极化处理后粘接性能大幅度提高,在磷酸阳极化试样上涂ND-73有机硅烷偶联剂后,双组分胶粘剂的粘接性能明显提高。但单组分GD414胶的拉伸强度反而下降。2.3铝-铝粘接界面结构分析

任何一个胶接接头都可以看作是由若干独立的环节组合形成的,其最弱的某个环节决定整个接头的强度。Al-Al胶接接头主要由Al基底(被粘物)、胶粘剂、偶联剂、Al基底上的氧化膜等几部分组成。上面任一环节的破坏都可导致整个胶接接头的明显破坏,为了全面彻底地了解认识胶接接头的强度及特性,必须对体系中的每一个环节进行深入分析。

在实验中,对经机械打磨涂ND-73偶联剂处理的硅橡胶胶粘剂粘接的剪切试片破坏断面取样进行了较为细致的ESCA分析。在长达330 min的时间内,采取了Ar+溅射过程中不同时间试样表面的ESCA图谱,所取试样从外观来看,为胶粘剂内聚破坏与粘附破坏的混合破坏,试片上有红色的硫化硅橡胶胶粘剂粘附其上。在Ar+溅射前,所采谱图有O 1S、C 1S、Si 2S和Si 2P峰,说明表面主要有O、C、Si原子,而没有Al,因此表面均被硅橡胶胶粘剂和偶联剂所覆盖,粘附破坏是发生在胶粘剂与偶联剂的界面。在Ar+溅射过程中O 1S峰后移约1 eV,峰高有升有降;C 1S峰后移,峰先是降低,然后又上升。Si 2S峰和Si 2P峰峰位分别在151.8 eV和100.7eV附近摆动,峰高时增时降,说明表面上有几种不同状态的Si存在,在Ar+溅射47 min后图谱中出现Al 2S(116.82 eV)和Al 2P(71.81 eV)峰,这与纯Al的峰位大体接近。之后,Al 2S、Al 2P峰逐渐升高。

经砂纸打磨后未涂任何硅烷偶联剂的硅橡胶胶粘剂粘接试样破坏断面为完全粘附破坏,从外观上看不到有任何硅橡胶胶粘剂粘附其上。对其进行ESCA分析的结果表明:最外层表面仍有Si吸附其上,Ar+溅射7 min后,Si峰基本消除。Al 2S、Al 2P在Ar+溅射后,而与纯Al有关的Al峰升高,而与Al2O3有关的Al峰降低。

对拉伸及剪切试样断口的观察分析说明,强度较高的一般为胶粘剂本身的内聚破坏,而强度较低的则为粘附破坏,如KH-550处理的甲基苯基胶粘剂粘接试样。在实验中,所有铝试样都经打磨后再涂处理剂,其表面新生成的氧化膜很薄。由于硅橡胶胶粘剂本身的强度较低,因此这类胶接接头的一般破坏形式为硅橡胶胶粘剂的内聚破坏或胶粘剂与偶联剂界面破坏。

3结 论

3. 1有机硅烷偶联剂对提高硅橡胶胶粘剂的粘接性能有显著效果,其中以GPJ-43的处理效果为最佳。铝合金试样经机械打磨后采用不同溶剂清洗对胶接性能也有影响,其中以三氯乙烯的效果为最好。

3.2磷酸阳极化是很有效的表面处理方法,在磷酸阳极化处理表面再涂ND-73有机硅烷偶联剂,对含苯基硅橡胶胶粘剂效果更为显著。

3.3对铝-铝粘接界面的分析发现,硅橡胶胶粘剂的破坏形式一般为胶粘剂的内聚破坏或胶粘剂与偶联剂界面的粘附破坏。

 
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