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界面层结构和性能对粘合复合体系整体性能的影响

发布日期:2019-01-08 14:05:03     浏览次数:2105

        界层结构和性能对粘合复合材料整体性能的影响很大,有时起关键性的作用。例如,有些粘合复合材料像玻璃钢,以纤维为骨架的橡胶复合材料等的强度在很大程度上与粘合界面层的强度成正比,直接与界面层的结构和性能有关。七十年代后,已在界层尺寸,界层结构的多相性、界层的变形特点等方面得出了共同的较为普遍的规律。

        1、界层尺寸

        不同性质的两相粘合界面之间的界层尺寸对整体性能的影响,既与界层性质,又与两相性质及两相结构单元尺寸有关。
        在用橡胶胶粘剂粘合厚纸板时,胶粘(剂)层厚度由零增加时,粘合强度随之上升、至最大值后,厚度再增加,粘合强度恒定不变,有的还可能降低。如图6--3所示的天然橡胶胶粘层就是这样。这些有规律的变化与胶粘层同被粘体间的相互作用,及胶粘层的流变性有关。因橡胶胶粘层能变形,在剥离时,若增大胶粘层的厚度,则变形耗散的能也会随之增多。这一规律在橡胶一橡胶、橡胶一塑料、橡胶一填料(粉粒或纤维)并用系统的研究工作中也已经得到证实。研究工作指出:对不相溶两相系统中两分散相粒子尺寸与界层尺寸之比为最佳时,并用聚合物互相增强的效果最大。但用通混炼方法制得的并用胶,往往是由于分散相粒子之尺寸与界层尺寸相当而得不到最佳值。必须经剪成碎粒和炼成母胶之后,再混炼两种不同硬度或粘度的胶料,混炼后适当地加热,加快两相间的相互扩散,发展过渡层。因此用剪碎法使胶料中分散相粒子尺寸减小,可以制得分散相粒子尺寸与界层尺寸之比达最佳值的硫化胶,其扯断强度与普通混炼的胶料相当,但耐疲劳性能则得到提高。

        

        2、界层结构的多相性
        由于界层所连结两相界面的结构和性能上的不均匀性,甚至相差极再加上粘合工艺中的可能不均一条件,就使界层结构必然是多相的。也只有这种在结构和性能上由相向另一相过渡的多相或多层结构,才能将两种性能相差极大,甚至相反的界面牢固地联结起来,故这界层又叫过渡层。粘合理论中关于界层结构中存在弱界层的情况,就是界层结构多相性的主要方面之一。
        研究工作表明,橡胶与黄铜两相粘合表面之间的界层就是由ZnO/CuxS和与CuxS中硫原子相联结的橡胶所形成的多相界层结构,其中各层对粘合强度都有作用。虽然橡胶与金属粘合系统中的弱界层部分会使粘合强度降低,这在研究形成界层的作用时已为实验所证明。但在界面间由弱键(物理作用)和强键(化学作用)形成的界层却能使橡胶在粘合时得到最大的粘合强度,特别是耐疲劳强度尤为明显。 rank HB?A在其早期的研究工作中也已证实,界层由强键和弱键形成时,可提高粘合或并用胶体系的耐疲劳强度。当两相共硫化好时可提高几十倍。并且指出,这种耐疲劳性能的提高是因为界层中强键与弱鍵并存时,弱鍵较快地松驰了集中的应力所致。当其硫化生成强鍵时,弱鍵的这种效应也不存在,耐疲劳性能很差。
        3、界层変形

        橡胶界层变形的主要特点就是存在微区局部变形。这对提高粘合复合材料的强度,尤其是抗剥离,耐疲劳等力学性能起主要作用。

        A?N?Cent指出:粘弹体的カ学性能都由下列两部分之和形成:①由化学键和(或)分子间相互作用的热力学表面能,②随温度和形变速度而变化的局部变形所耗散的机根能。他在1978年还指出:合系统中粘合破坏功主要由三方面提供:①合界面间因化学键作用或分子间相互作用形成的热力学表面能;②胶精剂本身因不可逆变形耗散的机械能:③被体分离时变形耗散的类同的能量。后两项都是分离速度和温度的函数,特别是对弹性体更明显。而它们的贡献直至胶粘剂和被精体的厚度无限薄时才消失。图6一4是SBR/聚酯薄膜粘合时剥离能与SBR厚度之关系。最小SBR之厚度为60微米。在此极薄的粘合层范国以内,粘合层厚层变化对剥离能影响不大。当超过60微米以上时,粘合层厚度增加产生不可逆形变所耗散的能量对剥离能的贡献增大,剥离能随厚度增加而直线地提高。当厚度达到一定值时,剥离强度出现最大值。超过此厚度剥离能保持恒定,不再随厚度增加而提高。

        

        A,N,Gent还提出:剥离总功的后两项并不是独立的,而是密切与第一项相关联的,一般说来,真正的热力学表面能提供的粘合功较大时,则在粘合界层中就能发生较大的变形,因而耗散的机械能也较多。但为什么后两项会直接与第一项成比例呢?目前还不完全清楚,有待进一步研究。

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