弹性胶粘剂的耐久性研究

王鹏飞，王明丽，马文游，孙泽志，杨江桥

（西卡中国有限公司，江苏 苏州 215121）

车辆用胶粘剂粘接的长期使用性和耐久性，在接头的整个设计和使用寿命中都至关重要。西卡公司跟踪测试20年的粘接组件，得到的机械性能和粘接性能与施工初期相差无几，故施工的正确性及产品的合理选择是胶粘剂在车辆上经久耐用的根本所在。

弹性胶粘剂大多是高分子产品，因此在一定程度上会发生老化，所以在胶接设计时必须考虑到这一复杂过程中的各种影响因素。本研究将讨论影响弹性胶粘剂各种老化的因素[1]，其中化学物质、温度、自然环境和粘接基材等[2]对胶粘剂的老化影响尤为突出。

1 化学物质的影响

车辆上的胶粘剂尤其是外露的弹性密封胶体会受到不同化学品的影响，一般以水，水溶液及清洁剂等化学品接触为主。胶粘剂具有一定的耐化学性，在一段时间内对化学物质有抵抗作用，故在正确工艺设计条件下，是可以保证在寿命期内车辆安全使用的。

例如，高铁、客车上使用的聚氨酯填缝胶，在正确的设计原则指导下，使用10年以上的胶体与初始性能对比，其性能指标相差不会超过20%[3]。

当胶粘剂与金属胶接时，防腐就显得至关重要。由于弹性胶粘剂与许多金属腐蚀的保护系统是兼容的，所以弹性粘接体系对于金属防腐是有利的。

如果胶粘剂长期暴露于化学品区域中，或在特殊环境中，那么对于是否使用胶粘剂和使用何种胶粘剂需要进行多方面评估才能决定。将胶粘剂Sikaflex-360浸泡于机械润滑油和齿轮润滑油中，采用邵氏A硬度计进行测试，结果如表1所示。

表1 Sikaflex-360耐油性邵氏A硬度测试Tab.1 Oil resistance tests of Sikaflex-360 for Shore A hardness

由表1可知：Sikaflex-360的耐机器润滑油性能要比耐齿轮润滑油性能优异，故在选择长期暴露于齿轮润滑油的应用中选用Sikaflex-360并不合适。

将胶粘剂Sikaflex-221、Sikaflex-252进行耐酸、耐碱性能测试，结果如表2所示。

由表2可知：酸、碱化学物质对胶粘剂的耐久性存在影响，且化学物质不同，对胶粘剂耐久性的影响程度亦有所不同。

2 温度的影响

车辆上使用胶粘剂的粘接技术与机械固定技术相比，胶粘剂耐温性通常是可以满足车辆运行环境的要求，其耐温性几乎与车内的非金属塑料件接近。但在高温条件下长期使用时，胶接强度会有一定的衰减，所以在胶接设计时应该考虑温度的影响因素。另外，在胶粘剂胶接设计时还必须考虑到额外的机械防护措施。因为当环境温度骤然升高时，如发生火灾事故等，超过250 ℃就会导致胶粘剂胶接失效，若有机械防护措施便可大大减少损失与伤害[4]。 将Sikaflex-265、Sikaflex-255胶 粘剂在60 ℃条件下进行耐热性测试，结果如图1、图2所示（图中60 ℃1 m即将胶粘剂样品放置在60 ℃环境中30 d后测试）。

表2 Sikaflex-221、Sikaflex-252耐酸碱测试Tab.2 Acid and alkali resistant tests of Sikaflex-221 and Sikaflex-252

图1 Sikaflex-265长期60 ℃下剪切性能测试Fig.1 60℃ ageing tests of Sikaflex-265 for lap-shearing property

图2 Sikaflex-255 长期60 ℃下剪切性能测试Fig.2 60℃ ageing tests of Sikaflex-255 for lap-shearing property

由图1、图2可知：胶粘剂Sikaflex-265、Sikaflex-255可以在60 ℃的温度下长期使用，其粘接性能稳定，粘接强度变化不大。

3 自然环境的影响

自然环境因素主要是指太阳光的紫外辐射及自然环境中的化学物质。对于太阳光的照射，主要关注紫外辐射对胶粘剂外露部分粘接透明材料的影响。紫外光的能量较高，这种高能量辐射对胶体表面会造成损害。所以外露的填缝胶和粘接透明或半透明基材的胶粘剂，需要采用特殊配方，使用额外的防护。在外露的填缝剂配方中通常需加入抗紫外添加剂，以吸收紫外光的能量，减少对胶体表面的损伤。对于紫外光的影响，人工老化和自然老化可以模拟对比出胶粘剂的性能，如表3所示。

表3 Sikaflex-221WR、Sikaflex-221内部评估耐紫外实验Tab.3 QUV test of Sikaflex-221WR and Sikaflex-221

对于粘接透明、半透明的基材，除硅酮胶以外，都必须保护胶粘剂和基材之间的粘接层，不受紫外光辐射的破坏。一般透明、半透明基材粘接层会有屏蔽层，通常为陶瓷印边、装饰条或不透明的涂料等。在进行粘接时，建议测试基材的透光率，如果基材的透光率在使用范围以上，还建议使用不透光的黑色底涂做2次保护。同样对于该应用，西卡的人工老化和自然老化的数据表明，在正确设计胶接系统的情况下，自然环境下使用20年后，仍然粘接良好，割胶试验表明为胶粘剂内聚破坏，如图3、图4所示。

图3 Sikaflex-265浮法玻璃粘接测试Fig.3 Sikaflex-265 adhesion test on float glass

图4 Sikaflex-265陶瓷印边玻璃粘接测试Fig.4 Sikaflex-265 adhesion test on ceramic glass

4 粘接基材

关于基材对弹性胶粘剂耐久性的影响，下面列举3种常用且重要的基材加以说明。

热塑性塑料：热塑性塑料的特点是具有内应力，而内应力在某种程度上源于制造工艺[5]。当这些材料接触到化学品（尤其是溶剂）时，可能会产生开裂，这种现象称作应力开裂。当基材与胶粘剂黏合为一体时，基材因应力而开裂，其开裂程度会对胶粘剂的粘接性和耐久性产生影响。所以在这些热塑性塑料上使用胶粘剂时需进行测试，并且在设计时需考虑使用正确模量、无溶剂的胶粘剂，以减少外界对塑料额外的应力。

复合材料：材料收缩是指在类似玻璃钢制品一类的复合材料上使用胶粘剂，材料本身在固化过程中会发生一个持续数周的收缩[6]。这些材料制成的部件不能在制造后立即使用胶粘剂，因为在粘接后，基材发生的收缩会产生持续的应力，这些应力和通常使用过程中产生的应力总和可能会超过胶粘剂形变所能吸收的应力范围，从而使粘接过早破坏，减少胶粘剂的使用寿命，影响其耐久性。因此，在对这类材料进行粘接时，可以进行数小时的热处理，使其达到稳定形态后，再进行粘接。

金属材料：金属材料的缺陷是在接触到氧气和水的情况下，可能会有腐蚀现象，所以在使用金属材料时都需要做防腐处理。防腐处理包括防腐涂层或其他一些电镀技术。对于粘接金属的胶粘剂耐久性影响，除了胶粘剂与基材本身的粘接性外，还有金属本身的腐蚀，若金属腐蚀，本体遭到破坏，粘接体系也会随之被破坏，从而影响胶粘剂的耐久性。故金属粘接体系耐久性的前提是要有较为稳定的金属防腐体系。

综上所述，在车辆上使用胶粘剂，须从诸多方面进行考证、测试和研究，方能得出最合适、最高效以及最经久耐用的粘接方案。

[1]Sika AG.Elastic bonding Second revised edition[A]//2006 SV Corporate Media GmBH,D-80992 Munich,Germany[C].

[2]曲军.粘接技术研究的现状和发展趋势[A]//第十八届中国胶粘剂和胶粘带行业年会报告[C].2015.

[3]Sika AG.Sika Transpiration training course.

[4]Pizzi A,Mittal K L,Pizzi Anto.Handbook of adhesive technology[M].Marcel Dekker Inc,2003,224-231.

[5]郑道德.塑料工业国际标准手册[M].中国标准出版社,2007,32-33.

[6]郑道德.塑料工业国际标准手册[M].中国标准出版社,2007,623-625.