丙烯酸泡棉压敏胶耐环境性能测试分析

舒晓宁

（中国第一汽车股份有限公司天津技术开发分公司）

目前汽车行业广泛采用胶粘剂、胶带替代传统的焊接、铆接等工艺。丙烯酸泡棉压敏胶以高密度弹性发泡体为基材，因为其具有良好的粘接性能、密封性能、缓冲性能被大量应用在汽车外饰件固定中，如：车身护板、车身镀铬装饰件、铭牌等[1]。由于外饰件的材质多为工程塑料，其热膨胀系数高于车身钣金的热膨胀系数[2]，因此外饰件所采用的双面压敏胶除了对胶带粘贴的剥离强度、剪切强度和持久性等有一定要求外，还应具备优良的耐环境性能。文章考察了各种环境条件对压敏胶粘接性能的影响，测试了压敏胶的剥离强度与剪切强度，对其粘接性能进行了综合评价，旨在优化筛选过程中的试验，减少压敏胶试验的工作量。

1 粘附及失效机理

压敏胶是一种同时具备液体粘性和固体弹性的粘弹性体[3]3。压敏胶主要成分为高分子，当高分子材料在使用温度范围为半固态时，就呈现出特有的粘弹特性[4]。压敏胶的粘弹性与胶粘剂的聚合工艺、配方、使用环境、粘贴工艺密不可分。在实际应用中，压敏胶胶接接头的强度主要取决于2 个方面：1）胶粘剂本身的内聚力；2）胶粘剂与被粘物之间的粘附力[5]。当内聚力失效时会出现胶层破坏，有残胶滞留；粘附力失效时会出现界面粘合破坏，表现为没有残胶。2 种失效同时发生时会出现混合破坏。

2 压敏胶性能测试

2.1 试验条件

对压敏胶性能进行测试的根本目的在于检测各种环境条件下压敏胶的粘接是否会失效。根据汽车外饰件所处的环境，模拟了汽车在高温、低温、高温高湿以及清洗剂环境下的情况，以考察环境因素对压敏胶性能的影响。试验的具体参数，如表1 所示。

表1 压敏胶耐环境性能试验条件

2.2 试验内容与方法

试验抽取4 种胶带产品进行测试，分别用A，B，C，D 表示。A，B，C，D 产品均为相关厂商提供的3M或德莎丙烯酸泡棉胶带。

按照GB/T 2792—2014《胶粘带剥离强度的试验方法》中的方法1 进行剥离强度试验，剥离速度为（300±10）mm/min。将每种产品裁切制成3 个样品，测试结果取3 个样品的平均值。因本试验目的在于考核压敏胶在汽车外饰件中的粘合性能，因此钢板均经过涂漆处理，如图1 所示。180°剥离试验相对于90°剥离试验操作简便，测试结果分散性较小，该方法测试的剥离强度是重要的实用粘合性能之一。

图1 涂漆钢板示意图

剪切强度试验按照GB/T 7124—2008《胶粘剂拉伸剪切强度的测定（刚性材料对刚性材料）》进行。在本次试验中，为模拟实际粘合状态，试板分别采用了ABS试板和涂漆钢板。使用GB/T 2792—2014 的辊压装置，来回滚压制成的试样3 次，以提高亲和力。将每种产品裁切制成3 个样品，测试结果取3 个样品的平均值。

3 结果与讨论

3.1 剥离强度

剥离强度试验主要测试压敏胶的粘接性能。试验所采用的样品在供货状态下均出现剥离不足25 mm胶带内部（泡棉层+胶粘剂层）破裂的现象，因此剥离强度不能计数。内部破坏以内部撕裂为主，撕裂胶带边缘混合界面粘合破坏。胶带内部撕裂表明测试样品的粘附力大于压敏胶整体的强度。当外加拉力持续增大时，内应力分布逐渐趋于集中，产生裂缝并迅速扩展出现基材与胶层内部均撕裂的现象。这种内聚破坏表明压敏胶抗剥离能力较好。

B，C，D 3 种产品经耐高温、耐潮湿以及耐清洗剂试验后，在剥离强度试验测试中所有样品都出现剥离不足25 mm 胶带内部破裂现象，结果不能为剥离强度计数，但可以表明试验样品仍具有较好的抗剥离强度，这3 种产品耐高温、耐潮湿以及耐清洗剂的能力较好。在外饰件如字标、标志牌、装饰条等的应用中，剥离试验时压敏胶的内部破坏可以被认可。

产品A 在耐寒性剥离强度测试过程中没有出现内部破裂现象，表明该产品相对于其他产品对低温更为敏感，耐寒性试验后样品的粘附力小于压敏胶整体的强度。在低温环境中，分子运动能力减弱，无法有效浸湿被粘制件表面，压敏胶变硬，粘性下降甚至消失；另一方面，胶带的内聚力增加。因此，在低温情况下压敏胶容易剥离，在极限低温环境下出现粘接失效的概率增加。耐潮湿性较差的胶带，在低温恢复至常温的过程中，样品表面会因结霜受潮气影响而降低粘接强度。

3.2 剪切强度

剪切强度试验主要测试粘接后，压敏胶抵抗对手件重力剪切的性能。其主要取决于压敏胶粘剂的内聚强度和粘合强度，也与基材或被粘物的性质，尤其是表面性质相关[3]103。因此文章中对不同产品的剪切强度不做横向对比。

供货状态下，所有样品的破坏形式以基材内部破裂为主。环境试验后压敏胶剪切强度的变化趋势，如表2 所示。从表2 中可以得知：耐热试验后样品的剪切强度均显著增加；耐潮湿、耐清洗剂试验后剪切强度基本保持不变或轻微下降，影响较小；耐寒试验后剪切强度呈现显著下降趋势。

表2 环境试验后压敏胶的剪切强度变化%

在高温环境下，随着热老化时间的延长，胶粘剂的内聚强度降低，流动性提高。根据微机械嵌定理论，由于试板的润湿性提高，恢复至常温时胶粘剂会表现出更高的胶结强度，因此耐高温后所有样品均出现单一的基材内部破裂的破坏形式，如图2 所示。

图2 耐高温后剪切试验压敏胶胶接接头内部破坏示意图

在潮湿环境中，湿气一般通过胶粘剂水解或渗入胶层取代粘接界面的胶粘方式影响粘接强度。丙烯酸泡棉压敏胶具有优良的湿度耐受性，粘贴后湿气无法与粘贴表面接触，因此并没有显著影响粘接效果。耐清洗剂试验后胶粘剂剪切强度变化不明显，清洗剂的主要成分是乙醇，1 h 浸泡并没有对胶粘剂或基材产生较大影响。因此部分样品出现少量界面粘合破坏和基材内部破裂相混合的接头破坏形式，造成粘附面积减少，也表现出剪切强度降低的现象。耐清洗剂后剪切试验接头界面粘和破坏示意图，如图3 所示。

图3 耐清洗剂后剪切试验压敏胶胶粘接头界面粘和破坏示意图

4 结论

对丙烯酸泡棉压敏胶在汽车外饰件中应用的情况进行测试，采用涂漆钢板和ABS 板模拟粘接的实际对手件，得出：1）剥离强度试验中，样品接头破坏以内部破坏现象为主时较难测出剥离强度，可以根据接头破坏类型大致判断环境试验对剥离强度的影响；2）耐寒性试验对丙烯酸泡棉压敏胶剥离强度与剪切强度影响较为明显，可以优先考虑进行耐寒后的性能测试。