熱熔膠的粘結強度評估

1.介紹

熱熔膠是一種特殊類型的粘合劑，通?；诘腿埸c聚合物，不使用任何溶劑，不固化和交聯。由于其易加工、安全性高，良好的耐化學性以及較低的價格，常常被應用于包裝、紡織、建筑和電子工業等領域。

研發工程師在工作中經常會遇到大量可能適用于特定熱熔膠應用的聚合物。但拿到樣品數據及屬性通常不明確或僅特定用于某個生產商，不代表實際應用中的需求。在此情況下，需要尋求一種快速高效的方法來評價此類熱熔膠的粘附特性，從而可以更高效地篩選和評估合格適用的熱熔膠。

乙烯-醋酸乙烯酯共聚物是工業和科學文獻中最常用的熱熔膠之一。對乙烯-醋酸乙烯酯共聚物與芳烴樹脂的共混物進行了流變學表征，并對其粘接性能進行了研究。篩選了不同醋酸乙烯含量對粘彈性行為的影響。通過動態機械熱分析研究了增粘劑的相容性，發現基于松香的增粘劑的相容性優于基于碳氫樹脂的增粘劑。對乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、碳酸鈣和萜烯-苯酚樹脂組成的三元混合物進行了流變學研究，并將粘附強度與材料的粘彈性性質聯系起來。

大多數試驗方法都是在不同等級的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物上進行的。乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的熔體流動指數范圍很廣，并且對各種粘附物表現出良好的粘附性能。乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的性能主要受其醋酸乙烯酯含量和熔體流動指數的影響，熔體流動指數與分子量有關。本次實驗的目的是評估適合聚酰胺-鈦混合基質連接的熱熔膠，包括這些聚合物的表征、潤濕和粘合行為。

2.實驗

附著力測試是在德國LUM GmbH的附著力分析儀LUMiFrac上進行的。測量原理基于離心力，該離心力可同時施加在多達8個樣品上，可使8個樣品同時測試。負載增加是通過轉子匝數的變化來實現的。自動檢測粘合劑的失效，并計算斷裂時的力和相應的抗拉強度。載荷范圍在0.1至6.5 kN之間。測試基座（銅）重量為17 g，面積為78.54 mm2。將聚合物珠壓入直徑為8 mm、厚度為0.25 mm、溫度為100?C、壓力為5 bar的圓盤中，持續1分鐘。通過將圓盤放置在基質和試樣之間的通用對流烘箱UFE500中，將試樣粘合在一起。通過流變測量驗證了特定溫度。粘合時間為15分鐘，隨后在室溫下冷卻30分鐘。

3.結果與分析

對于LumiFrac粘附試驗，我們選擇了5種不同聚合物基的聚合物。一般來說，粘合力相對較低，這是熱熔粘合劑的典型情況。如圖1（a）所示，在0.46 MPa的壓力下，測定了Evatane 28-800的最大粘附力。在78?C下使用。標準偏差相對較大，這是拉力試驗的典型情況。Pearlbond 123（0.38 MPa；在77?C下使用）、Griltex D1582E（0.36 MPa；在107?C下使用）和Lotryl 35BA320（0.32 MPa；在89?C下使用）在標準偏差范圍內差異不顯著。聚烯烴Exact 8230的粘附強度（0.16 MPa）顯著降低，并在96?C下使用。為了評估粘附強度與膜厚度的相關性，我們使用Evatane 28-800進行了一系列測量。發現粘合劑用量和粘合強度之間存在線性關系（見圖1（b））。厚度為0.1mm的平均值為0.31MPa，而厚度為0.25mm的平均值為0.46MPa。

a、 附著力結果圖（MPa）；b、 粘合劑厚度依賴性；c、 溫度依賴性；

d、 Evatane 28-800樣品的故障模式示例

表1 總結了失效模式分析。Evatane 28-800對聚酰胺的附著力明顯優于對噴砂鈦的附著力。Lotryl 35BA320和Griltex D1582E也觀察到了相同的結果。在測試的粘合劑中，只有熱塑性聚氨酯Pearlbond 123比預期的聚酰胺更好地粘附在鈦上。典型故障圖如圖1（d）所示。鈦基板由鋁插座覆蓋，在鋁插座上放置銅砝碼，聚酰胺基板在右側顯示為一塊板。通常，會觀察到混合失效模式。

樣品制備對于附著力測試至關重要。均勻的樣品厚度對于避免導致較低值的剝離行為非常重要。如流變部分所述，如果粘結溫度在振蕩溫度掃描曲線的C部分內，則粘附力最強。如果溫度較低，則潤濕不足，預計粘附力不足。這解釋了不同聚合物使用的不同應用溫度。這已通過在不同溫度下使用的Evatane 28-800進行了驗證（圖1（c））。在78?C下使用時觀察到最大粘合強度。有趣的是，我們發現，在冰箱中快速冷卻樣品后，與鈦的粘合比與聚酰胺的粘合更好，從而產生更高的粘合強度（0.55 MPa）。假設這是由于不同的結晶過程以及與鈦粗糙表面的相互作用。這一發現將在下一步工作中詳細分析。

4 總結

本次研究展示了選擇和評估簡單混合基材粘接用熱熔粘合劑的方法。使用標準化和新方法對各種熱熔粘合劑的熱、潤濕和粘附行為進行了表征。對流變行為進行了詳細研究。它將為工程師和粘合劑用戶提供一個工具箱，其中包含易于應用和隨時可用的技術，用于評估不同的粘合劑。方法進行了比較，并解釋了粘合劑的不同化學結構。這些結果可用于進一步研究粘附對結晶現象的依賴性?？焖僭u估粘合劑是否可粘附在聚酰胺（PA）和鈦（Ti）上。實驗中使用了一種基于離心原理的相對較新的試驗方法，該方法可以以平行方式輕松測量附著力，非常適合本評估研究。同時，每個特定的工業熱熔應用可能需要改進或修改的實驗工具來表征熱熔粘合劑。