熱熔膠產(chǎn)品的剝離強度的測試及影響因素

 

兩個被粘物使用熱熔膠粘合后，在存放和使用的過程中會受到以下兩種類型的外力作用而被破壞：

 

一是端部受到剝離應(yīng)力的作用而翹起，甚至被撕開，破壞常常發(fā)生在膠粘劑的界面附近，主要受到膠粘劑與被粘物表面的范德華力的大小制約;

 

二是受到持久的剪切應(yīng)力作用而脫開。常常發(fā)生在膠粘劑的內(nèi)部，主要決定于膠粘劑本身的范德華力，也就是我們通常說得內(nèi)聚力。

 

第一種力我們通常用剝離強度的數(shù)值來表征它們，而第二種力我們用剪切蠕變的大小即持粘力的數(shù)值來表征它們。

 

剝離強度定義：

 

是指膠粘制品在適當(dāng)?shù)耐饬妥銐虻臅r間進行粘合后與被粘物表面形成抵抗粘合界面分離的一種力。

 

一、剝離強度的測試方法

 

1、180º和90º剝離測試

 

180º剝離測試方法最常見，剝離測試操作簡單方便，測試結(jié)果分散性小。由于剝離強度測試條件對測試結(jié)果影響很大，所以各國都已經(jīng)制定了標(biāo)準(zhǔn)化的測試方法。美國的國家標(biāo)準(zhǔn)為ASTM D1000-66 和ASTM D3330M,美國的壓敏膠粘帶協(xié)會PSTC制定的測試標(biāo)準(zhǔn)為PSTC-1(單面膠帶)和PSTC-3(雙面膠帶)。歐洲制定的測試標(biāo)準(zhǔn)為AFERA4001。日本的國家標(biāo)準(zhǔn)為JIS ZO237-8。我國制定的180º剝離強度測試方法標(biāo)準(zhǔn)為GB2792-1998。各國的測試標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的測試條件和要求都不完全一致。為了促進世界各國之間膠粘制品的貿(mào)易和技術(shù)交流，世界上主要的幾個膠粘劑協(xié)會已經(jīng)制定了180º剝離強度測試方法的國際標(biāo)準(zhǔn)。

 

2、T型剝離測試

 

主要用于非壓敏性的膠粘劑的剝離強度測試，常用此法測試壓敏膠帶的初粘性。

 

二、剝離強度的成因

 

非反應(yīng)型壓敏膠制品的剝離強度是膠層與被粘物表面形成的范德華力所致，其最終強度值的大小是膠層與基材、被粘物共同所組成的復(fù)合材料的粘彈性相關(guān)，也就說最終測試出來的剝離強度值不僅和膠粘劑本身相關(guān)，也跟基材和被粘物有關(guān)。

 

剝離強度測試是一個非常復(fù)雜的過程;測試所得到的剝離強度值不僅僅是膠粘劑本身的剝離強度值，還受到測試過程中膠本身的拉伸變形和基材的變形等因素影響;還與他們的厚度以及測試條件，如剝離角度、剝離速度、測試溫度等有關(guān)。

 

三、剝離測試時的破壞類型

 

我們在做剝離測試時，往往非如我們所愿的那樣膠粘劑從被粘物表面很平滑的剝離開來，會發(fā)生很多種破壞類型。破壞類型不同，即使相同的測試結(jié)果所能表征的性能也會不一樣。一個粘合好的樣品在進行剝離測試時，有可能會出現(xiàn)以下六種類型破壞的一種：

 

1、界面粘合破壞

 

完全界面破壞發(fā)生的明顯標(biāo)志是剝離破壞后膠粘制品與被粘物表面干凈地分離，沒有任何肉眼可以觀察到的殘膠留在被粘物表面上，也沒有任何肉眼觀察到的被粘物留在膠層表面。因此，只有發(fā)生完全的界面破壞時所測得的剝離值才能真正表征界面粘合力的大小。

 

2、膠粘劑層內(nèi)聚破壞

 

若試驗時剝離破壞后被粘物表面和基材明顯地殘留一層膠粘劑就是內(nèi)聚破壞。

 

3、基材-膠層界面破壞

 

測試剝離后膠粘劑層全部殘留在被粘物表面上而基材上沒有留下人很好肉眼可以觀察到的膠粘劑。

 

4、被粘物內(nèi)聚破壞

 

測試剝離后破壞發(fā)生在被粘物內(nèi)部。如常用的BOPP膠帶在封箱后進行剝離，破壞常常發(fā)生在紙箱內(nèi)部即是內(nèi)聚破壞。

 

5、基材內(nèi)聚破壞

 

測試剝離后發(fā)生測試基材內(nèi)部破壞。若測試泡棉膠帶時就常常會發(fā)現(xiàn)泡棉本身發(fā)生破壞。

 

6、混合破壞

 

測試剝離后發(fā)生以上五種中任何兩種以上的破壞即是混合破壞。不同用途的產(chǎn)品會有不同的要求破壞類型。如大部分的壓敏膠制品我們希望它發(fā)生完全的界面破壞，但是絕大多數(shù)的熱熔膠我們希望它發(fā)生被粘物內(nèi)聚破壞等等。

 

四、影響剝離強度的因素

 

我們測試剝離強度時，所得到的值并不等于界面粘合力，因為除了界面粘合力外，它還受到其他因素的影響。

 

1、測試條件對剝離強度的影響

 

a、剝離角度的影響

 

大量的試驗研究數(shù)據(jù)表明，剝離測試時所采用的剝離角度對所測得的剝離強度值影響很大。剝離角度為0º時就說典型的拉伸剪切測試，所得到的值就是拉伸剪切強度。一般情況下，拉伸剪切強度要比剝離強度大許多，隨著剝離角度的增加，所得的剝離強度值逐步較小。最小值出現(xiàn)在120º-150º之間，，最大值出現(xiàn)在40º-60º之間。曹通遠(yuǎn)博士在這方面做了不少工作，并為此發(fā)明了一臺可以測試不同角度剝離強度的剝離試驗機。我們通常使用180º做標(biāo)準(zhǔn)測試。

 

b、剝離速度的影響

 

測試時，不同的剝離速度會發(fā)生不同的破壞類型。剝離速度從慢到快，膠層從內(nèi)聚破壞向界面破壞過渡，然后是一個相對平穩(wěn)階段向“粘-滑”階段過渡。因此，各國在制定180º剝離強度測試標(biāo)準(zhǔn)時對剝離速度皆作了嚴(yán)格的規(guī)定，即300mm/min。這樣的速度正好處于平穩(wěn)的剝離階段。

 

c、測試溫度的影響

 

從理論上來說，所有的熱熔膠都是一種粘彈體，符合時溫等效原理。在不同溫度下進行180º剝離強度測試時，不僅所測得的剝離強度值有很大的不同，而且破壞類型也會不一樣。膠粘劑的這種變化主要是有膠粘劑的粘彈性行為所決定的。因此，各國在制定180º剝離強度測試標(biāo)準(zhǔn)中，對溫度也作了嚴(yán)格的規(guī)定。一般是室溫23º±2。

 

d、其他測試條件的影響

 

除了剝離角度、剝離速度和測試溫度外，剝離強度測試中的其他條件，如試樣準(zhǔn)備前被粘材料的表面除了情況，粘貼試樣的外加壓力大小，加壓的方式和時間，試樣制備后的放置時間、放置地點的溫度以及試樣制備、放置和測試時的環(huán)境濕度等，都對剝離強度測試結(jié)果又一定影響。曹通遠(yuǎn)博士曾經(jīng)對我說過，影響的因素有二十種之多。

 

五、膠粘劑本身對剝離強度的影響

 

1、膠層厚度對剝離強度的影響

 

2、膠粘劑本身的拉伸強度和彈性模量的影響

 

3、膠粘劑分子極性的影響

 

4、膠粘劑分子量和分子量分布的影響

 

六、被粘材料對剝離強度的影響

 

被粘材料對膠制品剝離強度的影響主要是由于它們的表面能和材料的粘彈性所引起的。膠粘劑對不同材料表面的被粘物表面浸潤能力不一樣，所產(chǎn)生的范德華力不同，所測得的剝離強度值當(dāng)然也不一樣。對于熱熔壓敏膠制品，180º剝離強度出現(xiàn)最大值與最佳潤濕熱力學(xué)條件一致。這也直接說明了膠粘劑的粘合力主要來源于膠粘劑與被粘材料之間形成的范德華力。

 

其次，被粘材料表面的粗糙度對剝離強度也有明顯的影響。這是由于粗糙的表面增大了膠粘劑的接觸面積，也就意味著增大了范德華力。同時，粗糙表面容易形成機械錨固，而機械錨固的作用力主要取決于膠粘劑材料本身的范德華力，這種范德華力往往大于界面的范德華力。