結(jié)構(gòu)膠是膠黏劑中應(yīng)用于結(jié)構(gòu)膠接,具有高強(qiáng)度、高耐久、耐高溫特性的一類膠黏劑的總稱。結(jié)構(gòu)膠在膠接結(jié)構(gòu)中起到加固、錨固、連接、修補(bǔ)等承受較大載荷的作 用。作為結(jié)構(gòu)件中重要組成部分的結(jié)構(gòu)膠膠接接頭,必須保證其性能在結(jié)構(gòu)件的使用壽命期間內(nèi)滿足要求,即接頭須具備比結(jié)構(gòu)件壽命更長的耐久性。因此,任何一 種結(jié)構(gòu)膠要想得到廣泛的應(yīng)用都必須經(jīng)過嚴(yán)格的膠接接頭耐久性試驗(yàn)。
許多結(jié)構(gòu)膠的耐久性已經(jīng)過長期的使用和試驗(yàn)得到了證實(shí)。但是,并不能因此就完全確定這種結(jié)構(gòu)膠在更長的使用期內(nèi)能滿足要求,也不能確定今后的每一批次都能 夠具備相同的耐久性。如何通過短期、簡單的試驗(yàn)測試方法,建立起合理、可靠地推斷膠接接頭耐久性的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)方案,對新研發(fā)的結(jié)構(gòu)膠以及新型膠接接頭的耐久 性預(yù)測和評(píng)定至關(guān)重要。
膠接接頭耐久性的研究方法
對于膠黏劑及膠接接頭進(jìn)行耐久性研究的目的是為了能夠獲得其相關(guān)的性能數(shù)據(jù),并以其為依據(jù)采取相應(yīng)的措施提高耐久性或進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕宇^設(shè)計(jì)使其符合結(jié)構(gòu)件整體的耐久性要求。根據(jù)獲得數(shù)據(jù)所采用的試驗(yàn)方法的不同大致可將試驗(yàn)分為兩類,自然暴露法和環(huán)境模擬法。
自然暴露法
自然暴露法就是將制備好的膠接接頭試驗(yàn)件暴露在結(jié)構(gòu)件實(shí)際應(yīng)用的環(huán)境中,定期或不定期的對樣品取樣測試,檢驗(yàn)其性能變化實(shí)際測得其使用壽命,并依此得出耐 久性評(píng)價(jià)結(jié)果。其優(yōu)點(diǎn)是評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確可靠,缺點(diǎn)是環(huán)境條件不具有普遍適用性和可重復(fù)性,且試驗(yàn)周期長難以重復(fù),消耗的人力物力也很大。通常只有在非常重要 的應(yīng)用情況下才會(huì)采用這種試驗(yàn)方法,倪曉雪等人[ 36 ]對目前國內(nèi)外的各種環(huán)境試驗(yàn)方法進(jìn)行了分析總結(jié),認(rèn)為兩類試驗(yàn)方法各有優(yōu)缺點(diǎn),目前仍沒有辦法建立兩者之間的聯(lián)系。王云英等人[ 37 ]對一種不飽和樹脂進(jìn)行了自然老化和人工老化,結(jié)果顯示:兩者之間存在著某種聯(lián)系,有些指標(biāo)有相同的變化規(guī)律。
環(huán)境模擬法
目前大多數(shù)的膠接接頭進(jìn)行耐久性評(píng)價(jià)采用的還是實(shí)驗(yàn)室儀器模擬環(huán)境的方法[ 38~44 ],就是采用相應(yīng)的儀器設(shè)備模擬膠接接頭的實(shí)際應(yīng)用條件進(jìn)行試驗(yàn),根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對耐久性進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法。這些方法包括前面提到的各種力學(xué)和環(huán)境試驗(yàn),還有 許多特殊的條件試驗(yàn),例如陽光曝曬試驗(yàn)、介質(zhì)浸泡(淋洗)試驗(yàn)、霉菌試驗(yàn)、射線輻射試驗(yàn)等等。
環(huán)境模擬法的特點(diǎn)是將自然環(huán)境的一種或幾種自然條件用儀器進(jìn)行模擬,通過短時(shí)間快速的獲得膠接接頭性能的變化趨勢,再依據(jù)多種環(huán)境模擬試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析 判斷得到膠接接頭可能具備的耐久性能。優(yōu)點(diǎn)是能夠用較短的時(shí)間獲得比較準(zhǔn)確的結(jié)果,而且能夠模擬極端的環(huán)境條件對膠接接頭進(jìn)行試驗(yàn)。缺點(diǎn)就是模擬試驗(yàn)相對 于真實(shí)環(huán)境過于理想化,存在大量的主觀因素,不能完全表征實(shí)際情況。同時(shí)由于模擬環(huán)境試驗(yàn)與自然環(huán)境試驗(yàn)之間目前還沒有準(zhǔn)確的關(guān)聯(lián)方法,因此環(huán)境模擬法在 有些情況下并不能取代自然暴露法[ 17,28,36,37 ]。
膠接接頭耐久性的表征方法
膠接接頭耐久性通常是指膠接接頭的力學(xué)強(qiáng)度在實(shí)際應(yīng)用中隨時(shí)間推移所發(fā)生的變化規(guī)律。了解這種規(guī)律可以更加準(zhǔn)確的判斷膠接接頭在某一時(shí)間點(diǎn)的強(qiáng)度及預(yù)期使 用壽命,可以針對性的選擇膠接接頭以實(shí)現(xiàn)特定的功能。能夠表征這一規(guī)律的方法很多,比較常用的有力學(xué)性能表征(包括常溫和高溫力學(xué)性能);熱力學(xué)性能表征 (如TG、DSC、DMA 等);組成及化學(xué)結(jié)構(gòu)分析(如IR、XPS 等);外觀及物理結(jié)構(gòu)變化(如比色法、顯微照相等)。無論采用哪種方法進(jìn)行表征,最終都要?dú)w結(jié)到實(shí)際應(yīng)用中膠接接頭的力學(xué)性能的變化規(guī)律上來,這樣的耐久 性研究才具有實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值[ 45~52 ]。