老化是指材料或者粘接頭隨著時間的推移而發生的性能的改變。老化是由外部環境或者材料自身加工過程引起的。影響因素有機械應力、溫度、輻射和介質(如水)。膠粘劑本身含有的一些物質也可能導致粘接頭的性能變化。除了受到各種不同的影響因素外,粘接頭中發生的老化的位置也會不同。老化可能發生在內聚層、粘附層或者基材材料上。老化是由幾種因素共同作用引起的,但是這些影響因素很難被徹底測量和預測。
機械應力
粘接接頭可能處於(yu) 下麵幾種機械應力:A剝離應力,B拉伸應力,C剪切應力,D扭轉應力。
剝離應力導致在粘接接頭處受到較高的線受力,該應力遠超過大多數膠粘劑的強度。當進行粘接接頭結構設計時,必須確保避免粘接接頭承受這類剝離應力。
當承受拉伸載荷時,作用力是垂直於(yu) 粘接麵的。力的傳(chuan) 遞穿過整個(ge) 粘接麵,原則上粘接接頭承受拉伸應力是不存在問題的。拉伸應力一般隻在對接接頭中會(hui) 碰到,對接接頭通常粘接麵小,隻能通過改變基材的厚度來增大粘接麵積。由於(yu) 通常情況下基材強度超過了膠的拉伸強度,因此充分利用基材強度的設計是不可能實現的。
粘接接頭承受的最佳應力類型是剪切應力,因為(wei) 這種應力是平行於(yu) 粘接麵的。剪切應力存在於(yu) 粘接的搭接接頭,通常具有足夠大的粘接麵積。如果已有的粘接麵積無法承受足夠的載荷,也可以相對容易地通過增加粘接麵積來增加粘接承受的載荷。
扭轉應力類似於(yu) 剪切應力,粘接接頭對壓縮應力不敏感。隨著時間的延長,任何類型的機械應力都會(hui) 引起粘接接頭的老化,例如可能產(chan) 生永久性的變形(蠕變)或者形成裂紋。機械應力也可能會(hui) 加劇其他老化因素的影響(如,水汽導致的接頭破壞)。
環境影響
在使用的過程中,粘接接頭暴露於(yu) 不同的環境影響中。這些影響因素可能同時發生作用,而且相互之間會(hui) 產(chan) 生影響。
1、溫度和輻射影響
對化學反應最主要的影響因素是溫度。溫度越高,越容易發生化學反應且反應速度越快。這樣的反應通常會(hui) 導致接頭的性能變化(通常是不希望的)。高溫條件下機械應力對粘接接頭的破壞會(hui) 大大加速,般認為(wei) ,溫度升高會(hui) 加速老化。
輻射也是引起粘接接頭老化的影響因素之一(包括太陽光中的紫外線)。膠粘劑和塑料基材中的高分子鏈易受到輻射的破壞。特別是聚氨酯對紫外線非常敏感。
2、水
濕氣能滲透(擴散)到已經固化的膠層中,並被膠層吸收。這些被吸收的水分降低了膠的強度。因為(wei) 水在高分子鏈之間扮演了潤滑劑的作用(增塑劑效應),使得分子鏈之間更容易滑動。水分滲透進膠層的速度很低,但是持續性的。在40℃溫度下,水對於(yu) 交聯結構聚合物滲透速率大約為(wei) 每個(ge) 月幾個(ge) 毫米。當粘接接頭被幹燥後,內(nei) 聚強度重新上升,但無法回到原先的水平。粘接接頭暴露於(yu) 濕氣中產(chan) 生的最大問題是降低了基材與(yu) 膠粘劑之間的粘附力。水滲透進入了粘接接頭後粘附力減弱。膠粘劑與(yu) 基材粘附力減弱通常也是個(ge) 緩慢的過程。膠與(yu) 基材表麵形成的化學鍵比物理相互作用力的耐水性更好。一旦化學鍵遭到破壞,幹燥後粘附力不能再恢複。防止粘接接頭不受水汽影響的最好辦法是遠離水。如果無法達到,可將接頭密封起來。
3、腐蝕
對於(yu) 金屬基材粘接接頭,與(yu) 吸收水汽緊密相關(guan) 的是基材的腐蝕。基材的腐蝕導粘接接頭在短期內(nei) 快速失效,因此腐蝕也是很關(guan) 鍵的方麵。腐蝕通常很快發生,特別是除了水之外還有一些加速腐蝕的介質存在(例如: 鹽、酸、堿,等),能從(cong) 外部或從(cong) 膠層裏麵侵蝕基材。但是在很多情況下這種效應可以加以控製,如將整個(ge) 基材保護起來或僅(jin) 對粘接區域進行保護。