最近常常接到一些客戶(hù)的來(lái)電詢(xún)問(wèn)關(guān)于膠帶粘接方面的問(wèn)題。例如，產(chǎn)品出現(xiàn)粘接失效了，可膠帶廠商反饋膠帶本身性能沒(méi)問(wèn)題。又如，膠帶廠商常說(shuō)使用膠帶要注意壓力、時(shí)間、溫度、表面能?？墒菫槭裁茨兀孔鳛槭褂谜咴撛鯓永眠@些參數(shù)優(yōu)化生產(chǎn)工藝，充分發(fā)揮膠帶性能呢？帶著這樣的問(wèn)題，今天3M膠粘之家就為大家談一談壓敏膠粘劑的粘合特性，幫助小伙伴更好的理解膠帶的使用。

通常我們接觸到的膠帶屬于壓敏膠粘劑產(chǎn)品。壓敏膠粘劑區(qū)別于其他液狀或固狀膠粘劑在于它本身已處于半固體狀態(tài)，使用的時(shí)候一般不需要進(jìn)一步固化。壓敏膠粘劑通過(guò)施加一定壓力，浸潤(rùn)被粘表面，產(chǎn)生相互作用力來(lái)實(shí)現(xiàn)粘接。壓敏膠粘劑這種對(duì)壓力敏感的特性主要是它的粘彈性質(zhì)所決定的。

PART

01

壓敏膠粘劑的粘彈性

壓敏膠的主要組成為聚合物，而聚合物是具有粘彈性的物質(zhì)。在外力的作用下，聚合物通常發(fā)生兩種變形：

1. 彈性變形，類(lèi)似固體共有的性質(zhì)，由分子中鍵角的改變所引起，是可逆的。

2. 塑性變形，類(lèi)似液體的粘性流動(dòng)，是由高分子間相對(duì)位置的改變所引起的，是不可逆的。

聚合物的這種粘彈性可以形象的用Maxwell模型進(jìn)行描述。如圖1所示，由服從胡克定律的彈簧和服從牛頓流動(dòng)定律的粘壺串聯(lián)而成的力學(xué)模型。

在外力F作用下，彈簧發(fā)生彈性形變，粘壺發(fā)生粘性流動(dòng)變形，所以總的變形為

根據(jù)胡克定律，彈簧的形變  （1-2）， E為彈性率；

根據(jù)牛頓定律，粘壺的形變速度為   (1-3)，為粘度；

將式（1-1）對(duì)時(shí)間t微分，并代入式（1-2）和（1-3）可得：

   (1-4)

這就是表示粘彈體的外應(yīng)力和形變之間相互關(guān)系Maxwell基本方程式。

粘彈體的總變形由式1-4可知，第一項(xiàng)彈性形變速度與外力作用速度有關(guān)，第二項(xiàng)粘性流動(dòng)與外力作用速度無(wú)關(guān)，僅與粘度有關(guān)。

當(dāng)外力快速作用時(shí)，即彈性變形起主要作用，此時(shí)粘彈體表現(xiàn)出近似彈性體的性質(zhì)。當(dāng)外力緩慢作用時(shí)，即粘性流動(dòng)起主要作用，此時(shí)粘彈體表現(xiàn)出近似粘性流體的性質(zhì)。

同理，當(dāng)溫度升高會(huì)使聚合物分子運(yùn)動(dòng)的速度加快，粘度提升，此時(shí)粘彈體表現(xiàn)近似于粘性流體，而溫度降低時(shí)則近似于彈性體。

實(shí)際上，聚合物的粘彈行為十分復(fù)雜，Maxwell模型不可能完全描述清楚。但是這個(gè)模型可以定性地解釋聚合物粘彈體的一些性質(zhì)。

同理，當(dāng)溫度升高會(huì)使聚合物分子運(yùn)動(dòng)的速度加快，粘度提升，此時(shí)粘彈體表現(xiàn)近似于粘性流體，而溫度降低時(shí)則近似于彈性體。

實(shí)際上，聚合物的粘彈行為十分復(fù)雜，Maxwell模型不可能完全描述清楚。但是這個(gè)模型可以定性地解釋聚合物粘彈體的一些性質(zhì)。

當(dāng)壓敏膠帶貼于被粘物表面并施加均勻而又緩慢的壓力時(shí)，壓敏膠主要表現(xiàn)為近似于液體的粘性流動(dòng)性質(zhì)。這使得壓敏膠帶可以與被粘物表面緊密接觸并盡可能地流入被粘表面的坑洼溝槽（無(wú)論怎樣磨平，表面也是凹凸不平的）中，使有效接觸面積增大，從而充分發(fā)揮膠帶的粘接強(qiáng)度。根據(jù)式1-4可知，此時(shí)壓敏膠的形變速度主要取決于第二項(xiàng)，即與外壓力F成正比，與膠的粘度成反比。這就是壓敏膠粘劑本體粘度越小，其粘接強(qiáng)度越高的原因。但通常壓敏膠粘度是在一定范圍內(nèi)的(106～108Pa.s)，太大或太小都會(huì)影響整體粘接強(qiáng)度。原因我們將在下一期如何評(píng)價(jià)粘接強(qiáng)度中為大家解釋。

PART

02

壓敏膠粘劑對(duì)被粘表面的濕潤(rùn)

如前面所述，壓敏膠在緩慢的壓力下產(chǎn)生粘性流動(dòng)實(shí)現(xiàn)與被粘表面的緊密接觸。但只有這種接觸還不能產(chǎn)生粘合力。只有壓敏膠對(duì)表面有很好的濕潤(rùn)性，達(dá)到充分接近，產(chǎn)生分子間的相互作用力，即粘合力。所以，壓敏膠的粘接性能還須從液體對(duì)固體表面的濕潤(rùn)角度加以分析。如圖2所示，在一個(gè)水平固體表面放一滴液體，該液滴受到各種表面張力的作用，其中rs,rL為固體、液體的表面張力，rsL為固體和液體之間的界面張力，為接觸角。

在了解了壓敏膠粘劑的粘彈體性質(zhì)之后，相信你就能夠很好理解：為什么粘接壓敏膠帶的過(guò)程需要施加緩慢而均勻的壓力；為何給膠帶加熱能夠促進(jìn)粘接速度和強(qiáng)度；為什么粘接強(qiáng)度會(huì)隨著駐留時(shí)間的增加而增長(zhǎng)；為何同樣的膠帶在不同材料上的粘接強(qiáng)度表現(xiàn)不同。如果您有更多的問(wèn)題，歡迎您關(guān)注并聯(lián)系我們。下一期我們將聊一聊關(guān)于壓敏膠粘接強(qiáng)度的評(píng)價(jià)方法。