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四大热熔胶基体材料分类解析EVA聚烯烃

发布时间:2023/10/8 14:19:04   

热熔胶由无溶剂固体糊料组成,通常以热塑性塑料或弹性体作为基体,添加增塑剂、增黏树脂和抗氧化剂制成。热熔胶熔融并在冷却过程中迅速固化,产生优异的机械强度。与其他胶粘剂相比,热熔胶不含溶剂,合成方便,固化时间短,粘接范围广,存储运输方便及不污染环境,符合“绿色化学”的主导方向,在过去十年中发展尤为迅速。

随着石油化学工业的发展,各种热塑性材料如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚酰胺(PA)、聚烯烃、聚乳酸等被用作热熔胶的基体材料,并已广泛应用于木材、制鞋、服装、汽车和包装等领域。

EVA热熔胶

EVA含有非极性聚乙烯链段和极性乙酸乙烯酯链段,是热熔胶工业中最常用的聚合物,很大程度上是因为EVA具有广泛的熔体指数值,对各种材料具有良好的黏附性,而且价格较低。

EVA热熔胶主要由EVA、增黏树脂和蜡组成。通常,EVA是作为热熔胶的主要成分;增黏树脂改善润湿性和赋予黏性;蜡的加入可以改变熔体黏度,并降低成本。

ESTAN-CEREZO等将聚丙烯均聚物(PP)蜡和聚丙烯(质量分数为10.9%)聚乙烯蜡(PP-E)的共聚物加入到EVA和增黏剂共混物中,制备了EVA热熔胶。其组成为40%的EVA、40%的增黏剂和20%的蜡。

此外,还添加了0.5%的抗氧化剂,以减少加工过程中的热降解。研究结果表明:与添加费托蜡相比,添加PP蜡增加了热熔体的黏度,并且在PP热熔体中具有更高的热稳定性。这可能是因为PP蜡的高分子量所致。PP-E的加入增强了EVA热熔胶的相容性,导致高黏性、更长的凝固时间和对铝基材的低黏合性。

聚烯烃热熔胶

聚乙烯(PE)-聚丙烯(PP)热熔胶通常,聚烯烃不被认为是黏合剂,因为其作为基材很难黏合。然而,聚烯烃树脂却被制成优异的热熔胶,这是因为其具有低表面能,并且能够湿润大多数聚合物和金属基材。与其他常见的热塑性热熔胶相比,聚烯烃基黏合剂具有使用温度范围宽、良好的热稳定性、较长的开放时间、良好的防潮和防水蒸汽性,以及作为一种新型黏合剂,其能够解决难以黏合的问题。KORICHO研究了高强度聚烯烃热熔胶的胶粘层厚度、重叠长度和加速环境对单搭接接头剪切强度的影响。考虑到汽车应用的特殊情况,主要考察了三种不同的湿热加速老化的环境:(1)恒定的高温;(2)高湿度;(3)极端温度和湿度下的循环老化。研究结果表明:聚烯烃热熔胶主要由PE和PP组成。随着黏合剂层厚度的增加,破坏载荷减小,在2mm黏合剂层厚度下,观察到最主要的破坏类型是在尖端处的黏合剂失效;随后是高塑性形变的黏合剂层失效,不同于热固性结构胶的脆性断裂。对于12.5和25mm的重叠长度,黏合剂层厚度从0.5到2mm时,剪切强度明显减小;而对于50mm的重叠长度,剪切强度几乎不变,这是由于不同类型的失效所致。循环老化表明,由于存在高相对湿度和低温工作温度,单搭接接头在高温下的强度可以恢复。CIARDIELLO等研究了准静态试验和动态试验对PE和PP共聚物制备的聚烯烃热熔胶粘接聚丙烯基材的吸附能量影响。研究结果表明:随着冲击速度从准静态试验到动态试验,吸附能量明显降低约40%。这两种不同的试验方法导致了热熔胶失效模式的改变,聚烯烃热熔胶在准静态测试中能够牢固粘接,而在动态测试中粘接性一般。这表明聚烯烃热熔胶在准静态试验中通常显示出较好的延展性,而在动态测试中变脆。

PA热熔胶

XUE等将尼龙6/66和0~20%(物质的量百分比)尼龙共混制备了尼龙6/66和尼龙6/66/共聚热熔胶。

当尼龙的含量从0~20%时,共聚酰胺的熔点从.3℃降至.9℃,Tg从46.7℃降至18.3℃,这可能是因为尼龙的添加扰乱了共聚酰胺分子链的规整性,使得结晶区域减少;当尼龙的含量为15%时,尼龙6/66/热熔胶的剥离强度达到最大值(71.36±2.13)N/cm。FREITAS等采用40.5%(物质的量百分比)的二聚脂肪酸、7%的癸二酸、1.5%的硬脂酸、21%的哌嗪和29.7%的乙二胺制备了聚酰胺PA2,其软化点为℃,重均分子量为g/mol,多分散指数为3.03,拉伸强度为(4.9±0.2)N/cm,T-剥离强度为26.5N/cm。二聚脂肪酸中通常含有少部分的单体和三聚体,采用含70%(质量分数)的低纯度二聚酸制备的是脆性PA,产物分子量低,黏度和机械性能差;采用含78%的较高纯度的二聚酸制备的PA在应力-应变测试中显示出更高的分子量、更优的粘接性能和机械性能。这表明脂肪酸的二聚化过程对合成PA热熔胶有着重要的作用。

其他热熔胶

为了克服电纺纳米纤维垫力学强度不足的问题,AMINI等将PVAc纳米纤维和纳米颗粒作为热熔胶,粘接尼龙纳米纤维纱线。结果表明:与纯尼龙66纳米纤维纱相比,PVAc纳米纤维和颗粒的加入,使得尼龙66的拉伸强度分别提高了%和%。

这种改进是因为PVAc热熔胶的粘接防止了纤维间的滑移。同时,提高加热温度可以改善拉伸强度,这是因为在高温下,PVAc能够更好地扩散到尼龙66纱线结构中,并形成更多的粘接点。

为了改善尼龙66纳米纤维垫与聚酯基底之间的粘接性,GOLCHEHR等将PVAc纳米纤维作为热熔胶,在静电纺丝中设置带相反电荷的喷嘴,将PVAc纳米纤维和尼龙66从不同的喷嘴中喷出混合。随后,在不同的温度下对样品进行热处理78s。结果表明,该方法对于避免纳米纤维从基底上的脱除是非常有效的。即使不进行热处理,混合样品中的黏合强度也比尼龙66纳米纤维样品提高了14倍。聚乳酸可由可再生资源制备得到,也可以迅速降解为低毒害的副产物,如二氧化碳和水,由聚乳酸可制备环境友好的热熔胶。与行业基准的EVA热熔胶相比,BAKKEN等制备的聚乳酸热熔胶在硬度、弹性、剪切强度、凝固时间等方面,与EVA热熔胶相当或性能更优越。使用淬火-退火聚乳酸连接钢销钉,粘接强度可达到42.9MPa。INOUE等采用28%的三分支型苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、57%的氢化增黏树脂和15%的石蜡油制备了包含热塑性嵌段共聚物的热熔胶,在℃下的黏度为mPa·s,10℃下的剥离强度为g/25mm。该热熔胶在低温下具有优异的粘接性。



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