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第四章 胶粘接头中的内应力及其消除方法

1、内应力对胶粘接头性质的影响:
胶粘接头中内应力的增加有两个原因,一是在胶粘剂固化过程中,由于溶剂的挥发、聚合物作用或物理结构变化,而使其体积减小;胶粘剂与被粘物间相互粘结作用的结果是胶层厚度紧缩,这是在其中产生平行于表面的收缩应力的原因,它会在被粘物胶层中延伸,这种导致胶层尺寸收缩的应力迅速增长是从聚合物失去流动性开始的。第二个产生内应力的原因是基于胶粘剂与被粘物的线性热膨胀系数的差异造成的热应力,它在胶粘接头的加热或冷却时发生,在胶粘接头中产生内应力的机理与涂料中情况一般是相同的,但前者系两个固体表面间的应力实际上要大得多;

2、胶粘接头中内应力的测定:
光弹法、张力法、Polani法、四偶极共振法、红外光谱法、悬臂法
a.胶粘接头的热应力:虽然热内应力显著地超过收缩应力,但聚合物涂料及胶粘剂中的热内应力的研究却少于收缩应力。我们考虑一种测定胶粘接头中热内应力的方法,它可研究在胶粘剂中,在被粘物中及在界面上的应力分布,用长l远远大于宽b的三层板组成的试样,板的中间层含有胶粘剂,而其顶层及底层可以是具有不同线性热膨胀系数的金属,然后通过内应力的计算、位移量的确定来进行热内应力的测定;
b.胶粘接头中收缩内应力:用悬挂三层臂测定在胶粘接头中收缩内应力的方法比较复杂,Mysko和Garf提出了以夹有胶层的两种不同弯曲刚度的板作为悬臂试样来计算沿胶粘接头截面和收缩内应力分布的方法;
c.用点阵元法计算内应力:即有限单元法(FEM)来测定应力-应变状态,在此模型中既认为复合材料是均一体,其物理和机械性能与体系的平均特性一致,又考虑到复合材料的结构特点;
d.胶粘接头中棱边内应力:胶粘接头中棱边内应力的测定时基于它们对胶黏剂和被粘物间键合力的反作用能力,也就是说降低粘接强度。

3、降低胶粘接头中内应力的方法:几乎所有能采用的降低胶粘接头中内应力的方法可被归集为三类,降低固化过程中胶粘剂的收缩,增加胶粘剂中内应力的松弛速率,以及降低胶粘剂和被粘物的线性热膨胀系数间的差别
a.表面活性剂对胶粘接头中内应力的影响:
IS试剂加入胶粘剂时由于应力松弛速率的增加和胶粘剂层与被粘物的相对“滑动”,通常发生内应力的下降,RS试剂最为可能的作用机理是在于胶粘剂分子在被粘物表面上堆积密度的增加以及界面上过应力的相对下降;
b.通过及时分离形成的线性和交联聚合物来控制胶粘接头中的内应力:
如果要将线性和交联聚合物形成过程及时有效分离,那么它们的聚合必须按不同的机理进行,对在线性聚合物形成过程中产生的内应力松弛,聚合物在蠕变时必须具有足够的柔顺性,由于内应力也可能出现在分子间交联的时候,所以形成交联的密度和速率必须最小化;
c.利用互穿聚合物网络胶黏剂来降低胶粘接头中的内应力:
制备互穿网络聚合物IPNs在原理上是一种不熔不溶三维聚合物共混的新方法。IPNs具有许多特殊的热力学性能和物理机械性能,利用具有不同化学组成的交联聚合物制备的IPNs可以得到许多具有性能广泛的胶粘剂;
d.降低胶粘接头中棱边内应力的方法:
控制棱边应力的方法在于加入能在胶体中或与空气接触的界面上产生不同粘接固化机理的化学物质,依据与棱边的距离,这些添加剂将改变胶粘剂的物理-力学性能,也就是说,降低了胶粘剂在棱边上的弹性模量和增加其内应力的松弛速率。

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