环氧胶黏剂粘接件在使用过程中,受到光、氧、热、寒、水分、臭氧、盐雾、腐蚀性气体、介质、微生物等的长期作用,会使胶层及粘接接头的物理力学性能逐渐降低,以致失效,即称谓老化。它将严重地影响粘接耐久性和使用寿命,因此必须进行耐老化性试验,了解环氧胶黏剂受环境因素和各种介质的影响程度,以评价环氧胶黏剂耐老化性的优劣,确定粘接实际使用的耐久可靠性。由于工作环境和接触介质变化多端,耐老化试验方法也有多种,较为重要的有大气老化试验、大气加速老化试验、人工模拟气候加速老化试验、湿热老化试验、耐盐雾腐蚀试验等。
一、大气老化试验
大气老化试验又称自然老化试验、耐候性试验,将粘接件曝露在自然环境之中,检测性能随时间变化的情况。各地气候环境差异很大,大气曝晒结果亦不同,我国分成5个气候区,均有大气曝晒试验场。将粘接件置于不同的曝晒场,以不同的曝晒时间,测得物理力学性能的变化数据,予以评价环氧胶黏剂的耐候性。
按照标准规定制备试样,曝露前应在17~23℃和相对湿度60%~70%的条件下放置1~2d,再按标准进行物理力学性能测试。也可将试样放人室温硅胶干燥器中处理24~48h后测试性能。将试样用不锈钢丝固定在特制的试验架上,其间距离不小于10mm,试样下端距地面距离不低于700mm。通常采用的曝晒倾角等于试验地点的地理纬度,曝露表面应对准正南方向。试验曝晒时间至少1年,曝晒1年的试样,每月测定一次性能;曝晒3年的,1季度测定1次性能;曝晒超过5年的,1年测定1次性能。可根据试验情况和要求酌情缩短或延长曝晒时间。曝晒后的试样应按曝晒前的方法处理后测试性能,也可参考ASTM D1828标准。
测试性能前需在与曝晒前相同的气候条件下置放至少40h,以消除温度和湿度差的影响,可使测定结果比较准确可靠。
胶黏剂老化性能指标应根据使用情况确定,结构胶黏剂一般降到原设计允许的单位面积承受的最小负荷为止,或者降到原始粘接强度的50%为止。对于室内使用的环氧胶黏剂及某些特殊用途的胶黏剂可以不进行大气老化,仅进行其他介质老化试验。
二、大气加速老化试验
大气老化试验虽然实际且可靠,但实验周期较长,加速老化试验更有实用意义。广州合成材料研究院老化所研制成功的大气加速老化试验机,是一种户外使用、全天候跟踪太阳的自动曝晒架,可用于环氧胶黏剂的加速老化试验。由于DJ-1型大气加速老化试验机的反射镜始终对准太阳,使试样受到比自然曝晒时强得多的光照,紫外光能量增加2.5倍,红外光能量增加3.5倍,可见光能量增加3.5倍,并且反射光与太阳光在光谱分布上极为相似,从而加速了老化过程。其他环境因素(如风、雨、露、霜、空气成分等)与天然环境很接近,因此模拟性很好。同时,可以通过增减反射镜数量来调节平均光强的增加倍数,从而可控制加速老化的效能。大气加速老化试验机还装有自动控制鼓风冷却装置和喷水装置,为模拟典型气候和做条件加速试验创造了条件。试验机设有运转(光照)时间光电自动累积装置,可自动记录试验时间,为计算加速倍数和推算老化寿命提供了计算数据。实践表明,大气加速老化试验机模拟性优良,比普通大气老化试验缩短很多时间,是一种颇有发展前景的老化试验方法。
三、人工模拟气候加速老化试验
大气老化试验一般至少一年,多则三五年,为尽快了解环氧胶黏剂的老化性能,可进行人工气候加速老化试验,即以人工的方法模拟或强化大气中的光、热、风、雨、湿度等因素,而在较短的时间内再现接近大气老化试验结果的一种老化试验方法。
人工气候加速老化试验方法还不够完善,目前还不能完全替代大气老化试验,但试验条件的重现性好,有一定的加速作用,能够缩短试验周期,可以相对比较和基本了解不同品种环氧胶黏剂的耐老化性能。
人工气候加速老化试验有专门的人工模拟气候加速老化试验设备,国产型号有LH-1、LH-2、LQK-6、LZ-2等,国外牌号有日本产的WE-HC、WE-SH-2C、WE-SUN等,其结构和工作原理基本相同。阳光型人工加速老化设备(WE-SUN型)在温度(48~52℃)、相对湿度(60%~80%)、降雨(2mm/h)的条件下,比大气曝晒破坏速度快,少则2~3倍,多则5~6倍,甚至10倍左右。而紫外光型人工老化设备(WE-SH)较阳光型慢2~3倍。还有Ci-4000氙灯模拟大气老化测试仪。
人工气候加速老化试验操作方法如下。
①应将试样无应力地装在试验架上,保持空气流通。
②如果试样为上下两排,每日则要变换位置,使试样均匀接受光照、温度、湿度和喷水(软水)的作用。
③光源对人工气候老化试验影响很大,光源的灯罩长时间使用后会变色,影响透光率,最好是几只轮流使用,以使长期受照均匀。当发现明显变色或呈乳色时,必须及时更换。
美国军标MIL-STD-304为人工气候加速老化试验方法,将试样置于低温(-54℃)、室温(23℃)、干热(71℃)和湿热(71℃,RH95%)交替循环条件下规定时间,之后进行老化后试样的强度测试,计算出强度保留率。
耐人工紫外光老化试验可参照ASTM D904-99标准。
四、湿热老化试验
高湿和高温的共同作用,极易使环氧胶黏剂中易水解聚合物水解引起大分子降解,其结果是胶黏搅老化。同时水分子的渗入破坏了胶黏剂与被粘物的粘接界面,造成界面分离,水分还会起到增塑作用,而使粘接性能劣化。因此,湿热老化对环氧胶黏剂粘接耐久性影响极大,湿热老化试验显得非常重要。
湿热老化试验在各种调温调湿箱中进行,试验条件多为恒温恒湿。试验多数仅用于考核环氧胶黏剂的相对耐湿热老化性能或是耐湿热老化性的变化趋势。
五、耐盐雾腐蚀试验
沿海地区使用的环氧胶黏剂粘接件,接触盐雾和海水的粘接接头强度降低比在水中速度还快,进行耐盐雾腐蚀试验很有必要。耐盐雾试验首先应按以下配方制备盐水:
氯化钠(实验试剂,LP) 27g/L
氯化镁(无水) 6g/L
氯化钙(无水) 1g/L
氯化钾 1g/L
蒸馏水 余量
该溶液pH值在35℃时应为6.5~7.2,pH值允许用化学纯稀盐酸和氢氧化钠溶液调节。
耐盐雾试验可在各种盐雾腐蚀试验箱(如DL120型盐雾腐蚀试验箱)中进行。试验前必须清洗试样表面,再放在特制的试验盘上,使试样的纵向与盐雾沉降方向校正成30°。每个试样应保持一定间距,且要保证盐雾都能自由地沉降在全部试样上。试验中必须注意检查喷嘴的喷雾是否正常,盐水不能循环使用。试验结束后取出试样,立即用流动冷水轻轻洗涤,并去除试样表面上的小盐粒,干燥后及时检查粘接接头处腐蚀程度或缺陷,存放24h后按要求测定各种性能。
耐盐雾试验可参照ASTM B117标准。
以上各种老化试验所用标准试片,建议采用长×宽×高为60mm×20mm×3mm的金属试样。 环氧树脂 - www.epoxy8.com -(责任编辑:admin) |