影响粘接性能的环境因素(3)

　　
　　 超低温胶粘剂主要用于金属和非金属与其外部绝缘体的粘接，也可作为密封剂使用，多数翼型结构的油箱和耐压型舱壁都是用胶粘剂密封的。室温硫化（RTV）苯基硅橡胶，被确认为能在超低温下使用的密封剂和胶粘剂。实践表明，RTV硅橡胶在高温（316°C）短期工作是很有用途的，较好的超低温胶粘剂才能耐受如此高温。
　　 超低温条件下的接头存在许多问题都是接头内产生应力集中和应力梯度的结果，接头应力集中的因素很多，而超低温又加剧了应力集中，引起应力集中的主要原因是：
　　（1） 胶粘剂与被粘物的热膨胀系数不同；
　　（2） 固化时胶粘剂的体积收缩；
　　（3） 胶接时包住或放出气体；
　　（4） 胶粘剂与被粘物的弹性模量和剪切强度的差异；
　　（5） 粘接施加压力卸除后，被粘物保留的残余应力；
　　（6） 胶粘剂或被粘物的非弹性；
　　（7） 胶粘剂或被粘物的塑性；
　　 在室温下低模量的胶粘剂容易变形，因而能减缓应力集中，但在超低温时，弹性模量大到某一值后，胶粘剂不能再有效地减缓应力集中（弹性模量一般随温度降低而增加）。为了得到较稳定的力学性能，应采取适当措施，使胶粘剂与被粘物的热膨胀系数相接近。在超低温时，导热性对减少瞬时应力起重要作用，减薄胶层和提高导热性能，可减少瞬时应力。
　　 聚氨酯是最好的一种超低温胶粘剂，目前使用的室温固化聚氨酯胶粘剂在-253°C时的剪切和拉伸强度以及剥离强度和冲击性能都比早期的聚氨酯好，这种情况与多数结构胶粘剂恰好相反。聚氨酯胶粘剂在-253°C时强度增加，而在室温和高温下却降低。超低温胶粘剂在液态氢温度和室温下的强度比较列于表9—8。
　　　　　　　　　　 超低温胶粘剂在液态氢和室温下的强度比较
　　　　　　 胶粘剂类型 　　　拉伸剪切强度（Mpa） 　　　T—剥离强度（N/M）
　　　　　　　　　　　　　　　　 -253°C 　　室温 　　　　-253°C 　室温
　　　　　　　 聚氨酯 　　　　　　51.7 　　　10.3 　　　　12260 　3502—7004
　　　　　　 尼龙—环氧胶模 　　　24.8 　　　34.5 　　　　700 　　　18200
3 　　 未改性环氧树脂粘接强度虽然很高，但在低温下变脆，相应的剥离强度和冲击强度很低。环氧--酚醛的低温强度和高温性能都相当好。环氧--尼龙低温强度很高，这是因为尼龙的柔性赋予环氧较高的剥离强度，使体系具有非凡的低温性能。环氧--聚酰胺容易混合，使用方便，适用期长，室温固化，胶层柔韧，但低温性能不如环氧--尼龙。酚醛—缩醛胶粘剂有载体或无载体的胶膜、溶液和粉末各种类型，具有较高的低温强度，但因热塑性塑料的弹性模量随温度降低而增加，致使其强度随温度降低而减小[9]]。 橡胶改性酚醛(弹性体—酚醛胶粘剂因剥离强度高，很有使用价值，但剪切强度相对低些，丁脂—酚醛便是其中一种。聚氨酯胶粘剂对多数被粘物都有相当好的粘接性，加之固有的低温柔顺性，故在低温下剥离强度也相当高。上述环氧—尼龙胶粘剂在—73°c的低温范围，其强度比其他任何低温胶粘剂都高(见图9—1)。在液氮温度(—196°C)时，聚氨酯和环氧--尼龙的剪切强度相差很小，而在液态氢温度(—253°c)下，新型聚氨酯胶粘剂的剪切强度则超过环氧--尼龙[9]。
　　3.湿气和浸水[1]
　　湿气通过两种方式影响粘接强度。某些高分子材料，尤其是含酯键的聚氨酯，在湿热环境下会水解而丧失强度和硬度，严重时甚至液化。水还会渗入胶层，取代粘接界面的胶粘剂，这是在潮湿环境下粘接强度降低的最普通原因。
　　水解的速率取决于胶粘剂基料的化学结构、催化剂类型、用量、以及胶粘剂的柔性。某些化学键，如酯、氨酯、酰胺和脲，都能被水解。有些类型的聚氨酯和酸酐固化的环氧树脂中的酯键水解速率最快。在大多数情况下，以酰胺固化的环氧树脂的水解稳定性比酸酐固化的好。可水解材料的水解速率还与配方中催化剂的用量有关。适当选择基料与催化剂的配量，能得到较好。