胶粘剂的粘结强度的测试方法与流程

1.本发明涉及胶粘剂领域，具体地，本发明涉及一种测试胶粘剂的粘结强度的方法，以及一种评估不同使用环境中应力作用对胶粘剂的粘结强度的影响的方法。

背景技术：

2.胶粘剂具有应力分布连续，重量轻，工艺可多样化且工艺温度低等特点。胶结特别适用于不同材质、不同厚度、超薄规格和复杂构件的粘结，在当前的工业生产和日常生活中广泛存在。在使用胶粘剂进行粘结时，在胶粘剂的装配和实际使用过程中，由于生产工艺和使用环境(如高温、高湿、盐雾等)多种多样，因此很多情况下粘结位置会受到持续的应力。例如，当胶粘剂应用于电池时，胶粘剂不仅会在装配时受到瞬时压力，而且会在装配完成之后时时刻刻地受到变形的铝箔等金属的回弹产生的拉伸应力。在多种环境条件下，这种持续的应力作用在胶粘剂本体和粘结界面，势必会导致胶粘剂本体产生蠕变和界面出现局部失效，进而影响胶粘剂的胶粘作用以及粘结位置后续的使用可靠性。
3.然而，对于这种因持续应力和多样环境而对胶粘剂的胶粘作用产生影响的评估，现有技术的方法或装置仍存在检测装置体积过大、测试方法过于复杂、评估参数单一、测试结果不直观等缺陷。例如，在专利申请cn112098192a和cn108760476a公开的粘结剂测试方法中，主要是针对材料本体的蠕变情况进行评估测量，通过计算其蠕变模量表征胶粘作用的变化，这样的结果并不能够直观地表示出胶粘剂的胶粘强度的变化。
4.因此，本领域仍需要一种侧重于测试胶粘剂经过应力作用后粘结效果的变化的方法，以简单、直观且客观的方式评估和判断环境和应力对胶粘剂本身和界面所造成的破坏程度。

技术实现要素：

5.本发明的发明人发现，使用胶粘剂对物体进行粘结后，物体会应用于诸如高温、高湿、盐雾等多种环境，且可能受到瞬时和/或持续的外力作用。在这种条件下，胶粘剂本身可能会产生蠕变，且界面处会产生微观失效，进而影响胶粘剂的胶粘作用。因此，本发明提供一种测试胶粘剂的粘结强度的方法，用来表征胶粘剂在不同使用环境中受到持续的应力作用情况下对其粘结强度的影响。
6.在第一方面，提供了一种测试胶粘剂的粘结强度的方法，所述粘结强度包括剪切强度和拉拔强度，所述方法包括以下步骤：
7.(1)制备空白样片：
8.a)准备矩形的片状的第一基材和第二基材：
9.b)使用胶粘剂在所述第一基材的施胶表面涂布2条或3条胶线；
10.c)用所述第二基材覆盖经施胶的所述第一基材，并在固化条件下使所述胶粘剂固化，以形成胶层；
11.其中，对于用于剪切强度测试的剪切测试样片，所述胶线分布在所述第一基材的
短边一端且与短边平行，并使所述第一基材和所述第二基材呈一字叠放且部分重合地粘结在一起；
12.其中，对于用于拉拔强度测试的拉拔测试样片，所述胶线分布在所述第一基材的中央处且与短边平行，并使所述第一基材和所述第二基材呈十字交叉叠放地粘结在一起；
13.(2)任选地，在测试环境中，对步骤(1)获得的所述空白样片施加应力并保持设定的时间，以获得实验样片；
14.其中，对于剪切强度测试，施加的应力与一字叠放方向平行；
15.其中，对于拉拔强度测试，施加的应力与十字交叉叠放表面垂直；
16.(3)测量所述空白样片或所述实验样片中所述第一基材和所述第二基材之间的粘结被破坏时的最大拉力f，并根据下式(i)计算所述胶粘剂的粘结强度p：
[0017][0018]
其中，l是胶线长度，w是胶线固化后的宽度之和。
[0019]
在第二方面，提供了一种评估胶粘剂经应力作用后的粘结强度的衰减比例的方法，所述粘结强度包括剪切强度和拉拔强度，所述方法包括以下步骤：
[0020]
1)由第一方面所述的方法得到胶粘剂经应力作用前的粘结强度p和经应力作用后的粘结强度p；
[0021]
2)根据下式(ii)计算所述胶粘剂经应力作用后相对于经应力作用前的粘结强度的衰减比例a：
[0022][0023]
本发明的有益效果在于：
[0024]
本发明的测试方法区别于传统的侧重于表征材料的蠕变模量以衡量材料本身性能变化的测试方法，而是直观地表征环境和应力对胶粘剂的粘结效果的影响，可以直观且客观地衡量在多种复杂环境下应力对胶粘剂的使用可靠性的影响。本发明的测试方法中的制样方式简单，可以满足在多种环境如常温、高温、低温、高温高湿、高低温循环或冲击、紫外光照、盐雾等环境下进行测试。并且，本发明的发明人发现，在不同的环境条件下，应力对胶粘剂的粘结效果的影响差异很大。因此，本发明的测试结果能够为技术人员根据不同使用场景选择胶粘剂提供直观地指导。
附图说明
[0025]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0026]
图1示出了测试剪切强度时的示例性的制样方式，其中1表示第一基材，2表示所施胶线，3表示第二基材。
[0027]
图2示出了测试拉拔强度时的示例性的制样方式，其中1表示第一基材，2表示所施胶线，3表示第二基材。
具体实施方式
[0028]
在下文中，将结合附图对本发明进行详细的描述。需理解，以下描述仅以示例方式来对本发明进行说明，而无意于对本发明的范围进行限制，本发明的保护范围以随附权利要求为准。并且，本领域技术人员理解，在不背离本发明的精神和主旨的情况下，可以对本发明的技术方案进行修改。若并未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
[0029]
除非另外定义，否则本文所使用的所有技术和科学术语具有与本发明所述主题所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。在对本发明进行详细描述之前，提供以下定义以更好地理解本发明。
[0030]
在提供数值范围的情况中，例如浓度范围、百分比范围或比率范围，应当理解，除非上下文另有明确规定，否则在该范围的上限与下限之间的、到下限单位的十分之一的各中间值以及在所述范围内的任何其他所述值或中间值包含在所述主题内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括在较小范围中，并且此类实施方案也包括在所述主题内，受限于所述范围中的任何特定排除的极限值。在所述范围包括一个或两个极限值的情况中，排除那些所包括的极限值中的任一个或两个的范围也包括在所述主题中。
[0031]
如本文所使用的，术语“剪切”是指被粘结的两片基材在相反的横向外力(即平行于基材表面的力)的作用下，克服胶粘剂的粘结作用沿该外力作用方向发生的相对错动变形现象。
[0032]
如本文所使用的，术语“拉拔”是指被粘结的两片基材在相反的纵向外力(即垂直于基材表面的力)的作用下，克服胶粘剂的粘结作用沿该外力作用方向发生的相对错动变形现象。
[0033]
在第一方面，提供了一种测试胶粘剂的粘结强度的方法，所述粘结强度包括剪切强度和拉拔强度，所述方法包括以下步骤：
[0034]
(1)制备空白样片：
[0035]
a)准备矩形的片状的第一基材和第二基材：
[0036]
b)使用胶粘剂在所述第一基材的施胶表面涂布2条或3条胶线；
[0037]
c)用所述第二基材覆盖经施胶的所述第一基材，并在固化条件下使所述胶粘剂固化，以形成胶层；
[0038]
其中，对于用于剪切强度测试的剪切测试样片，所述胶线分布在所述第一基材的短边一端且与短边平行，并使所述第一基材和所述第二基材呈一字叠放且部分重合地粘结在一起；
[0039]
其中，对于用于拉拔强度测试的拉拔测试样片，所述胶线分布在所述第一基材的中央处且与短边平行，并使所述第一基材和所述第二基材呈十字交叉叠放地粘结在一起；
[0040]
(2)任选地，在测试环境中，对步骤(1)获得的所述空白样片施加应力并保持设定的时间，以获得实验样片；
[0041]
其中，对于剪切强度测试，施加的应力与一字叠放方向平行；
[0042]
其中，对于拉拔强度测试，施加的应力与十字交叉叠放表面垂直；
[0043]
(3)测量所述空白样片或所述实验样片中所述第一基材和所述第二基材之间的粘结被破坏时的最大拉力f，并根据下式(i)计算所述胶粘剂的粘结强度p：
[0044][0045]
其中，l是胶线长度，w是胶线固化后的宽度之和。
[0046]
在式(i)中，最大拉力f的单位为n，胶线固化后的宽度之和w和胶线长度l的单位均为mm，胶粘剂的粘结强度p或p的单位为mpa。
[0047]
在一个具体的实施方案中，所述第一基材和所述第二基材是相同或不同的，且各自独立地选自金属基材、高分子材料基材、玻璃基材、或复合基材。
[0048]
在进一步的实施方案中，所述金属基材可以选自不锈钢、铝、阳极氧化铝、碳钢、镀锌钢板或镀镍钢板等，但不限于此。所述高分子材料基材可以选自聚碳酸酯(pc)、聚酰胺(pa)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚乙烯(pe)或聚丙烯(pp)等，但不限于此。所述复合基材可以选自金属合金、玻纤增强基材，但不限于此。可以根据具体需要选择合适的基材。
[0049]
术语“矩形的片状”基材可以具有本领域常用的检测尺寸，例如，基材的长度可以为100mm至102mm，宽度可以为12.5mm至13mm，厚度可以为2mm至6mm。又例如，非玻璃材质的基材选择尺寸为1英寸*4英寸*2mm，玻璃材质的基材选择尺寸为1英寸*4英寸*6mm，但不限于此。
[0050]
对于用于剪切强度测试的剪切测试样片，所述胶线分布在所述第一基材的短边一端且与短边平行，并使所述第一基材和所述第二基材呈一字叠放且部分重合地粘结在一起，如图1所示。在图1中，1表示第一基材，2表示所施胶线，3表示第二基材。
[0051]
对于用于拉拔强度测试的拉拔测试样片，所述胶线分布在所述第一基材的中央处且与短边平行，并使所述第一基材和所述第二基材呈十字交叉叠放地粘结在一起，如图2所示。同样地，在图2中，1表示第一基材，2表示所施胶线，3表示第二基材。
[0052]
在又一个具体的实施方案中，胶粘剂可以是热固性胶粘剂或热塑性胶粘剂。因此，在施胶时，根据所使用胶粘剂的工艺特点来进行施胶，热固性胶粘剂选择常温或低温加热施胶，热塑性胶粘剂选择高温加热施胶。
[0053]
在进一步具体的实施方案中，单条胶线的施胶宽度为0.5mm至2mm。本领域技术人员会知道，胶线固化后的宽度相比施胶宽度会略有变化。
[0054]
在进一步具体的实施方案中，所述胶线的长度等于所述基材的宽度，为12.5mm至13mm，例如为1英寸(或25.4mm)。
[0055]
在进一步具体的实施方案中，所述胶层的厚度控制为0.1mm至2mm，例如采用本领域中采用的gap方法，但不限于此。所谓gap方法，即，在第一基材和第二基材之间夹有用来控制厚度的金属丝或铁氟龙片，金属丝直径或铁氟龙片厚度对应于粘结后的胶层厚度。
[0056]
本领域技术人员可以根据胶粘剂的选择来选择合适的固化条件，例如，热固型胶粘剂可以选择在25℃至300℃的温度固化时间0～24小时，常温固化型胶粘剂则可以选择在23
±
2℃的温度、50
±
10％的湿度条件下固化，固化时间一般不超过7天。
[0057]
在又一个具体的实施方案中，对于所述剪切测试样片，在所述第一基材和/或所述第二基材的未施胶的短边一端设置有穿孔，并在所述穿孔中配置挂钩以配重。
[0058]
在又一个具体的实施方案中，对于所述拉拔测试样片，在所述第一基材和/或所述第二基材的未施胶表面的中央设置拉环以配重。拉环可以刚性方式设置，以用于悬挂配重使用。
[0059]
本领域技术人员可以根据实际需求确定需要悬挂的重量，将制备好的样品悬挂在合适的环境中，并将配重砝码悬挂在下拉环或挂钩上。并且根据测试需求，在指定的测试环境下配重悬挂，待到设定的时间结束，取下测试样件。
[0060]
在又一个具体的实施方案中，所述测试环境包括常温、高温、低温、高温高湿、高低温循环、冷热冲击、紫外光照、和盐雾中至少一种的环境。
[0061]
如本文所使用的，术语“第一”和“第二”仅仅出于区分的目的，而并非旨在限定顺序或重要性，例如，本文中所用的“第一基材”和“第二基材”可以互换使用。
[0062]
本领域技术人员可以根据需要选择合适的工具进行来测量所述空白样片或所述实验样片中所述第一基材和所述第二基材之间的粘结被破坏时的最大拉力f，例如万能拉力机，但不限于此。
[0063]
本领域技术人员可以根据需要选择合适的工具进行来测量胶线固化后的宽度之和w，例如千分尺，但不限于此。这里的宽度之和w是通过对每条胶线固化后的宽度进行测量、然后进行加和得到的。
[0064]
在又一个具体的实施方案中，所述方法还包括在施胶步骤之前，清洁所述第一基材或所述第二基材的表面。本领域技术人员可以根据所选择的基材来选择合适的溶剂浸湿无尘布清洁表面，例如，去除油污、灰尘等污染物可使用乙醇、ipa、乙酸乙酯等溶剂。
[0065]
在第二方面，提供了一种评估胶粘剂经应力作用后的粘结强度的衰减比例的方法，所述粘结强度包括剪切强度和拉拔强度，所述方法包括以下步骤：
[0066]
1)由第一方面所述的方法得到胶粘剂经应力作用前的粘结强度p和经应力作用后的粘结强度p；
[0067]
2)根据下式(ii)计算所述胶粘剂经应力作用后相对于经应力作用前的粘结强度的衰减比例a：
[0068][0069]
由式(ii)可知，衰减比例越高，则可以认为应力作用前后的粘结强度变化越大，即应力对粘结剂的粘结强度影响越大；相反，衰减比例越低，则可以认为应力作用前后的粘结强度变化较小，即应力对粘结剂的粘结强度影响较小。
[0070]
本领域技术人员可以根据具体的应用来判断胶粘剂是否是合适的，例如，对于一些应用而言，当胶粘剂的粘结强度的衰减比例不超过30％，则认为该胶粘剂是合适的。又例如，对于另一些应用而言，当胶粘剂的粘结强度的衰减比例不超过20％，则认为该胶粘剂是合适的。或者，对于另一些应用而言，当胶粘剂的粘结强度的衰减比例需达到不超过10％，才能认为该胶粘剂是合适的。本领域技术人员能够基于应用的需求对不同衰减比例的胶粘剂进行选择。
[0071]
实施例
[0072]
在下述实施例中，示出了采用本发明的测试方法对一些常用胶粘剂的测试。如无特殊说明，其中采用的试验方法均为常规方法，并且如无特殊说明，下述实施例中所用的试验材料均为自常规化试剂商店购买所得。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
[0073]
应注意，本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，而并非旨在限制本发明。上文的发明内容部分以及下文的详细描述仅为具体阐释本发明之目的，无意于以任何方式对本发明进行限制。在不背离本发明的精神和主旨的情况下，本发明的范围由随附的权利要求书确定。
[0074]
实施例1
[0075]
使用pur热熔胶(拓迪化学std 7902-c)分别按照剪切样片和拉拔样片方式制备16个样品，点胶于玻璃基板上，胶线总宽度2.4mm，胶线长度25.4mm，用另一块玻璃基板贴合粘接，用gap方法控制胶层厚度0.127mm，于23
±
2℃，50
±
10％rh条件下固化10min，然后半数的样片作为对照样直接测试其力学强度，另半数的样片作为测试样施加20n持续应力1小时，然后再分别测试其拉拔强度和剪切强度、以及相应的衰减比例，测试结果如表1所示：
[0076]
表1
[0077] 对照样测试样衰减比例(％)拉拔强度(mpa)2.571.3746.69剪切强度(mpa)1.030.6239.81
[0078]
实施例2
[0079]
使用pur热熔胶(拓迪化学st 7860b)分别按照剪切样片和拉拔样片方式制备16个样品，点胶于pc基材上，胶线总宽度2.4mm，胶线长度25.4mm，用另一块玻璃基板贴合粘接，用gap方法控制胶层厚度0.127mm，于23
±
2℃，50
±
10％rh条件下固化72小时，然后半数的样片作为对照样直接测试其力学强度，另半数的样片作为测试样在60℃/90％rh条件下，施加10n持续应力24小时，然后再分别测试其拉拔强度和剪切强度、以及相应的衰减比例，测试结果如表2所示：
[0080]
表2
[0081] 对照样测试样衰减比例(％)拉拔强度，mpa8.577.3214.58剪切强度，mpa7.366.5910.46
[0082]
实施例3
[0083]
使用pur热熔胶(拓迪化学st 7860b)分别按照剪切样片和拉拔样片方式制备16个样品，点胶于pc基材上，胶线总宽度2.4mm，胶线长度25.4mm，用另一块玻璃基板贴合粘接，用gap方法控制胶层厚度0.127mm，于23
±
2℃，50
±
10％rh条件下固化72小时，然后半数的样片作为对照样直接测试其力学强度，另半数的样片作为测试样在高低温循环条件下(循环程序-20℃1h+-20℃～60℃，30min+60℃1h+60℃～-20℃，30min)，施加20n持续应力72小时，然后再分别测试其拉拔强度和剪切强度、以及相应的衰减比例，测试结果如表3所示：
[0084]
表3
[0085] 对照样测试样衰减比例(％)拉拔强度(mpa)8.577.848.52剪切强度(mpa)7.366.886.52
[0086]
实施例4
[0087]
使用pur热熔胶(拓迪化学st 7860b)分别按照剪切样片和拉拔样片方式制备16个
样品，点胶于pc基材上，胶线总宽度2.4mm，胶线长度25.4mm，用另一块玻璃基板贴合粘接，用gap方法控制胶层厚度0.127mm，于23
±
2℃，50
±
10％rh条件下固化72小时，然后半数的样片作为对照样直接测试其力学强度，另半数的样片作为测试样在盐雾条件下(35℃，5％nacl溶液喷雾)，施加20n持续应力72小时，然后再分别测试其拉拔强度和剪切强度、以及相应的衰减比例，测试结果如表4所示：
[0088]
表4
[0089] 对照样测试样衰减比例(％)拉拔强度(mpa)8.576.2726.84剪切强度(mpa)7.365.5125.13

技术特征：

1.一种测试胶粘剂的粘结强度的方法，所述粘结强度包括剪切强度和拉拔强度，所述方法包括以下步骤：(1)制备空白样片：a)准备矩形的片状的第一基材和第二基材：b)使用胶粘剂在所述第一基材的施胶表面涂布2条或3条胶线；c)用所述第二基材覆盖经施胶的所述第一基材，并在固化条件下使所述胶粘剂固化，以形成胶层；其中，对于用于剪切强度测试的剪切测试样片，所述胶线分布在所述第一基材的短边一端且与短边平行，并使所述第一基材和所述第二基材呈一字叠放且部分重合地粘结在一起；其中，对于用于拉拔强度测试的拉拔测试样片，所述胶线分布在所述第一基材的中央处且与短边平行，并使所述第一基材和所述第二基材呈十字交叉叠放地粘结在一起；(2)任选地，在测试环境中，对步骤(1)获得的所述空白样片施加应力并保持设定的时间，以获得实验样片；其中，对于剪切强度测试，施加的应力与一字叠放方向平行；其中，对于拉拔强度测试，施加的应力与十字交叉叠放表面垂直；(3)测量所述空白样片或所述实验样片中所述第一基材和所述第二基材之间的粘结被破坏时的最大拉力f，并根据下式(i)计算所述胶粘剂的粘结强度p：其中，l是胶线长度，w是胶线固化后的宽度之和。2.一种评估胶粘剂经应力作用后的粘结强度的衰减比例的方法，所述粘结强度包括剪切强度和拉拔强度，所述方法包括以下步骤：1)由权利要求1所述的方法得到胶粘剂经应力作用前的粘结强度p和经应力作用后的粘结强度p；2)根据下式(ii)计算所述胶粘剂经应力作用后相对于经应力作用前的粘结强度的衰减比例a：3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一基材和所述第二基材是相同或不同的，且各自独立地选自金属基材、高分子材料基材、玻璃基材、或复合基材。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述金属基材选自不锈钢、铝、阳极氧化铝、碳钢、镀锌钢板或镀镍钢板，所述高分子材料基材选自pc、pa、pet、pe或pp，所述复合基材选自金属合金、玻纤增强基材。5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述胶粘剂包括热固性胶粘剂或热塑性胶粘剂。6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，单条胶线的施胶宽度为0.5mm至2mm；所述胶线
长度等于所述基材的宽度，为12.5mm至13mm；所述胶层的厚度控制为0.1mm至2mm。7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，对于所述剪切测试样片，在所述第一基材和/或所述第二基材的未施胶的短边一端设置有穿孔，并在所述穿孔中配置挂钩以配重。8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，对于所述拉拔测试样片，在所述第一基材和/或所述第二基材的未施胶表面的中央设置拉环以配重。9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述测试环境包括常温、高温、低温、高温高湿、高低温循环、冷热冲击、紫外光照、和盐雾中至少一种的环境。10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法还包括在施胶步骤之前，清洁所述第一基材或所述第二基材的表面。

技术总结

本发明涉及一种胶粘剂的测试方法，更具体地，本发明涉及一种胶粘剂的粘结强度的测试方法，以及一种评估应力作用对胶粘剂的粘结强度的影响的方法。的影响的方法。的影响的方法。

技术研发人员：

薄涛

受保护的技术使用者：

拓迪化学（上海）有限公司

技术研发日：

2022.09.15

技术公布日：

2022/12/16