朱慶柯，杜 壯，唐舫成，汪加勝，鄧志業(yè)

（廣州鹿山新材料股份有限公司，廣州 510530）

鋁/PVC 發(fā)泡節(jié)能復(fù)合板（Aluminum/Foamed PVC Energy-saving Composite Panel，簡稱AEP）是由低發(fā)泡結(jié)皮PVC板材和鋁合金通過膠粘劑粘接組成的一種新型板材[1]，如圖1 所示。低發(fā)泡結(jié)皮PVC 具有輕質(zhì)堅(jiān)硬、隔音隔熱、抗化學(xué)腐蝕、阻燃自熄等特點(diǎn)，鋁合金具有強(qiáng)度高、密度小、耐腐蝕、加工性能好的特點(diǎn)，能夠加工成各種顏色及紋路，極具裝飾性。AEP 板綜合兩者優(yōu)勢形成具備高強(qiáng)度、節(jié)能環(huán)保、安全防火、美學(xué)裝飾等優(yōu)勢的復(fù)合板材，廣泛應(yīng)用于室內(nèi)天花柜體、辦公隔墻、汽車面板、列車車廂等領(lǐng)域[2]。

圖1 AEP結(jié)構(gòu)示意圖及實(shí)物圖Fig.1 The structural diagram and the practicality picture of AEP

傳統(tǒng)上通常用溶劑型熱固性膠粘劑粘接金屬與PVC，但存在粘接強(qiáng)度低，需一次性成型無法返工，施工時(shí)間長，施工工藝復(fù)雜，有小分子排放，儲存要求苛刻等缺點(diǎn)。熱熔膠膜具備粘接強(qiáng)度高，可重復(fù)加工，適應(yīng)連續(xù)性規(guī)?；a(chǎn)，環(huán)保無毒，運(yùn)輸儲存方便等特點(diǎn)，在包裝、交通運(yùn)輸、鞋材家居、建筑工程等方面都在逐步替代溶劑型膠粘劑[2]。鹿山?熱熔膠膜VM2008（以下簡稱VM2008）產(chǎn)品是采用聚乙烯—酯類共聚物、聚烯烴共聚物等高分子材料作為基體樹脂，通過反應(yīng)擠出、共混擠出等工藝接枝馬來酸酐、硅烷等極性單體[3]獲得對金屬和PVC材料的粘接能力，通過流延、吹膜等成膜技術(shù)加工成型的熱熔膠膜[4]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

熱熔膠膜（VM2008），廣州鹿山新材料股份有限公司；發(fā)泡結(jié)皮PVC，廣東駿智兆業(yè)建材科技研發(fā)實(shí)業(yè)有限公司；鋁板，西南鋁業(yè)有限責(zé)任公司。

1.2 儀器與設(shè)備

平板硫化機(jī)（XLB-25T），廣州飛力橡膠設(shè)備有限公司；萬能電子試驗(yàn)機(jī)（CMT4104），美斯特工業(yè)系統(tǒng)有限公司；冷熱沖擊試驗(yàn)箱（ZH-TS-80A），東莞市正航儀器設(shè)備有限公司；熱氧老化箱DHG-9076A，上海精宏儀器有限公司；數(shù)顯恒溫水浴鍋（HH-8），常州諾基儀器有限公司；高溫高濕老化試驗(yàn)箱（KTHB-415TBS），昆山慶聲電子科技有限公司；紫外光加速耐候試驗(yàn)機(jī)（ZH-UVA-263），東莞市正航儀器設(shè)備有限公司。

1.3 AEP復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備

1）將結(jié)皮發(fā)泡PVC 和鋁板分別剪裁成120mm×30mm（長×寬）的樣片，將VM2008 熱熔膠膜裁剪成80mm×30mm（長×寬）的樣膜，將上述剪裁好的樣品按照鋁板/VM2008/結(jié)皮發(fā)泡PVC/VM2008/鋁板的五層結(jié)構(gòu)對疊整齊，結(jié)皮發(fā)泡PVC、熱熔膠膜、金屬板上端對齊，兩端對齊；

2）將上述復(fù)合結(jié)構(gòu)在平板硫化機(jī)上用選定溫度下預(yù)熱1min，然后使用不同工藝條件下完成復(fù)合，取下樣品冷卻至室溫；

3）將復(fù)合好的五層復(fù)合結(jié)構(gòu)剪裁成100mm×25mm（長×寬）的樣品，完成制備。

1.4 性能測試

1.4.1 剝離強(qiáng)度

按照GB/T2790-1995《膠粘劑180°剝離強(qiáng)度試驗(yàn)方法撓性材料對剛性材料》標(biāo)準(zhǔn)，采用萬能電子試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行。

1.4.2 耐溫差性能測試

按照高溫80±2℃下3h、低溫-30℃±2℃下3h為一個測試周期，總共50 個測試周期，采用冷熱沖擊試驗(yàn)箱進(jìn)行，每10個周期取出室溫靜置24h后測定剝離強(qiáng)度。

1.4.3 耐熱老化性能測試

按照80~82℃、時(shí)間360h，采用熱老化箱進(jìn)行試驗(yàn)，每48h取出，室溫靜置24h后測定剝離強(qiáng)度。

1.4.4 耐熱水性能測試

按照溫度98~100℃、時(shí)間12h，采用數(shù)顯恒溫水浴鍋進(jìn)行試驗(yàn)，每2h取出，室溫靜置24h取出，后測定剝離強(qiáng)度測定剝離強(qiáng)度。

1.4.5 耐濕熱老化性能

按照溫度為85℃、相對濕度為85%，時(shí)間14d，采用恒定濕熱試驗(yàn)箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每3d 取出，室溫靜置24h后測定剝離強(qiáng)度。

1.4.6 耐紫外老化性能

按照溫度60℃±5℃、輻射強(qiáng)度60W/㎡，時(shí)間300h，采用紫外線加速耐候試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，完成實(shí)驗(yàn)后取出室溫靜置24h后測定剝離強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合工藝對復(fù)合結(jié)構(gòu)的粘接強(qiáng)度的影響

熱熔膠膜把兩種不同的材料粘接形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，其粘接強(qiáng)度直接影響到復(fù)合結(jié)構(gòu)的可靠性，而復(fù)合時(shí)的溫度，時(shí)間，壓強(qiáng)對熱熔膠膜的粘接強(qiáng)度的都有影響。不同復(fù)合工藝下，復(fù)合結(jié)構(gòu)粘接強(qiáng)度變化如表1所示。

表1 不同復(fù)合工藝對VM2008制備AEP板的粘接強(qiáng)度的影響Tab.1 Effect of different composite processes on bonding strength of AEP prepared by VM2008

圖2 不同復(fù)合工藝下使用VM2008制備AEP板的剝離界面圖片F(xiàn)ig.2 Picture of peeling interface of AEP prepared by VM2008 at different composite processes

由表1可知：不同復(fù)合溫度對復(fù)合結(jié)構(gòu)的粘接強(qiáng)度有不同的影響，同時(shí)伴隨的剝離界面破壞方式也不同。當(dāng)復(fù)合溫度在130~150℃時(shí)，復(fù)合結(jié)構(gòu)的粘接強(qiáng)度較低且隨溫度升高而增大，剝離界面破壞方式由PVC與膠膜之間的界面破壞轉(zhuǎn)變?yōu)槟z膜內(nèi)聚破壞；當(dāng)復(fù)合溫度在150~170℃時(shí)，復(fù)合結(jié)構(gòu)具有相對較高的剝離強(qiáng)度，其剝離強(qiáng)度隨溫度升高而變化不大；當(dāng)復(fù)合溫度高于170℃時(shí)，復(fù)合結(jié)構(gòu)的粘接強(qiáng)度有所下降。

當(dāng)粘接溫度較低時(shí)，VM2008 的分子鏈運(yùn)動較緩慢，對PVC的浸潤性較差，分子中的極性基團(tuán)不能很好地發(fā)揮作用表現(xiàn)為復(fù)合結(jié)構(gòu)的粘接強(qiáng)度較低，復(fù)合結(jié)構(gòu)的剝離界面呈現(xiàn)PVC與膠膜的界面破壞；當(dāng)復(fù)合溫度適宜時(shí)，VM2008 能對鋁板和PVC 充分浸潤，分子鏈中的極性基團(tuán)能與鋁板、PVC之間形成很強(qiáng)的相互作用力，當(dāng)這種與被粘基材形成的的相互作用強(qiáng)度高于VM2008膠膜的內(nèi)聚強(qiáng)度時(shí)，復(fù)合結(jié)構(gòu)則表現(xiàn)出較高的剝離強(qiáng)度且呈現(xiàn)出膠膜內(nèi)聚破壞的剝離界面；當(dāng)復(fù)合溫度過高時(shí)，結(jié)皮發(fā)泡PVC受熱老化導(dǎo)致PVC基材的內(nèi)聚能強(qiáng)度下降，剝離界面呈現(xiàn)為PVC基材破壞，同時(shí)溫度過高容易導(dǎo)致膠膜流動性增強(qiáng)出現(xiàn)溢膠現(xiàn)象，反而降低了對復(fù)合結(jié)構(gòu)的粘接強(qiáng)度[5]。因此VM2008 在150~170℃能對鋁板和結(jié)皮發(fā)泡PVC 形成良好的粘接。

由表1可知：復(fù)合時(shí)間太短，復(fù)合結(jié)構(gòu)之間的傳熱較少，不足以激活足夠的極性基團(tuán)去與鋁片形成化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致剝離強(qiáng)度較低，出現(xiàn)鋁片與膠膜間界面破壞的現(xiàn)象，復(fù)合時(shí)間過長有可能引起PVC受熱老化，復(fù)合件的粘接強(qiáng)度反而降低。壓強(qiáng)太低，膠膜的受熱不足，膠膜雖然與鋁片形成了一定的粘接強(qiáng)度，但是膠膜與PVC 粘接效果未達(dá)到最佳，壓強(qiáng)太大，PVC容易出現(xiàn)壓縮變形，導(dǎo)致剝離強(qiáng)度下降。

綜上所述，VM2008 在溫度160℃，壓強(qiáng)0.4MPa，復(fù)合時(shí)間10s的工藝條件下能夠?qū)︿X板和PVC 形成比較理想的粘接效果。粘接可靠性實(shí)驗(yàn)所用到的AEP試件都按照1.3 的AEP 復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備步驟在此工藝條件下進(jìn)行制備。

2.2 耐溫差性

冷熱循環(huán)沖擊試驗(yàn)是評價(jià)膠粘劑可靠性的一種常見的測試手段。檢測復(fù)合材料在高溫及低溫的連續(xù)轉(zhuǎn)化下的剝離強(qiáng)度變化，可以在短時(shí)間內(nèi)評價(jià)復(fù)合材料對熱脹冷縮變化的對抗能力。按照1.4.2 步驟對VM2008 制備的AEP 復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐溫差性能測試，測試結(jié)果如表2所示。由表2可知：AEP復(fù)合板材在耐溫差性能測試實(shí)驗(yàn)中粘接效果表現(xiàn)穩(wěn)定，剝離強(qiáng)度沒有明顯衰減，剝離界面牢靠破壞方式?jīng)]有發(fā)生變化，表明板材在極端溫差變化的環(huán)境下性能表現(xiàn)優(yōu)異。

表2 VM2008制備的AEP復(fù)合板耐冷熱循環(huán)沖擊測試結(jié)果Tab.2 Cold-hotcycling impact test results of AEP composite panels prepared by VM2008

2.3 耐熱老化性能

熱老化是高分子材料常見的一種老化類型，復(fù)合板材要求具有較長的使用壽命，因此熱熔膠膜作為粘接材料，必須具備良好的耐熱老化性能。按照1.4.3步驟對VM2008制備的AEP復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐熱老化性能測試，測試結(jié)果如表3所示。

表3 VM2008制備的AEP復(fù)合板耐熱老化性能測試結(jié)果Tab.3 Heat aging resistance test results of AEP composite panels prepared by VM2008

由表3 可知：AEP 復(fù)合板材耐熱老化性能優(yōu)異，經(jīng)過長時(shí)間的熱老化板材的剝離強(qiáng)度沒有明顯衰減，板材粘接界面牢靠穩(wěn)定。

2.4 耐水煮性能

耐水煮實(shí)驗(yàn)是快速驗(yàn)證熱熔膠膜對被粘基材的粘接可靠性的一種常用評價(jià)手段，因此對復(fù)合板材進(jìn)行水煮實(shí)驗(yàn)也是評價(jià)復(fù)合板材粘接可靠性的一種方法。按照1.4.4步驟對VM2008制備的AEP復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐水煮性能測試，測試結(jié)果表4所示。

表4 VM2008制備的AEP復(fù)合板材耐水煮性能測試結(jié)果Tab.4 Test result of boiling resistance of AEP composite board prepared by VM2008

由表4可知：在水煮實(shí)驗(yàn)的前10h，VM2008對鋁板和發(fā)泡結(jié)皮PVC的粘接沒有衰減；在水煮實(shí)驗(yàn)10h后，AEP 復(fù)合板材的剝離界面破壞方式為混合破壞，其中以膠膜內(nèi)部破壞為主，局部地方可以看到出現(xiàn)了VM2008與PVC 的之間的界面破壞，但是AEP 復(fù)合板材仍然就有較高的剝離強(qiáng)度。造成這種現(xiàn)象的原因是當(dāng)發(fā)泡結(jié)皮PVC水煮10h后，其內(nèi)部的增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑遷移到PVC 表面[6]，弱化了VM2008 對PVC的粘接，但此時(shí)AEP復(fù)板材仍然具有較高的粘接強(qiáng)度，表明VM2008制備的AEP復(fù)合板材的耐水煮性能相對較好，界面出現(xiàn)混合破壞是因?yàn)镻VC發(fā)泡板材不耐水煮導(dǎo)致。

2.5 耐濕熱老化性能

AEP復(fù)合板材用于戶外時(shí)會同時(shí)暴露在熱、水汽等自然因素下，這時(shí)非?？简?yàn)熱熔膠膜的耐濕熱老化性能。按照1.4.5步驟對VM2008制備的AEP復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐高溫高濕性能測試，測試結(jié)果如表5所示。

表5 VM2008制備的AEP復(fù)合板耐濕熱老化性能測試結(jié)果Tab.5 High temperature and humidity resistance test results of AEP composite panels prepared by VM2008

由表5可知：在高溫高濕環(huán)境下，AEP 復(fù)合板材的剝離強(qiáng)度隨時(shí)間的延長沒有明顯下降，說明VM2008 制備的AEP 復(fù)合板材具有良好的耐濕熱老化性能。

2.6 耐紫外老化性能

太陽光照能夠?qū)Ω叻肿硬牧线M(jìn)行破壞導(dǎo)致材料發(fā)生降解。紫外老化試驗(yàn)可以在幾天內(nèi)或幾周內(nèi)呈現(xiàn)戶外數(shù)月或數(shù)年的老化效果。按照1.4.6步驟對VM2008制備的AEP復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐紫外線老化性能測試進(jìn)一步考驗(yàn)?zāi)z膜的粘結(jié)可靠性，測試結(jié)構(gòu)如表6所示。

表6 VM2008制備的AEP復(fù)合板耐紫外老化性能測試結(jié)果Tab.6 Ultraviolet-resistant ageing test results of AEP composite panels prepared by VM2008

由表6 可知：在紫外線加速老化的環(huán)境中，AEP復(fù)合板材的剝離強(qiáng)度沒有明顯下降，這是因?yàn)殇X合金板作為保護(hù)層阻擋了紫外線，防止紫外線對內(nèi)部的高分子材料產(chǎn)生破壞，說明VM2008制備的AEP具有良好的耐紫外老化性能。

3 結(jié)語

1）VM2008 對發(fā)泡結(jié)皮PVC 和鋁板具有良好的粘接強(qiáng)度，在溫度160℃，壓強(qiáng)0.4MPa，復(fù)合時(shí)間10s的工藝條件下能獲得比較理想的粘接效果。

2）VM2008 制備的AEP 復(fù)合板材分別經(jīng)歷冷熱循環(huán)沖擊，熱老化，熱水煮，高溫高濕老化，紫外老化處理后，仍具有良好的粘接性能，非常適用于低發(fā)泡結(jié)皮PVC與鋁的粘接。