張 媛

（銅川職業(yè)技術(shù)學院 建筑與材料工程學院、耀州窯陶瓷藝術(shù)學院，陜西 銅川 727000）

引言

陶瓷類文物是中華文化的瑰寶，它記錄了歷史的盛衰，對研究歷史及文化發(fā)展具有重要的價值，因此許多專業(yè)人員進行了陶瓷類文物修復方法的研究，其中采用膠粘劑修復陶瓷類文物已被廣泛應用[1～2]。但由于陶瓷材料具有高剛性、低韌性等特點，其在粘結(jié)修護過程中有一定難度，因此研究陶瓷材料的粘接工藝具有十分重要的意義。粘合是一種利用合適的膠粘劑，通過合適的粘接方式、合適的粘接工藝，將兩種或多種不同形狀、尺寸、厚度和硬度的材質(zhì)結(jié)合在一起，形成一個連續(xù)、牢固、穩(wěn)定的整體[3]。但因某些膠粘工藝還需要在一個真空壓力箱和特殊的工具夾具中進行固定成形，因此粘接技術(shù)在陶瓷修復中的應用受到了一定的限制。為此研究了一種改性環(huán)保型陶瓷膠粘劑，并對其在陶瓷類文物修復中的應用進行分析。

1 環(huán)保型改性陶瓷膠粘劑制備

1.1 實驗原料與儀器

實驗中采用的原料與儀器[4]如表1 和表2 所示：

1.2 環(huán)保改性陶瓷膠粘劑的制備

環(huán)保型改性陶瓷膠粘劑制作流程[5～6]具體過程如下：

（1）稱取苯酚放入燒杯中，加入去離子水，加入比例為苯酚的3～5 倍，在30℃下攪拌均勻，得到苯酚溶液，置于超聲波儀器中，溫度設(shè)定為30～50℃，超聲處理0.5 h 左右，靜置15min 后將1.6 份乳化劑、丙烯酸和長鏈烷基醇聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯按順序加入到燒杯[7]中，經(jīng)過1 h 的機械攪拌，加入質(zhì)量百分比5%左右的丙烯酸，攪拌均勻后再用超聲波對其進行0.5h 的處理，制成了一種均勻的預膠試樣；

（2）試樣在凝固后放入馬弗爐內(nèi)，加熱速度為10℃/min，加熱至預定溫度保持0.5h 之后，涼至室溫，獲得陶瓷膠粘劑。

1.3 環(huán)保型改性陶瓷膠粘劑的測試與表征

本文中使用掃描電鏡(SEM)分析，首先用線切割機對膠片進行粘合，再用砂紙打磨、拋光、離子濺射、真空噴涂，再用掃描電鏡進行了顯微觀察[8]。

2 制備的環(huán)保型改性陶瓷膠粘劑在陶瓷修復中的應用效果分析

2.1 粘合程序

為測試制備的環(huán)保型改性陶瓷膠粘劑在陶瓷修復中的應用效果，采用的主要粘合程序如下：

首先，拋光陶瓷的表面，以確保在粘合時不會有任何的雜質(zhì)進入。再將所制得的膠粘劑用毛刷均勻地涂敷于待粘材料的表面，再對粘合界面施以壓力，使其在100℃下凝固2h，使得被膠粘劑涂敷的位置能夠緊密結(jié)合。

2.2 膠粘劑陶瓷修復應用效果分析方法

膠粘劑的流動狀況是影響陶瓷修復的重要因素，適當?shù)酿ざ炔粌H能增加陶瓷顆粒的固相，而且能使瓷器修復處更為平整，減少陶瓷修復痕跡的產(chǎn)生，由于陶瓷修復的復雜性，使其要求膠粘劑是一種具有剪切稀薄性質(zhì)的非牛頓假塑性液體，其黏度隨著剪切應力的增加而降低[9～10]。這是由于修復成形時，用刮板來控制膠膜的厚度。在經(jīng)過刮板之后，由于外力的作用可以使瓷器膠粘劑的黏度提高，還可以避免粉末顆粒的沉淀，確保修復效果。陶瓷膠粘劑剪切黏度測試方法如下：

上述公式中，t 代表時間，F(xiàn) 代表計算截面上所受的剪力，A 計算截面面積，F(xiàn)/A 代表剪切應力，以τ表示，du/dr 代表剪切速率，以r＇表示。

同樣，環(huán)保型陶瓷膠粘劑相對黏度測試方法如下：

上述公式中，ηf代表同溫度下溶劑的動力黏度，η 代表陶瓷修復適宜的動力黏度。

ηr越小，則代表瓷粉的黏度越好，膜片的密度得到提高。

所以，在分析制備的環(huán)保型陶瓷膠粘劑在陶瓷修復過程中的使用效果時，必須對其黏度、黏度曲線進行測量，否則，不僅漿料在球磨結(jié)束后會出現(xiàn)固液分離現(xiàn)象，還會使流延不能進行[11～12]。

同時，分析吸附作用，所謂的“吸附”，就是把粘合的效果歸因于被粘物體與膠粘劑之間的力，需要在被粘物體的表面上保持較好的濕潤，從而使其表面張力小于被粘物體的表面張力。在將膠粘劑充分浸透陶瓷表面后，其界面的兩邊都是膠粘劑和被粘瓷質(zhì)，這時，該界面在力學上達到了熱平衡[13～15]，其平衡狀態(tài)如下：

上述公式中，γsg、γsl分別代表陶瓷表明張力與膠粘劑表面張力，γlg代表膠粘劑與陶瓷界面之間的張力參數(shù)。

通過該計算能夠得到好的濕潤條件，保證膠粘劑的表面張力低于所述被粘合的表面張力。

以上為制備的環(huán)保膠在陶瓷修復中的應用效果測試方法的分析，得到測試結(jié)果如下所示。

2.3 測試結(jié)果分析

2.3.1 粘合固化時間測試

膠粘劑在粘接過程中隨著固化時間的延長，粘合強度會普遍增加，但在陶瓷粘合修復過程中對固化時間也存在一定限度。對于陶瓷膠粘劑在較短的時間內(nèi)達到最大的剪切強度可以證明其粘合效果。為此，對其達到最大剪切強度的時間進行測試分析，得到該膠粘劑的剪切強度與粘合固化時間之間的關(guān)系如下：

如圖1 所示，隨著固化時間的增加，其剪切強度也隨之增加，在2.5 h 后，最大抗剪強度為35 MPa左右。其后隨著時間的延長，接頭的抗剪強度也沒有明顯地提高，表明在2.5 h 的固化期間膠粘劑已經(jīng)基本固化，可以在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)抗剪強度的最大化，效果較好。為進一步分析，對接頭顯微組織形態(tài)進行觀察，觀察結(jié)果如下：

由圖2 可以看出，在2.5 h 后，利用本文制備的膠粘劑修復陶瓷接頭的接合性能是很好的。

2.3.2 粘合固化溫度測試

溫度對粘合固化反應的影響很大，它不但決定了粘合固化反應的結(jié)束，還影響著粘合固化進程的速度和最后的膠粘劑的性質(zhì)。每種膠粘劑的固化溫度都是固定的，適當升高溫度可以加快粘合固化速度。在高溫下，要對溫度進行嚴格控制，溫度不宜過高，否則會造成固化過度，使膠層發(fā)生碳化和脆化，影響粘合效果。為保證陶瓷修復質(zhì)量，需要使膠粘劑在100℃以下的固化溫度內(nèi)的剪切強度達到最大，為測試所制備的膠粘劑是否符合要求，分析了不同溫度下剪切強度的變化情況。

結(jié)果表明：在高溫下剪切強度隨溫度的升高而增大，至90℃時其剪切強度為35 MPa 左右，達到最高值，之后隨著溫度的持續(xù)上升，其抗剪強度沒有明顯增大，反而輕微地下降。這是因為在100℃以上膠層中存在大量的孔隙會降低剪切強度。但以上結(jié)果已經(jīng)證明制備的膠粘劑能夠在較小的固化溫度下使陶瓷的剪切強度達到最佳，效果較好。

2.3.3 固化劑含量測試

在膠粘劑中適當?shù)卦黾庸袒瘎┯昧靠梢允蛊淠z結(jié)強度得到明顯改善。制備中如果固化劑的用量不夠，會導致膠層黏度增加使機械性能下降，但固化劑的加入量過多又會導致膠層的脆性增大。所以，對固化劑的用量進行適當?shù)乜刂剖欠浅Ｖ匾?。為此，本文將固化劑的用量分別設(shè)置為10%、15%、20%、25%、30%、35%，得到剪切強度和固化劑用量的變化規(guī)律如圖4 所示。

由圖4 可知，在20%～25%的固化劑中，其抗剪強度可達30～35 MPa，表明25%的固化劑用量是適宜的，具有較好的剪切強度。

2.3.4 粘合固化壓力測試

最后，大部分膠粘劑能在一定的接觸壓力下形成很好的接縫，同時，由于壓力的存在會導致膠粘劑產(chǎn)生較高的粘接性，不適當?shù)膲毫⒛z粘劑從接縫中擠出來，造成接縫部位出現(xiàn)空隙等缺陷，使得接縫強度下降。為此進行固化壓力的影響測試。

由圖5 可知，在固化壓力為7MPa 左右時可以達到很好的粘合效果，此時剪切強度可達到43 MPa，而在固定壓力增加后，則易導致剪切強度下降。為此，將本文制備膠粘劑應用到陶瓷修復過程中時，需要將粘合固化壓力設(shè)置在7 MPa 左右。

3 結(jié)果討論

本文對環(huán)保型改性陶瓷膠粘劑在陶瓷類文物修復中的應用進行研究，基于上述過程完成環(huán)保型改性陶瓷膠粘劑在陶瓷類文物修復中的應用分析，確定了測試方法和內(nèi)容，在粘合過程中，需要對陶瓷進行表面處理，砂紙拋光可以達到良好的粘合效果。通過測試分析可知，所制備的環(huán)保型改性陶瓷膠粘劑能夠在約定的固化時間、固化溫度下完成陶瓷的修復，且該膠粘劑中選擇固化劑的用量較為合理，能夠保證剪切強度達到最佳。為保證陶瓷修復效果，需要在7 MPa 左右的接觸壓力條件下進行陶瓷的粘合，以此能夠有效提高陶瓷類文物的修復效果。

4 結(jié)論

為提高陶瓷類文物修復效果，本文對環(huán)保型改性陶瓷粘合劑在陶瓷類文物修復中的應用進行研究。制備了環(huán)保型改性陶瓷膠粘劑，在利用掃描電鏡對其進行測試，設(shè)計了膠粘劑黏度和剪切強度測試方法。測試結(jié)果表明，本文制備的環(huán)保型改性陶瓷膠粘劑效果較好。然而由于研究能力有限，所提出的方法還有改進的空間，為此在后續(xù)研究中還需要進一步優(yōu)化，以期為提高陶瓷類文物修復效果提供一定幫助。