PVC與金屬復合用熱熔膠膜的粘接性能研究

杜 壯，唐舫成，朱慶柯，劉嘉賢，汪加勝

（廣州鹿山新材料股份有限公司，廣東 廣州 510530）

PVC是用量最大的通用塑料之一，具有價格低廉、著色性優異、發泡性優良、自阻燃和力學強度較高等優點，依據所加增塑劑的多 少 有 軟 質PVC和 硬 質PVC之 分[1， 2]。軟 質PVC的應用領域包括膜材、電線電纜和人造皮革等，硬質PVC的應用領域包括板材、管材和閥件等[2]。PVC與金屬的復合是當前復合材料的研究熱點之一，在覆膜金屬板、AEP（航空工業級節能板）和金屬/PVC防腐管等復合結構中應用廣泛[3]。膠粘劑在PVC和金屬復合中起到粘接軟/硬質PVC和不同材質金屬的作用，是決定PVC與金屬復合材料質量的關鍵原材料。覆膜金屬板復合結構中的金屬包括鍍鋅、馬口鐵等材質，AEP復合結構中的金屬通常為鋁材質，金屬/PVC防腐管復合結構中的金屬通常為鋼及鍍鋅材質。由此可見，膠粘劑對不同金屬材質的粘接性能直接影響了膠粘劑的應用范圍。目前使用的膠粘劑包括液體膠、PUR和熱熔膠膜等。

熱熔膠膜是一種可塑性、環保型和無VOC排放的固體膠粘劑，當溫度在熔點以上時呈現為熔融態，在熔點以下時呈現為固態[4]。熱熔膠膜的加工性能較好，粘接性能優異，能夠滿足現代工業體系連續性、規模化的生產要求，廣泛應用于多層包裝、復合建材、家電和汽車工業等領域。鹿山?熱熔膠膜VM3306（以下簡稱VM3306）采用聚乙烯-醋酸乙烯酯類共聚物、聚烯烴共聚物等高分子材料作為基體樹脂，通過反應擠出、共混擠出等工藝接枝共聚馬來酸酐、硅烷等極性單體[5]，增加了基體樹脂對PVC和金屬的粘接效果，通過流延、吹膜等成膜技術加工成熱熔膠膜[6]。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

熱熔膠膜（VM3306），廣州鹿山新材料股份有限公司；軟質PVC，廣東天安新材料股份有限公司；硬質PVC，寶天高科（廣東）有限公司。

馬口鐵板，寶山鋼鐵股份有限公司；鍍鋅板，首鋼股份有限公司；鋁板，西南鋁業有限責任公司；鋼板，武漢鋼鐵股份有限公司。

1.2 儀器與設備

XLB-25T型平板硫化機，廣州飛力橡膠設備有限公司；CMT4104型萬能電子試驗機，美斯特工業系統有限公司；HH-8型數顯恒溫水浴鍋，常州諾基儀器有限公司；DSCQ2000型差示掃描量熱儀，美國TA儀器有限公司；ZH-TS-80A型冷熱沖擊試驗箱，東莞市正航儀器設備有限公司。

1.3 不同類型PVC/金屬復合結構的制備

（1）將軟質PVC、硬質PVC、馬口鐵板、鋁板、鍍鋅板和鋼板分別裁剪成120 mm×30 mm（長×寬）的樣片。

（ 2）將VM3306熱 熔 膠 膜 裁 剪 成80 mm×30 mm（長×寬）的膠膜。

（3）將上述裁剪好的樣品逐一按照軟質PVC/VM3306/鋁 板、 硬 質PVC/VM3306/鋁板、 軟 質PVC/VM3306/鍍 鋅 板、 硬 質PVC/VM3306/鍍鋅板、軟質PVC/VM3306/鋼板 、 硬 質 PVC/VM3306/鋼 板 、 軟 質PVC/VM3306/馬 口 鐵 板 以 及 硬 質PVC/VM3306/馬口鐵板的3層結構對疊整齊，上述PVC、熱熔膠膜、金屬板疊放時需上端對齊，兩端對齊。

（4）將上述復合結構在溫度為140℃的平板硫化機上預熱1 min，然后在溫度140 ℃、壓力0.4 MPa條件下復合10 s，取下樣品冷卻至室溫。

（5）將復合好的PVC/金屬復合結構裁剪成100 mm×25 mm（長×寬）的樣品，完成制備。

1.4 性能測試

（ 1）剝 離 強 度： 按 照GB/T 2790—1995《膠粘劑180°剝離強度試驗方法撓性材料對剛性材料》標準，采用萬能電子試驗機進行測試。

（2）耐水煮性能：采用數顯恒溫水浴鍋進行測試（溫度為98～100℃、時間為12 h）。

（3）VM3306熔點：采用差示掃描量熱儀進行測試（升溫速率為2 ℃/min）。

（4）耐冷熱循環沖擊性能：在冷熱沖擊試驗箱中進行測試（以高溫80 ℃×3 h、低溫-30 ℃×3 h為一個測試周期，總共50個測試周期，時間為300 h）。

2 結果與討論

2.1 剝離強度

不同類型PVC和不同材質金屬粘接后的剝離強度是反映熱熔膠膜粘接效果的重要技術指標。VM3306對軟質PVC、硬質PVC、鋁、馬口鐵、鍍鋅板和鋼板等材質的剝離強度測試數據如表1所示。由表1可知：VM3306能夠對不同類型PVC和不同材質金屬形成有效粘接，粘接應用范圍比較大，能夠廣泛應用于不同類型PVC/金屬復合結構。VM3306復合的PVC/金屬復合結構在-30℃和80℃的情況下仍然能夠形成有效粘接，產品對溫度的適應范圍較廣，可以適應高、低溫苛刻環境。

VM3306對于硬質PVC的粘接強度高于軟質PVC的粘接強度，這主要是因為硬質PVC中含有的小分子增塑劑較少，有利于粘接；此外，在剝離測試時，由于硬質PVC基材剛性較高導致剝離強度變高。復合結構在溫度-30℃時的剝離強度比常溫25℃高的原因是VM3306屬于熱塑性高分子熱熔膠膜，-30℃時高分子熱熔膠膜的內聚力比常溫25℃時高。同理，在85℃時，熱熔膠膜的內聚力降低，所以復合結構在高溫85℃時的剝離強度比常溫25℃低。

表1 VM3306對不同PVC/金屬復合結構的剝離強度Tab.1 Peeling strength of different PVC/metal composites prepared with VM3306 as adhesive

2.2 粘接面破壞方式

在剝離過程中，粘接面破壞方式包括內聚破壞、界面破壞、基材破壞和混合破壞等。VM3306粘接不同PVC/金屬材質復合結構的粘接面破壞方式如圖1、圖2所示。粘接面破壞方式均以內聚破壞為主，說明VM3306對不同類型PVC、不同材質金屬的粘接強度大于VM3306材料本身的內聚強度，粘接性能優良。

圖1 VM3306對軟質PVC/不同金屬材質復合結構的粘接面破壞圖片Fig.1 Peeling failure pictures of adhesion interface of soft PVC/different metals composites for using VM3306 as adhesive

圖2 VM3306對硬質PVC/不同金屬材質復合結構的粘接面破壞圖片Fig.2 Peeling failure pictures of adhesion interface of rigid PVC/different metal composites for using Vm3306 as adhesive

圖1、圖2中，VM3306在軟PVC、硬PVC表面的內聚破壞粉化粗細不同，粘接面破壞時，在軟PVC基材上呈現出內聚破壞細粉，在硬質PVC基材上則呈現出內聚破壞粗粉。造成這種情況的原因是軟質PVC中除了PVC基體樹脂外還含有大量增塑劑成分，弱化了VM3306對PVC材質的粘接效果和內聚破壞程度。

2.3 耐水煮性能

為進一步研究熱熔膠膜制備的PVC/金屬復合結構對外界環境的適應性，通過熱水水煮實驗以驗證復合結構的粘接可靠性，結果如表2所示。由表2可知：PVC/金屬復合結構在耐水煮試驗中表現穩定，粘接界面在高溫熱水環境下未出現開膠、脫層等不穩定現象。

表2 VM3306制備PVC/金屬復合結構的耐水煮性能測試結果Tab.2 Water boiling test results of PVC/metal composites for using VM3306 as adhesive

為進一步研究復合結構耐水煮穩定性的原因，通過DSC測試了VM3306的熔點，如圖3所示。由圖3可知：VM3306的相對最高熔點為122.71℃，這是粘接界面能夠在100℃水煮溫度下保持穩定的一個重要原因。

2.4 耐冷熱循環沖擊性能

通過PVC/金屬復合結構耐冷熱循環沖擊性能的測試，進一步驗證了復合結構對極端外界環境的抵抗能力和可靠性，測試結果如表所示3。由表3可知：PVC/金屬復合結構耐冷熱循環的沖擊性能優異，復合結構對極端環境條件的適應性較強，進一步說明了粘接面可靠、穩定。

圖3 VM3306的DSC曲線Fig.3 DSC curve of VM3306 hot melt film

表3 VM3306制備PVC/金屬復合結構的耐冷熱循環沖擊性能試驗Tab.3 Resistance results to cold-hot cycling impact test for PVC/metal composites prepared with VM3306 as adhesive

3 結論

（1）VM3306對不同類型PVC、不同材質金屬的粘接性能較優，剝離強度較高，粘接面呈現出內聚破壞的特征；

（2）VM3306制備的PVC/金屬復合結構的可靠性較好，能夠適應水煮、冷熱循環沖擊等極端測試環境，可以適用于粘接PVC/金屬的復合結構。