熱熔膠膜在發泡PVC/鋁熱熔膠膜在發泡PVC/鋁復合板材中的粘接可靠性研究性研究

朱慶柯，杜 壯，唐舫成，汪加勝，鄧志業

（廣州鹿山新材料股份有限公司，廣州 510530）

鋁/PVC 發泡節能復合板（Aluminum/Foamed PVC Energy-saving Composite Panel，簡稱AEP）是由低發泡結皮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。低發泡結皮PVC 具有輕質堅硬、隔音隔熱、抗化學腐蝕、阻燃自熄等特點，鋁合金具有強度高、密度小、耐腐蝕、加工性能好的特點，能夠加工成各種顏色及紋路，極具裝飾性。AEP 板綜合兩者優勢形成具備高強度、節能環保、安全防火、美學裝飾等優勢的復合板材，廣泛應用于室內天花柜體、辦公隔墻、汽車面板、列車車廂等領域[2]。

圖1 AEP結構示意圖及實物圖Fig.1 The structural diagram and the practicality picture of AEP

傳統上通常用溶劑型熱固性膠粘劑粘接金屬與PVC，但存在粘接強度低，需一次性成型無法返工，施工時間長，施工工藝復雜，有小分子排放，儲存要求苛刻等缺點。熱熔膠膜具備粘接強度高，可重復加工，適應連續性規模化生產，環保無毒，運輸儲存方便等特點，在包裝、交通運輸、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、吹膜等成膜技術加工成型的熱熔膠膜[4]。

1 實驗部分

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；發泡結皮PVC，廣東駿智兆業建材科技研發實業有限公司；鋁板，西南鋁業有限責任公司。

1.2 儀器與設備

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

1.3 AEP復合結構的制備

1）將結皮發泡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/結皮發泡PVC/VM2008/鋁板的五層結構對疊整齊，結皮發泡PVC、熱熔膠膜、金屬板上端對齊，兩端對齊；

2）將上述復合結構在平板硫化機上用選定溫度下預熱1min，然后使用不同工藝條件下完成復合，取下樣品冷卻至室溫；

3）將復合好的五層復合結構剪裁成100mm×25mm（長×寬）的樣品，完成制備。

1.4 性能測試

1.4.1 剝離強度

按照GB/T2790-1995《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。

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，采用冷熱沖擊試驗箱進行，每10個周期取出室溫靜置24h后測定剝離強度。

1.4.3 耐熱老化性能測試

按照80~82℃、時間360h，采用熱老化箱進行試驗，每48h取出，室溫靜置24h后測定剝離強度。

1.4.4 耐熱水性能測試

按照溫度98~100℃、時間12h，采用數顯恒溫水浴鍋進行試驗，每2h取出，室溫靜置24h取出，后測定剝離強度測定剝離強度。

1.4.5 耐濕熱老化性能

按照溫度為85℃、相對濕度為85%，時間14d，采用恒定濕熱試驗箱進行實驗，每3d 取出，室溫靜置24h后測定剝離強度。

1.4.6 耐紫外老化性能

按照溫度60℃±5℃、輻射強度60W/㎡，時間300h，采用紫外線加速耐候試驗機進行，完成實驗后取出室溫靜置24h后測定剝離強度。

2 結果與討論

2.1 復合工藝對復合結構的粘接強度的影響

熱熔膠膜把兩種不同的材料粘接形成復合結構，其粘接強度直接影響到復合結構的可靠性，而復合時的溫度，時間，壓強對熱熔膠膜的粘接強度的都有影響。不同復合工藝下，復合結構粘接強度變化如表1所示。

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

圖2 不同復合工藝下使用VM2008制備AEP板的剝離界面圖片Fig.2 Picture of peeling interface of AEP prepared by VM2008 at different composite processes

由表1可知：不同復合溫度對復合結構的粘接強度有不同的影響，同時伴隨的剝離界面破壞方式也不同。當復合溫度在130~150℃時，復合結構的粘接強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變為膠膜內聚破壞；當復合溫度在150~170℃時，復合結構具有相對較高的剝離強度，其剝離強度隨溫度升高而變化不大；當復合溫度高于170℃時，復合結構的粘接強度有所下降。

當粘接溫度較低時，VM2008 的分子鏈運動較緩慢，對PVC的浸潤性較差，分子中的極性基團不能很好地發揮作用表現為復合結構的粘接強度較低，復合結構的剝離界面呈現PVC與膠膜的界面破壞；當復合溫度適宜時，VM2008 能對鋁板和PVC 充分浸潤，分子鏈中的極性基團能與鋁板、PVC之間形成很強的相互作用力，當這種與被粘基材形成的的相互作用強度高于VM2008膠膜的內聚強度時，復合結構則表現出較高的剝離強度且呈現出膠膜內聚破壞的剝離界面；當復合溫度過高時，結皮發泡PVC受熱老化導致PVC基材的內聚能強度下降，剝離界面呈現為PVC基材破壞，同時溫度過高容易導致膠膜流動性增強出現溢膠現象，反而降低了對復合結構的粘接強度[5]。因此VM2008 在150~170℃能對鋁板和結皮發泡PVC 形成良好的粘接。

由表1可知：復合時間太短，復合結構之間的傳熱較少，不足以激活足夠的極性基團去與鋁片形成化學反應，從而導致剝離強度較低，出現鋁片與膠膜間界面破壞的現象，復合時間過長有可能引起PVC受熱老化，復合件的粘接強度反而降低。壓強太低，膠膜的受熱不足，膠膜雖然與鋁片形成了一定的粘接強度，但是膠膜與PVC 粘接效果未達到最佳，壓強太大，PVC容易出現壓縮變形，導致剝離強度下降。

綜上所述，VM2008 在溫度160℃，壓強0.4MPa，復合時間10s的工藝條件下能夠對鋁板和PVC 形成比較理想的粘接效果。粘接可靠性實驗所用到的AEP試件都按照1.3 的AEP 復合結構的制備步驟在此工藝條件下進行制備。

2.2 耐溫差性

冷熱循環沖擊試驗是評價膠粘劑可靠性的一種常見的測試手段。檢測復合材料在高溫及低溫的連續轉化下的剝離強度變化，可以在短時間內評價復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 復合結構進行耐溫差性能測試，測試結果如表2所示。由表2可知：AEP復合板材在耐溫差性能測試實驗中粘接效果表現穩定，剝離強度沒有明顯衰減，剝離界面牢靠破壞方式沒有發生變化，表明板材在極端溫差變化的環境下性能表現優異。

表2 VM2008制備的AEP復合板耐冷熱循環沖擊測試結果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復合結構進行耐熱老化性能測試，測試結果如表3所示。

表3 VM2008制備的AEP復合板耐熱老化性能測試結果Tab.3 Heat aging resistance test results of AEP composite panels prepared by VM2008

由表3 可知：AEP 復合板材耐熱老化性能優異，經過長時間的熱老化板材的剝離強度沒有明顯衰減，板材粘接界面牢靠穩定。

2.4 耐水煮性能

耐水煮實驗是快速驗證熱熔膠膜對被粘基材的粘接可靠性的一種常用評價手段，因此對復合板材進行水煮實驗也是評價復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復合結構進行耐水煮性能測試，測試結果表4所示。

表4 VM2008制備的AEP復合板材耐水煮性能測試結果Tab.4 Test result of boiling resistance of AEP composite board prepared by VM2008

由表4可知：在水煮實驗的前10h，VM2008對鋁板和發泡結皮PVC的粘接沒有衰減；在水煮實驗10h后，AEP 復合板材的剝離界面破壞方式為混合破壞，其中以膠膜內部破壞為主，局部地方可以看到出現了VM2008與PVC 的之間的界面破壞，但是AEP 復合板材仍然就有較高的剝離強度。造成這種現象的原因是當發泡結皮PVC水煮10h后，其內部的增塑劑、穩定劑、潤滑劑遷移到PVC 表面[6]，弱化了VM2008 對PVC的粘接，但此時AEP復板材仍然具有較高的粘接強度，表明VM2008制備的AEP復合板材的耐水煮性能相對較好，界面出現混合破壞是因為PVC發泡板材不耐水煮導致。

2.5 耐濕熱老化性能

AEP復合板材用于戶外時會同時暴露在熱、水汽等自然因素下，這時非常考驗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復合結構進行耐高溫高濕性能測試，測試結果如表5所示。

表5 VM2008制備的AEP復合板耐濕熱老化性能測試結果Tab.5 High temperature and humidity resistance test results of AEP composite panels prepared by VM2008

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

2.6 耐紫外老化性能

太陽光照能夠對高分子材料進行破壞導致材料發生降解。紫外老化試驗可以在幾天內或幾周內呈現戶外數月或數年的老化效果。按照1.4.6步驟對VM2008制備的AEP復合結構進行耐紫外線老化性能測試進一步考驗膠膜的粘結可靠性，測試結構如表6所示。

表6 VM2008制備的AEP復合板耐紫外老化性能測試結果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境中，AEP復合板材的剝離強度沒有明顯下降，這是因為鋁合金板作為保護層阻擋了紫外線，防止紫外線對內部的高分子材料產生破壞，說明VM2008制備的AEP具有良好的耐紫外老化性能。

3 結語

1）VM2008 對發泡結皮PVC 和鋁板具有良好的粘接強度，在溫度160℃，壓強0.4MPa，復合時間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 復合板材分別經歷冷熱循環沖擊，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，非常適用于低發泡結皮PVC與鋁的粘接。