PVC与金属复合用热熔胶膜的粘接性能研究

杜 壮，唐舫成，朱庆柯，刘嘉贤，汪加胜

（广州鹿山新材料股份有限公司，广东 广州 510530）

PVC是用量最大的通用塑料之一，具有价格低廉、着色性优异、发泡性优良、自阻燃和力学强度较高等优点，依据所加增塑剂的多 少 有 软 质PVC和 硬 质PVC之 分[1， 2]。软 质PVC的应用领域包括膜材、电线电缆和人造皮革等，硬质PVC的应用领域包括板材、管材和阀件等[2]。PVC与金属的复合是当前复合材料的研究热点之一，在覆膜金属板、AEP（航空工业级节能板）和金属/PVC防腐管等复合结构中应用广泛[3]。胶粘剂在PVC和金属复合中起到粘接软/硬质PVC和不同材质金属的作用，是决定PVC与金属复合材料质量的关键原材料。覆膜金属板复合结构中的金属包括镀锌、马口铁等材质，AEP复合结构中的金属通常为铝材质，金属/PVC防腐管复合结构中的金属通常为钢及镀锌材质。由此可见，胶粘剂对不同金属材质的粘接性能直接影响了胶粘剂的应用范围。目前使用的胶粘剂包括液体胶、PUR和热熔胶膜等。

热熔胶膜是一种可塑性、环保型和无VOC排放的固体胶粘剂，当温度在熔点以上时呈现为熔融态，在熔点以下时呈现为固态[4]。热熔胶膜的加工性能较好，粘接性能优异，能够满足现代工业体系连续性、规模化的生产要求，广泛应用于多层包装、复合建材、家电和汽车工业等领域。鹿山®热熔胶膜VM3306（以下简称VM3306）采用聚乙烯-醋酸乙烯酯类共聚物、聚烯烃共聚物等高分子材料作为基体树脂，通过反应挤出、共混挤出等工艺接枝共聚马来酸酐、硅烷等极性单体[5]，增加了基体树脂对PVC和金属的粘接效果，通过流延、吹膜等成膜技术加工成热熔胶膜[6]。

1 实验部分

1.1 主要原材料

热熔胶膜（VM3306），广州鹿山新材料股份有限公司；软质PVC，广东天安新材料股份有限公司；硬质PVC，宝天高科（广东）有限公司。

马口铁板，宝山钢铁股份有限公司；镀锌板，首钢股份有限公司；铝板，西南铝业有限责任公司；钢板，武汉钢铁股份有限公司。

1.2 仪器与设备

XLB-25T型平板硫化机，广州飞力橡胶设备有限公司；CMT4104型万能电子试验机，美斯特工业系统有限公司；HH-8型数显恒温水浴锅，常州诺基仪器有限公司；DSCQ2000型差示扫描量热仪，美国TA仪器有限公司；ZH-TS-80A型冷热冲击试验箱，东莞市正航仪器设备有限公司。

1.3 不同类型PVC/金属复合结构的制备

（1）将软质PVC、硬质PVC、马口铁板、铝板、镀锌板和钢板分别裁剪成120 mm×30 mm（长×宽）的样片。

（ 2）将VM3306热 熔 胶 膜 裁 剪 成80 mm×30 mm（长×宽）的胶膜。

（3）将上述裁剪好的样品逐一按照软质PVC/VM3306/铝 板、 硬 质PVC/VM3306/铝板、 软 质PVC/VM3306/镀 锌 板、 硬 质PVC/VM3306/镀锌板、软质PVC/VM3306/钢板 、 硬 质 PVC/VM3306/钢 板 、 软 质PVC/VM3306/马 口 铁 板 以 及 硬 质PVC/VM3306/马口铁板的3层结构对叠整齐，上述PVC、热熔胶膜、金属板叠放时需上端对齐，两端对齐。

（4）将上述复合结构在温度为140℃的平板硫化机上预热1 min，然后在温度140 ℃、压力0.4 MPa条件下复合10 s，取下样品冷却至室温。

（5）将复合好的PVC/金属复合结构裁剪成100 mm×25 mm（长×宽）的样品，完成制备。

1.4 性能测试

（ 1）剥 离 强 度： 按 照GB/T 2790—1995《胶粘剂180°剥离强度试验方法挠性材料对刚性材料》标准，采用万能电子试验机进行测试。

（2）耐水煮性能：采用数显恒温水浴锅进行测试（温度为98～100℃、时间为12 h）。

（3）VM3306熔点：采用差示扫描量热仪进行测试（升温速率为2 ℃/min）。

（4）耐冷热循环冲击性能：在冷热冲击试验箱中进行测试（以高温80 ℃×3 h、低温-30 ℃×3 h为一个测试周期，总共50个测试周期，时间为300 h）。

2 结果与讨论

2.1 剥离强度

不同类型PVC和不同材质金属粘接后的剥离强度是反映热熔胶膜粘接效果的重要技术指标。VM3306对软质PVC、硬质PVC、铝、马口铁、镀锌板和钢板等材质的剥离强度测试数据如表1所示。由表1可知：VM3306能够对不同类型PVC和不同材质金属形成有效粘接，粘接应用范围比较大，能够广泛应用于不同类型PVC/金属复合结构。VM3306复合的PVC/金属复合结构在-30℃和80℃的情况下仍然能够形成有效粘接，产品对温度的适应范围较广，可以适应高、低温苛刻环境。

VM3306对于硬质PVC的粘接强度高于软质PVC的粘接强度，这主要是因为硬质PVC中含有的小分子增塑剂较少，有利于粘接；此外，在剥离测试时，由于硬质PVC基材刚性较高导致剥离强度变高。复合结构在温度-30℃时的剥离强度比常温25℃高的原因是VM3306属于热塑性高分子热熔胶膜，-30℃时高分子热熔胶膜的内聚力比常温25℃时高。同理，在85℃时，热熔胶膜的内聚力降低，所以复合结构在高温85℃时的剥离强度比常温25℃低。

表1 VM3306对不同PVC/金属复合结构的剥离强度Tab.1 Peeling strength of different PVC/metal composites prepared with VM3306 as adhesive

2.2 粘接面破坏方式

在剥离过程中，粘接面破坏方式包括内聚破坏、界面破坏、基材破坏和混合破坏等。VM3306粘接不同PVC/金属材质复合结构的粘接面破坏方式如图1、图2所示。粘接面破坏方式均以内聚破坏为主，说明VM3306对不同类型PVC、不同材质金属的粘接强度大于VM3306材料本身的内聚强度，粘接性能优良。

图1 VM3306对软质PVC/不同金属材质复合结构的粘接面破坏图片Fig.1 Peeling failure pictures of adhesion interface of soft PVC/different metals composites for using VM3306 as adhesive

图2 VM3306对硬质PVC/不同金属材质复合结构的粘接面破坏图片Fig.2 Peeling failure pictures of adhesion interface of rigid PVC/different metal composites for using Vm3306 as adhesive

图1、图2中，VM3306在软PVC、硬PVC表面的内聚破坏粉化粗细不同，粘接面破坏时，在软PVC基材上呈现出内聚破坏细粉，在硬质PVC基材上则呈现出内聚破坏粗粉。造成这种情况的原因是软质PVC中除了PVC基体树脂外还含有大量增塑剂成分，弱化了VM3306对PVC材质的粘接效果和内聚破坏程度。

2.3 耐水煮性能

为进一步研究热熔胶膜制备的PVC/金属复合结构对外界环境的适应性，通过热水水煮实验以验证复合结构的粘接可靠性，结果如表2所示。由表2可知：PVC/金属复合结构在耐水煮试验中表现稳定，粘接界面在高温热水环境下未出现开胶、脱层等不稳定现象。

表2 VM3306制备PVC/金属复合结构的耐水煮性能测试结果Tab.2 Water boiling test results of PVC/metal composites for using VM3306 as adhesive

为进一步研究复合结构耐水煮稳定性的原因，通过DSC测试了VM3306的熔点，如图3所示。由图3可知：VM3306的相对最高熔点为122.71℃，这是粘接界面能够在100℃水煮温度下保持稳定的一个重要原因。

2.4 耐冷热循环冲击性能

通过PVC/金属复合结构耐冷热循环冲击性能的测试，进一步验证了复合结构对极端外界环境的抵抗能力和可靠性，测试结果如表所示3。由表3可知：PVC/金属复合结构耐冷热循环的冲击性能优异，复合结构对极端环境条件的适应性较强，进一步说明了粘接面可靠、稳定。

图3 VM3306的DSC曲线Fig.3 DSC curve of VM3306 hot melt film

表3 VM3306制备PVC/金属复合结构的耐冷热循环冲击性能试验Tab.3 Resistance results to cold-hot cycling impact test for PVC/metal composites prepared with VM3306 as adhesive

3 结论

（1）VM3306对不同类型PVC、不同材质金属的粘接性能较优，剥离强度较高，粘接面呈现出内聚破坏的特征；

（2）VM3306制备的PVC/金属复合结构的可靠性较好，能够适应水煮、冷热循环冲击等极端测试环境，可以适用于粘接PVC/金属的复合结构。