热熔胶膜在发泡PVC/铝热熔胶膜在发泡PVC/铝复合板材中的粘接可靠性研究性研究

朱庆柯，杜 壮，唐舫成，汪加胜，邓志业

（广州鹿山新材料股份有限公司，广州 510530）

铝/PVC 发泡节能复合板（Aluminum/Foamed PVC Energy-saving Composite Panel，简称AEP）是由低发泡结皮PVC板材和铝合金通过胶粘剂粘接组成的一种新型板材[1]，如图1 所示。低发泡结皮PVC 具有轻质坚硬、隔音隔热、抗化学腐蚀、阻燃自熄等特点，铝合金具有强度高、密度小、耐腐蚀、加工性能好的特点，能够加工成各种颜色及纹路，极具装饰性。AEP 板综合两者优势形成具备高强度、节能环保、安全防火、美学装饰等优势的复合板材，广泛应用于室内天花柜体、办公隔墙、汽车面板、列车车厢等领域[2]。

图1 AEP结构示意图及实物图Fig.1 The structural diagram and the practicality picture of AEP

传统上通常用溶剂型热固性胶粘剂粘接金属与PVC，但存在粘接强度低，需一次性成型无法返工，施工时间长，施工工艺复杂，有小分子排放，储存要求苛刻等缺点。热熔胶膜具备粘接强度高，可重复加工，适应连续性规模化生产，环保无毒，运输储存方便等特点，在包装、交通运输、鞋材家居、建筑工程等方面都在逐步替代溶剂型胶粘剂[2]。鹿山®热熔胶膜VM2008（以下简称VM2008）产品是采用聚乙烯—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马来酸酐、硅烷等极性单体[3]获得对金属和PVC材料的粘接能力，通过流延、吹膜等成膜技术加工成型的热熔胶膜[4]。

1 实验部分

1.1 主要原材料

热熔胶膜（VM2008），广州鹿山新材料股份有限公司；发泡结皮PVC，广东骏智兆业建材科技研发实业有限公司；铝板，西南铝业有限责任公司。

1.2 仪器与设备

平板硫化机（XLB-25T），广州飞力橡胶设备有限公司；万能电子试验机（CMT4104），美斯特工业系统有限公司；冷热冲击试验箱（ZH-TS-80A），东莞市正航仪器设备有限公司；热氧老化箱DHG-9076A，上海精宏仪器有限公司；数显恒温水浴锅（HH-8），常州诺基仪器有限公司；高温高湿老化试验箱（KTHB-415TBS），昆山庆声电子科技有限公司；紫外光加速耐候试验机（ZH-UVA-263），东莞市正航仪器设备有限公司。

1.3 AEP复合结构的制备

1）将结皮发泡PVC 和铝板分别剪裁成120mm×30mm（长×宽）的样片，将VM2008 热熔胶膜裁剪成80mm×30mm（长×宽）的样膜，将上述剪裁好的样品按照铝板/VM2008/结皮发泡PVC/VM2008/铝板的五层结构对叠整齐，结皮发泡PVC、热熔胶膜、金属板上端对齐，两端对齐；

2）将上述复合结构在平板硫化机上用选定温度下预热1min，然后使用不同工艺条件下完成复合，取下样品冷却至室温；

3）将复合好的五层复合结构剪裁成100mm×25mm（长×宽）的样品，完成制备。

1.4 性能测试

1.4.1 剥离强度

按照GB/T2790-1995《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。

1.4.2 耐温差性能测试

按照高温80±2℃下3h、低温-30℃±2℃下3h为一个测试周期，总共50 个测试周期，采用冷热冲击试验箱进行，每10个周期取出室温静置24h后测定剥离强度。

1.4.3 耐热老化性能测试

按照80~82℃、时间360h，采用热老化箱进行试验，每48h取出，室温静置24h后测定剥离强度。

1.4.4 耐热水性能测试

按照温度98~100℃、时间12h，采用数显恒温水浴锅进行试验，每2h取出，室温静置24h取出，后测定剥离强度测定剥离强度。

1.4.5 耐湿热老化性能

按照温度为85℃、相对湿度为85%，时间14d，采用恒定湿热试验箱进行实验，每3d 取出，室温静置24h后测定剥离强度。

1.4.6 耐紫外老化性能

按照温度60℃±5℃、辐射强度60W/㎡，时间300h，采用紫外线加速耐候试验机进行，完成实验后取出室温静置24h后测定剥离强度。

2 结果与讨论

2.1 复合工艺对复合结构的粘接强度的影响

热熔胶膜把两种不同的材料粘接形成复合结构，其粘接强度直接影响到复合结构的可靠性，而复合时的温度，时间，压强对热熔胶膜的粘接强度的都有影响。不同复合工艺下，复合结构粘接强度变化如表1所示。

表1 不同复合工艺对VM2008制备AEP板的粘接强度的影响Tab.1 Effect of different composite processes on bonding strength of AEP prepared by VM2008

图2 不同复合工艺下使用VM2008制备AEP板的剥离界面图片Fig.2 Picture of peeling interface of AEP prepared by VM2008 at different composite processes

由表1可知：不同复合温度对复合结构的粘接强度有不同的影响，同时伴随的剥离界面破坏方式也不同。当复合温度在130~150℃时，复合结构的粘接强度较低且随温度升高而增大，剥离界面破坏方式由PVC与胶膜之间的界面破坏转变为胶膜内聚破坏；当复合温度在150~170℃时，复合结构具有相对较高的剥离强度，其剥离强度随温度升高而变化不大；当复合温度高于170℃时，复合结构的粘接强度有所下降。

当粘接温度较低时，VM2008 的分子链运动较缓慢，对PVC的浸润性较差，分子中的极性基团不能很好地发挥作用表现为复合结构的粘接强度较低，复合结构的剥离界面呈现PVC与胶膜的界面破坏；当复合温度适宜时，VM2008 能对铝板和PVC 充分浸润，分子链中的极性基团能与铝板、PVC之间形成很强的相互作用力，当这种与被粘基材形成的的相互作用强度高于VM2008胶膜的内聚强度时，复合结构则表现出较高的剥离强度且呈现出胶膜内聚破坏的剥离界面；当复合温度过高时，结皮发泡PVC受热老化导致PVC基材的内聚能强度下降，剥离界面呈现为PVC基材破坏，同时温度过高容易导致胶膜流动性增强出现溢胶现象，反而降低了对复合结构的粘接强度[5]。因此VM2008 在150~170℃能对铝板和结皮发泡PVC 形成良好的粘接。

由表1可知：复合时间太短，复合结构之间的传热较少，不足以激活足够的极性基团去与铝片形成化学反应，从而导致剥离强度较低，出现铝片与胶膜间界面破坏的现象，复合时间过长有可能引起PVC受热老化，复合件的粘接强度反而降低。压强太低，胶膜的受热不足，胶膜虽然与铝片形成了一定的粘接强度，但是胶膜与PVC 粘接效果未达到最佳，压强太大，PVC容易出现压缩变形，导致剥离强度下降。

综上所述，VM2008 在温度160℃，压强0.4MPa，复合时间10s的工艺条件下能够对铝板和PVC 形成比较理想的粘接效果。粘接可靠性实验所用到的AEP试件都按照1.3 的AEP 复合结构的制备步骤在此工艺条件下进行制备。

2.2 耐温差性

冷热循环冲击试验是评价胶粘剂可靠性的一种常见的测试手段。检测复合材料在高温及低温的连续转化下的剥离强度变化，可以在短时间内评价复合材料对热胀冷缩变化的对抗能力。按照1.4.2 步骤对VM2008 制备的AEP 复合结构进行耐温差性能测试，测试结果如表2所示。由表2可知：AEP复合板材在耐温差性能测试实验中粘接效果表现稳定，剥离强度没有明显衰减，剥离界面牢靠破坏方式没有发生变化，表明板材在极端温差变化的环境下性能表现优异。

表2 VM2008制备的AEP复合板耐冷热循环冲击测试结果Tab.2 Cold-hotcycling impact test results of AEP composite panels prepared by VM2008

2.3 耐热老化性能

热老化是高分子材料常见的一种老化类型，复合板材要求具有较长的使用寿命，因此热熔胶膜作为粘接材料，必须具备良好的耐热老化性能。按照1.4.3步骤对VM2008制备的AEP复合结构进行耐热老化性能测试，测试结果如表3所示。

表3 VM2008制备的AEP复合板耐热老化性能测试结果Tab.3 Heat aging resistance test results of AEP composite panels prepared by VM2008

由表3 可知：AEP 复合板材耐热老化性能优异，经过长时间的热老化板材的剥离强度没有明显衰减，板材粘接界面牢靠稳定。

2.4 耐水煮性能

耐水煮实验是快速验证热熔胶膜对被粘基材的粘接可靠性的一种常用评价手段，因此对复合板材进行水煮实验也是评价复合板材粘接可靠性的一种方法。按照1.4.4步骤对VM2008制备的AEP复合结构进行耐水煮性能测试，测试结果表4所示。

表4 VM2008制备的AEP复合板材耐水煮性能测试结果Tab.4 Test result of boiling resistance of AEP composite board prepared by VM2008

由表4可知：在水煮实验的前10h，VM2008对铝板和发泡结皮PVC的粘接没有衰减；在水煮实验10h后，AEP 复合板材的剥离界面破坏方式为混合破坏，其中以胶膜内部破坏为主，局部地方可以看到出现了VM2008与PVC 的之间的界面破坏，但是AEP 复合板材仍然就有较高的剥离强度。造成这种现象的原因是当发泡结皮PVC水煮10h后，其内部的增塑剂、稳定剂、润滑剂迁移到PVC 表面[6]，弱化了VM2008 对PVC的粘接，但此时AEP复板材仍然具有较高的粘接强度，表明VM2008制备的AEP复合板材的耐水煮性能相对较好，界面出现混合破坏是因为PVC发泡板材不耐水煮导致。

2.5 耐湿热老化性能

AEP复合板材用于户外时会同时暴露在热、水汽等自然因素下，这时非常考验热熔胶膜的耐湿热老化性能。按照1.4.5步骤对VM2008制备的AEP复合结构进行耐高温高湿性能测试，测试结果如表5所示。

表5 VM2008制备的AEP复合板耐湿热老化性能测试结果Tab.5 High temperature and humidity resistance test results of AEP composite panels prepared by VM2008

由表5可知：在高温高湿环境下，AEP 复合板材的剥离强度随时间的延长没有明显下降，说明VM2008 制备的AEP 复合板材具有良好的耐湿热老化性能。

2.6 耐紫外老化性能

太阳光照能够对高分子材料进行破坏导致材料发生降解。紫外老化试验可以在几天内或几周内呈现户外数月或数年的老化效果。按照1.4.6步骤对VM2008制备的AEP复合结构进行耐紫外线老化性能测试进一步考验胶膜的粘结可靠性，测试结构如表6所示。

表6 VM2008制备的AEP复合板耐紫外老化性能测试结果Tab.6 Ultraviolet-resistant ageing test results of AEP composite panels prepared by VM2008

由表6 可知：在紫外线加速老化的环境中，AEP复合板材的剥离强度没有明显下降，这是因为铝合金板作为保护层阻挡了紫外线，防止紫外线对内部的高分子材料产生破坏，说明VM2008制备的AEP具有良好的耐紫外老化性能。

3 结语

1）VM2008 对发泡结皮PVC 和铝板具有良好的粘接强度，在温度160℃，压强0.4MPa，复合时间10s的工艺条件下能获得比较理想的粘接效果。

2）VM2008 制备的AEP 复合板材分别经历冷热循环冲击，热老化，热水煮，高温高湿老化，紫外老化处理后，仍具有良好的粘接性能，非常适用于低发泡结皮PVC与铝的粘接。