压敏胶作为一种特殊的胶黏剂,具有高黏附性和可撕性的特点,目前广泛应用在医疗、电子、通讯、汽车、建筑、包装等等各个领域,其相对于其他胶黏剂拥有多种优质的性能,那你真的了解压敏胶吗?它的工作原理是怎样的?有哪些特性?今天小编就带你一起认识压敏胶。
一、什么是压敏胶
压敏胶,简称PSA,Pressure Sensitive Adhesive, 就是一类压力敏感型粘接用薄膜材料,施工可以用手施压(当然也可以用滚轮等设备)完成,不需要加热、催化剂或者UV紫外光照射等辅助固化,而具有持久的粘接力,内聚力和粘弹性的产品。
二、压敏胶的工作原理
压敏胶,顾名思义需要压力才能粘附在基材上。这就是为什么施加适量的压力对于获得良好的附着力是如此重要的原因。为什么它会起粘接作用呢?工作原理是什么呢?目前业界也没有统一的说法,每个理论都不能完美解释粘接过程。而简单理解,就是胶需要通过流动和被粘接基材充分接触,并与基材相互作用。这些随着时间的推移,PSA通过进一步润湿基材而获得强度。胶粘剂会随着气泡的排出而进入基材表面上的微孔和缝隙。为了达到高剥离强度,胶带上的粘合剂不仅要粘附在基材上,还必须具有粘弹性。
三、压敏胶特性
衡量一个压敏胶性能,通常会先看两个力,粘接力和内聚力。
对应这两个力,粘接力是胶带和被贴物的粘性,通常我们会用剥离力来衡量粘接力。内聚力体现的是胶带本身分子链之间的结合力,通常会用静态悬挂的方法进行验证,用剪切力测试来衡量内聚力。对胶带使用者而言,理解这两个力的意义在于,可以在分析不良的时候,揭示改善的方向。
除了这两个基本的,根据不同的特性,还会测试初粘力,导热率,导电率,绝缘性能,拉伸强度,透光率,阻燃,低挥发等,以及还会更加具体客户的要求,有高温高湿,冷热冲击等老化测试要求。
四、压敏胶的分类
大多数压敏胶粘剂适用于塑料、织物或纸张表面。这些胶带要么是单面,要么是双面。大多数PSA的主要缺点是它们的粘结强度相对较低且缺乏抗蠕变性。因此,它们不适合用于结构粘接。然而,近年来,一些高粘接强度的双面胶带已被开发用于半结构粘接应用。3M的VHB就是其中一类,通常胶涂布在泡沫载体上,以提高对粗糙表面,轮廓和接缝区域的粘接力。
根据化学组成成分的不同,压敏胶主要分为三大类,当然在每个类型下有许多改性、混合的应用。还有一些其他的如PU聚氨酯类,热塑弹性体等。下面是PSA的主要类型和一些使用指南的简要描述。
按产品结构分,可以分为单面胶,双面胶。单面胶的话,就是含至少一层基材和一层胶膜,如常见的标签。而这个基材可以是多种材料,如PET聚酯, PI聚酰亚胺,铜箔,铝箔,导电布等等。
双面胶的话,可以是一层纯的胶膜,也可以是三层以上结构,至少含两层胶,胶膜层中间包含有基材层,基材也可以多样化。随着添加的基材不同,可以实现不同的功能,导热导电屏蔽等。
橡胶型胶粘剂
天然橡胶(NR)是最早用于压敏胶体系的弹性体,现在仍然是制造胶带胶粘剂的主要原材料之一。然而在许多应用中,其他类型的弹性体(如丁苯橡胶和SIS嵌段共聚物)逐步取代了它的地位。橡胶通常是性价比较好的选择。它具有良好的初粘性能,但其抗蠕变能力弱,除非采用部分交联(硫化)等方法来提高内应力强度。交联还可以提高天然橡胶型胶粘剂的持粘性、耐溶剂性和耐热性。
在常温和低温情况下,天然橡胶型PSA通常是完全足够适用于低剪力的应用。由于其成本低和背衬便宜,这使它们成为短期应用的理想选择。除了天然橡胶外,许多合成橡胶也被广泛用于压敏胶带的制造,譬如由各种单体(异戊二烯、丁二烯)制成的合成橡胶,有时还与天然橡胶混合,以提高其耐久性、抗氧化和耐热性。
天然橡胶PSA,不像丙烯酸PSA,本身粘性非常小,必须与增粘剂/树脂和增塑剂互混以实现压敏性能。除此之外,通常还会添加其他成分,如抗氧化剂、颜料、填料,用于降低成本,并调整和优化其性能。
丁苯橡胶(SBR)广泛用于压敏胶带的制造,它们是由苯乙烯和丁二烯制成的合成橡胶。SBR无论是溶剂体系还是水性体系,在许多PSA中都有添加,并为各种应用量身定制。它们的性质取决于苯乙烯的百分比,平均分子量及其分布,以及聚合过程中引入的官能团。一般来说,丁苯型PSA的热老化性能优于NR型PSA,但其物理强度、回弹性和低温性能往往不如天然橡胶型PSA。SBR有时与天然橡胶混炼,以获得最佳性能。
A-B-A和A-B型苯乙烯嵌段共聚物(SBC)已成为压敏胶粘剂中最重要的弹性体之一,并在许多方面取代了天然橡胶型PSA。它们由热塑性(聚苯乙烯)作为末端链段A,弹性体(大多数情况下是聚异戊二烯或聚丁二烯)作为B链段组成。最重要的两种段共聚物是聚苯乙烯-聚异戊二烯-聚苯乙烯(SIS)和聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯(SBS)。这类PSA通用性极好,应用非常广泛。类似于天然橡胶型PSA,他们自身粘性低,必须与增粘剂和增塑剂的互配达到压敏效果,可以被制备成具有高粘着力、高剥离强度和高内聚强度的压敏胶。
丙烯酸型(压克力)胶粘剂
丙烯酸胶粘剂是另一类重要的压敏胶。它们通常比橡胶型粘合剂有更好的耐热性和抗氧化性,这主要是因为它没有不饱和双键。丙烯酸粘合剂可以制备成各种各样的粘接性能,从低粘接和低粘接到非常强的粘接和永久粘接基材。压克力胶带的适用温度范围比橡胶型PSA要宽得多。它们通常具有优良的耐热性和耐氧性,通常允许胶带承受250°F到300°F(120 - 150°C)的温度。许多丙烯酸基PSA在低温下也具有良好的附着力,使其适用于低温应用。
有机硅型胶粘剂
硅胶通常是最昂贵的PSA胶,但它们具有一些高性能应用的最佳性能。例如,它们可以承受高达260℃的温度。有机硅压敏胶通常应用于更昂贵的载体,如玻璃布,PI和铝箔,使其适合更高温度的应用。有机硅压敏胶也可以用于非常低的温度应用,低至-73℃。它也是唯一一种类型的PSA在低表面能基材上还能起到粘接作用,譬如离型纸/离型膜。它的耐化学性一般都很好。
五、压敏胶使用工艺
在使用压敏胶过程中,需要关注四个方面:第一是对被粘表面清洁,用酒精,IPA或乙酸乙酯等清洁溶剂,清除一些灰尘,指纹,油脂,脱模剂等影响胶带粘性的物质。第二是施压,建议最小15Psi,大约1公斤每平方厘米的压力。第三是保持施工环境在16-25度左右,温度太低的话,胶体相对偏硬,不容易流动,和被粘物表面浸润较慢;太高的话,会造成溢胶等不良。第四是放置时间,贴合后,典型的粘接力和时间的关系是,20分钟后,有50%的粘接力;1小时后,有75%的粘性;24小时后,有90%的粘性;3天后,有100%的粘接力。所以贴合后,可以进行下一段的工序,但是想要做老化等可靠性测试的话,最少要放置24小时以后。
压敏胶粘接的影响因素
使用压敏胶一般会有以下的影响因素: