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        【AVENTK科普】UV膠水收縮率產生機理是什么?哪些因素會影響UV膠水收縮率?

        文章出處:AVENTK人氣:發表時間:2022-03-30 13:10【


        UV膠水收縮率
         
                UV膠水在使用過程中涉及到兩個被粘接材料,因此相比UV油墨等涂料,在固化過程中更難消除收縮產生的應力和體積上的缺陷,所以UV膠水對降低收縮率的要求也更高。AVENTK作為UV膠水廠家,在UV膠水研發生產中也對收縮率格外重視。
         
                UV膠水體積收縮的產生不但影響粘接的尺寸精度,還會導致粘接力下降。對于剛性材料的粘接,容易產生紋狀空隙甚至開裂,對于柔性材料容易產生翹曲變形。所以降低UV膠水在固化過程的體積收縮,對于提高粘接的尺寸精度和粘接強度有著重要意義。在本文中,AVENTK會介紹UV膠水收縮率產生機理及相關影響因素,帶大家進一步了解UV膠水收縮率。

         
        產生機理
         
                UV膠水固化過程中產生的體積收縮,原因在于固化過程原子間的排列的緊密程度的變化。其中主要原因是固化過程中聚合反應帶來的原子間的距離的變化,其次是從單體到聚合物過程中產生的熵的變化,即自由體積的變化。由于UV膠水熱膨脹系數在10-4的數量級,所以由于熱脹冷縮帶來的體積變化很小,這里不作討論。
         
                UV膠水的固化反應分為自由基型和陽離子型,這兩種反應都伴隨著原子間距離的變化。
         
               自由基型UV膠水的收縮率比較大,一般在5%~10%,通過陽離子型或其他方法改進后的UV膠水可達到接近2%。而通常環氧樹脂膠黏劑的固化收縮率在2%~3%。自由基型UV膠水采用的主體樹脂(低聚物)和稀釋單體都是丙烯酸酯類。在聚合過程中,本來以范德華力作用的丙烯酸酯單體分子,變成了共價鍵連接,相應原子間的距離從0.3~0.5nm縮短到0.154nm,縮短了約一半。這樣,原子在聚合物中的排列比在單體中緊密得多,導致聚合過程中的體積收縮。所以自由基反應收縮率比較大,如常用的苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯均聚物的體積收縮分別在14.5%和21.3%。UV膠水中稀釋用的丙烯酸酯單體的體積收縮率一般都在8%以上。
         
               陽離子型UV膠水的采用的單體一般是環氧化合物或乙烯基醚類。乙烯基醚類固化速度較慢,應用不如環氧類廣泛。環氧類化合物的固化機理是在陽離子光引發劑的存在下發生開環聚合反應。環氧化合物開環聚合時,一方面環氧單體間的距離由固化前的范德華距離變為固化后的共價鍵距離,這一過程造成體積收縮;另一方面環氧單體聚合時單體上的環打開,分子內的共價鍵距離變成類似于分子間的范德華距離,導致體積膨脹,部分抵消了成鍵帶來的體積收縮。二者的總結果是使環氧化合物固化后體積有少量收縮,但其收縮率遠小于丙烯酸酯自由基聚合反應。
         
               聚合過程的另一個體積變化因素是從單體到聚合物的熵的變化,也就是單體到相應的聚合物的自由體積的變化,即單體和聚合物中分子堆積密度的變化。由于分子在聚合物中不完全緊密堆砌,分子之間存在著自由體積。光固化前液態單體分子處于松散的自由活動狀態,自由體積較大。光固化后丙烯酸酯單體生成三維網狀交聯的聚合物,其分子間交聯點多,明顯的限制了鏈段的運動,自由體積變小,從而也帶來體積收縮。
         
        影響因素
         
                1.官能團的含量
         
                UV膠水的體積收縮,主要原因在于固化過程中聚合反應帶來的原子間的距離的變化,所以UV膠的收縮率的大小主要取決于交聯密度,交聯密度越大,收縮率越高。對于自由基型UV膠水,丙烯酸酯基的含量是其決定因素。隨著相對分子質量的增大,丙烯酸酯基含量的降低,多數呈收縮率降低的趨勢。其中丙烯酸異冰片酯的收縮率最低,為8.2%。
         
               丙烯酸酯低聚物由于相對分子質量較大,官能團含量較低,所以收縮率一般較低。聚氨酯丙烯酸酯的收縮率一般低于環氧丙烯酸酯,而且分子的柔韌性更容易設計和調節,所以聚氨酯丙烯酸酯比環氧丙烯酸酯更常用一些。
         
                2.分子的結構的規整程度
         
               分子的結構的規整程度對聚合過程的收縮率也有較大影響。對于直鏈型的分子結構,體積收縮近似正比于單位體積內單體分子數目。支鏈型的或不規則的單體分子則不符合這個規律,在聚合后的收縮率也比較小。


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