粘接的耐久性受多種因素影響，主要包括膠黏劑性能、被粘物種類、表面處理、粘接工藝、環(huán)境因素等。

 

 

    膠黏劑的性能主要是環(huán)氧膠黏劑的耐老化性能對粘接的耐久性影響很大。所謂老化是指膠層性能隨時(shí)間而劣化的現(xiàn)象，表現(xiàn)在外觀的變化（變色、龜裂、起皺、膨脹、分層、溶脹、開裂、發(fā)黏、硬脆等）、力學(xué)性能的變化（粘接強(qiáng)度降低、柔韌性變差、伸長率減小等）。

    膠黏劑老化的基本原因是熱、光、氧、介質(zhì)、污染物等的作用，引起了聚合物分子內(nèi)主價(jià)鍵和分子間次價(jià)鍵的破壞。氧化、水解、堿熔所引起的斷鏈、交聯(lián)、端基或側(cè)基的變化，屬于主價(jià)鍵的破壞；而溶脹、溶解、滲析、環(huán)境應(yīng)力、蠕變、介質(zhì)侵入等導(dǎo)致的變化，屬于次價(jià)鍵的破壞。老化是聚合物普遍存在的不爭事實(shí)，而延緩老化則是使用者的美好渴望。

    在破壞主價(jià)鍵的化學(xué)老化中，氧化與水解是最重要的兩類化學(xué)反應(yīng)，因?yàn)榻M成環(huán)氧膠黏劑的聚合物大分子主鏈和低分子有機(jī)物存在著鍵能較低的弱鍵，所以對于特定的介質(zhì)很敏感，從而引起水解、氧化、消除等。不同品種的環(huán)氧膠黏劑，因其所含基團(tuán)不同，在各種介質(zhì)的作用下，會有不同的化學(xué)反應(yīng)和老化表現(xiàn)。

    以胺類固化劑固化的雙酚A型環(huán)氧膠黏劑中的叔氨基、仲氨基易被氧化，故其對氧化性介質(zhì)的耐受能力極差。而且胺類固化的環(huán)氧膠中有比較多的羥基，在較高的溫度下容易發(fā)生脫水反應(yīng)。此外，胺類固化產(chǎn)物的氮原子也比較容易遭受熱氧化破壞。因此，胺類固化的雙酚A型環(huán)氧膠比酸酐固化的穩(wěn)定性差。

    水解是引起膠層老化的重要原因。有水存在下環(huán)氧膠黏劑中聚合物分子降解的過程稱為水解，酸堿性物質(zhì)是水解的催化劑。含有醚鍵（—O—）、酯鍵（—COOC—）、酰胺鍵（—CONH—）、亞胺鍵（）、硅氧鍵（）等基團(tuán)的環(huán)氧膠，在酸堿介質(zhì)作用下都會發(fā)生某種程度的水解。

對酸性水解穩(wěn)定性的次序?yàn)槊焰I＞酰胺和亞胺鍵＞酯鍵＞硅氧鍵；對堿性水解穩(wěn)定性的次序?yàn)轷０锋I和亞胺鍵＞酯鍵。

    環(huán)氧-聚酰胺膠含有酰胺鍵，對潮濕敏感，耐老化性較差。

    破壞次價(jià)鍵的物理老化是由溶劑或非溶劑介質(zhì)作用引起的，增塑、溶脹、溶解、應(yīng)力開裂、溶劑龜裂、軟化等而導(dǎo)致膠層外觀及物理力學(xué)性能的劣化。介質(zhì)向膠層內(nèi)侵入或組分向膠層外滲析，削弱了大分子間的相互作用力，引起體積膨脹，還會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

    現(xiàn)代膠黏劑大部分由合成聚合物所構(gòu)成，高分子材料如塑料、橡膠、化纖、涂料等都存在著老化問題，膠黏劑當(dāng)然也不例外。但因膠黏劑大多處于被粘物中間，曝露部分很少，不易受光和氧的直接作用，情況相對要好得多。即使是高溫時(shí)，膠層大部分也不直接與空氣接觸，條件比較有利，因此，膠黏劑的老化應(yīng)比塑料、橡膠、化纖、涂料等要緩慢，也就是說，膠黏劑的耐老化性能比較好。不過，膠黏劑的品種不同，其耐老化性能亦有差異。在土木工程中，環(huán)氧膠黏劑已顯示出50多年的耐久性。根據(jù)多年實(shí)際資料的積累，環(huán)氧膠黏劑的耐老化性能約為8～25年。表8-1為不同環(huán)氧膠黏劑粘接鋁的耐環(huán)境破壞的比較。

 

 

 

 

    被粘物種類不同，因其性質(zhì)的殊異，使得粘接后的耐久性差疑很大。一般來說，極性大、親水性強(qiáng)的材料（如金屬、玻璃等），要比非極性、疏水性的材料（如塑料、橡膠等）用同種環(huán)氧膠黏劑粘接后的耐久性低。

    對粘接耐久性的影響，粘接界面起著重要的作用，膠黏劑與塑料或橡膠形成的界面，水分侵入的破壞比較困難，而與金屬形成的界面則恰恰相反。水的長期作用會使膠黏劑水解，使粘接強(qiáng)度下降，不過水對界面的影響要比對膠層本身的影響大得多。另外，研氧一酚醛膠粘接不銹鋼在空氣中加熱100h粘接強(qiáng)度下降到零，而粘接鋁時(shí)加熱至500h粘接強(qiáng)度才下降到零。

 

 

    粘接耐久性與被粘物表面結(jié)構(gòu)和狀態(tài)密切相關(guān)，因此，不同的表面處理方法，對粘接的耐久性影響很大，一般被粘表面經(jīng)過化學(xué)處理要比物理方法處理的耐久性好得多，見圖8-1。

 

 

    由圖8-1可見，陽極氧化處理的表面粘接的耐久性最佳，而表面進(jìn)行溶劑蒸氣脫脂的耐久性較差，因此金屬表面進(jìn)行化學(xué)處理對提高粘接耐久性效果甚好。

    堿液脫脂處理后剪切強(qiáng)度并不低，但耐水性很差，經(jīng)45℃浸水500h后，剪切強(qiáng)度下降46%。化學(xué)氧化處理的粘接剪切強(qiáng)度高，耐水性明顯改善，45℃浸水500h后，剪切強(qiáng)度下降6%，但耐疲勞強(qiáng)度明顯降低。鉻酸陽極化進(jìn)行表面處理，粘接的剪切強(qiáng)度高，45℃浸水500h后，剪切強(qiáng)度下降6%～7%，疲勞強(qiáng)度僅下降3%。鉻酸陽極化表面處理更為理想，不僅粘接強(qiáng)度高，而且耐水性優(yōu)良，經(jīng)45℃浸水500h后，剪切強(qiáng)度無變化，浸水1000h后，剪切強(qiáng)度只下降1%。尤其是耐應(yīng)力腐蝕性強(qiáng)，耐應(yīng)力腐蝕時(shí)間為化學(xué)氧化法的4倍多。

    實(shí)驗(yàn)表明，鋁合金磷酸陽極化比鉻-硫酸侵蝕和鉻酸陽極化的表面粘接更耐久，如圖8-2所示。

 

 

    鋁合金表面經(jīng)磷酸陽極氧化后，表面生成珊瑚礁狀形態(tài)的氧化膜強(qiáng)度高，更耐水浸蝕，與抑制腐蝕底膠（BR127）配合，可大幅度提高用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠黏劑（FM73）粘接的耐久性，使用壽命可達(dá)20年以上。

    化學(xué)處理可以除掉舊的和內(nèi)聚強(qiáng)度低的氧化層，而形成一層均勻致密而堅(jiān)硬的氧化膜，厚度一般為1～4μm。新生的氧化膜吸附能力大，內(nèi)聚強(qiáng)度高，粘接的耐久性好。

    金屬在脫脂除油后，表面會立即發(fā)生腐蝕，影響粘接性能，尤其是有水和潮濕環(huán)境。采用保護(hù)覆蓋層（protective coating）處理，耐水性大為提高。已研發(fā)出3種轉(zhuǎn)化處理方法（codversion processes），即磷化、陽極氧化和鉻酸鹽化。這些方法能除去金屬弱表面層，形成牢固耐久穩(wěn)定的表面層。鋼鐵表面宜用含鋅或鐵的磷酸鹽酸性溶液處理，形成磷酸鹽覆蓋層。鋁、鋅、鎂和銅合金要用鉻酸鹽轉(zhuǎn)化覆盞層。

    另外，噴砂處理表面的粘接耐久性有很大提高，其原因是噴砂增加金屬表面的粗糙程度，增大了濕氣滲透的阻力和路徑。堿性過氧化氫處理法（噴砂+氫氧化鈉-過氧化氫水溶液）能使鈦合金獲得更佳的粘接耐久性，尤其濕熱環(huán)境下更為突出。不同表面處理方法對環(huán)氧膠黏劑粘接鋁的耐久性影響見表8-2。

 

 

    研發(fā)特殊的表面處理方法對提高粘接的耐久性具有重要的理論和實(shí)際價(jià)值。

 

 

    粘接工藝對耐久性的影響主要表現(xiàn)在固化溫度，環(huán)氧膠黏劑加熱固化總比室溫固化的耐久性好，因?yàn)闊峁袒粌H固化程度提高，而且還有可能與界面形成化學(xué)鍵，使粘接界面更為牢固，不易遭受各種介質(zhì)的侵蝕。例如以熱固化環(huán)氧膠黏劑粘接鋼鐵的耐久性要比室溫固化環(huán)氧膠黏劑粘接好得多。環(huán)氧膠黏劑粘接經(jīng)適當(dāng)表面處理的鋁，加熱固化后歷經(jīng)11年的粘接強(qiáng)度保持率90%以上。

 

 

    粘接件都要受到一定應(yīng)力的作用，研究應(yīng)力對粘接耐久性的影響很有實(shí)際意義。應(yīng)力的存在會降低粘接的耐久性，特別是在高溫下隨著應(yīng)力的增大，會加速粘接件的破壞。應(yīng)力包括外應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力，都能使粘接界面的結(jié)合力變?nèi)趸蚱茐?，并使固有的缺陷發(fā)展成裂紋或裂縫，造成薄弱環(huán)節(jié)，隨著時(shí)間的推移，過早地發(fā)生蠕變破壞。若內(nèi)應(yīng)力超過環(huán)氧膠層內(nèi)聚強(qiáng)度或界面強(qiáng)度，就會產(chǎn)生裂紋、脫粘、分層，以致破壞。應(yīng)力又分為靜態(tài)和動態(tài)兩類，動態(tài)應(yīng)力比靜態(tài)應(yīng)力對粘接耐久性影響更大，特別是對于脆性環(huán)氧膠黏劑，要比韌性環(huán)氧膠黏劑更易遭到破壞。持久載荷作用會因產(chǎn)生蠕變而破壞。應(yīng)力和濕氣相互影響、相互促進(jìn)，必定大幅度加速粘接接頭老化，即謂應(yīng)力腐蝕開裂。