赛默飞哈克流变仪在胶黏剂行业中应用

近年来，电子、化工、制药、汽车、新能源、工程建筑、航空航天等行业的高新技术得到迅猛发展，对高性能胶黏剂的需求也日益增加，逐渐趋于定制化。目前市场上常用的胶黏剂类型有热固性胶黏剂、热塑性胶黏剂、橡胶胶黏剂、特种胶黏剂、复合胶黏剂等，各种类型胶黏一般都可以用流变性能、热性能、机械性能、抗腐蚀性能、电气性能等进行衡量。其中，作为配方、工艺及使用性能重要表征方式的流变性能，已受到越来越多的关注。下面，力晶小邵为大家介绍一下赛默飞哈克流变仪在胶黏剂流变性能表征中的几个典型应用。

一、流动曲线测试

图1 黏度曲线图示

图2 剪切应力曲线图示

   流动曲线可以衡量样品的流动能力，并可表征黏度在不同剪切作用下的变化趋。流动曲线的实际测量中，我们一般通过控制剪切速率的方式获得黏度－剪切速率曲线（图1）及剪切应力－剪切速率曲线（图2）。

二、屈服应力测试

图3 屈服应力表征图示

   屈服应力可以表征胶黏剂的固体特性和流动特性，如图3中案例所示，当剪切应力低于屈服应力时，样品主要变现出的是其固体特性，当剪切应力高于屈服应力时，其主要变现出的是流动特性。屈服应力的实际测试中，我们一般通过逐渐增大剪切应力的方式，获得剪切应力－应变曲线。HAAKE RheoWin软件具有自动计算功能，可同时显示出相应的屈服应力数据。

三、触变性测试

图4 触变性（触变环）测试图示

图5 触变性（三段式）测试图示

   触变性可以表征胶黏剂在外部剪切作用下的结构稳定性，一般通过触变环（图4）和三段式（图5）来进行分析。实际测试中，我们可以通过逐渐升高剪切速率到某一设定值, 然后再降回起始值，来获得触变环曲线，用其面积衡量样品的触变性。而三段式可通过“低剪切（小幅振荡）—高剪切—低剪切（小幅振荡）”的模式来测量其恢复时间（或一定时间后的恢复程度），以此来表征样品的触变性。

四、黏弹性测试

1、加工温度的优化

图6 损耗因子tan(δ)测试图示

   在实际生产中，加工温度的选择对于涂布工艺意义重大，如图6案例所示，碳纤维复合材料预浸料树脂在涂布过程中需选择流动性适合的温度进行生产，利用哈克流变仪在振荡模式下进行温度扫描测试，获得损耗因子tan(δ)－温度曲线，损耗因子tan(δ)高值点对应的温度就是该原料的适宜加工温度。

2、固化温度测试

图7 固化温度测试图示

   碳纤维复合材料的预浸料树脂在涂布、压合工艺后，需要进行固化处理，利用哈克流变仪获得储能模量（G’）－温度、损耗模量（G”）－温度曲线，可在软件中自动计算出G’与G”交点对应的温度，该温度就是此树脂的固化特征温度（图7）。

3、热机械性能测试

图8 储能模量（G’）及损耗因子tan（δ）图示

   热机械性能往往对于压敏胶的评价是很重要的，流变曲线中的玻璃化转变区、橡胶平台纠结区、橡胶平台解纠结区、高温流动区所对应的温度范围对压敏胶的生产具有指导性意义。实际测试中，我们通过流变仪在振荡模式下进行温度扫描测试，可获得tanδ－温度曲线、G’－温度曲线、G”－温度曲线等，软件自动计算得到tanδ对应的温度（玻璃化转变温度Tg）、室温范围内tanδ对应的温度和纠缠储能模量、以及tanδ=1时对应的流动点温度等（图8）。

4、固化率测试

图9 储能模量（G’）和损耗模量（G”）图示

图10 法向应力和固化率测试图示

固化率－温度曲线可以表征胶黏剂的固化程度和固化速度，测试时通过流变仪在振荡模式下进行温度扫描测试，可获得储能模量G’－温度、损耗模量G”－温度、法向力F_n－温度曲线，软件可自动计算出储能模量G’低值（图9），此为固化开始温度。通过固化前后的储能模量和法向力变化，可分别计算获得不同温度下的固化率和法向应力（图10）。固化率和法向应力常用计算公式分别为：，式中为固化结束的储能模量，为固化开始的储能模量，F_n为法向力，d为转子直径。

5、体积收缩率测试

图11 收缩率测试图示

积收缩率也是胶黏剂产品性能一个重要指标。胶黏剂在固化过程中伴随有固化收缩和热膨胀现象，在固化收缩和热膨胀的共同作用下，胶黏剂体积会发生变化，因而会对被粘结部件产生持续的应力作用，影响粘结效果甚至会导致被粘结部件的变形。通过流变仪可以测试胶黏剂的体积收缩率，作为评估胶黏剂固化性能的指标之一。测试方法是通过设定法向力（Fn）为零（或者一个很小的值），根据平行板间隙值（h）的变化计算得到体积收缩率（图11），常用计算公式为：

h为实时间隙值，h₀为初始间歇值。

五、流变联用技术

图12 流变仪－DEA联用测试数据

赛默飞哈克流变仪可以与紫外光附件、介电固化监测仪（DEA）、红外光谱仪、拉曼光谱仪等进行多种组合的联用，在进行紫外固化、热固化或其他固化过程中，可获得离子黏度（图12）、红外光谱和拉曼光谱数据。红外－流变联用可在流变测试的同时获得样品的红外光谱数据，用以分析样品流变特性变化的同时分子结构的变化情况，红外－流变联用系统提供了高分子材料宏观力学特性研究与微观分子结构研究相结合的工具。DEA－流变联用系统通过离子黏度获得样品固化的程度，结合流变数据，可以完整表征热固性胶黏剂从流动态、凝胶态、固化中期到固化后期的物理特性。哈克流变联用系统将多种分析手段与流变技术相结合，联用方案经多年的改进优化已非常成熟，拥有很多成功案例且应用前景广阔，近年来受到越来越多研究机构和企业用户的关注。

 综上所述，赛默飞哈克流变仪可以测试胶黏剂的黏度曲线、屈服应力、触变性、黏弹性、线性黏弹区、温度稳定性等，对其流变学性能进行全面研究，从而表征胶黏剂的流动态符合的加工温度、固化温度、玻璃化转变温度（Tg）、粘附性能、热稳定性等，为胶黏剂原料选择、品质控制、新品研发、配方改进、工艺优化等提供有效参考依据和全面的解决方案。