电子行业用聚酯热熔胶的制备及其性能研究*

2014-07-19伍金奎唐舫成汪加胜赵建青

化学与粘合 2014年2期

伍金奎，唐舫成，汪加胜，赵建青，曾钫

（1.广州鹿山新材料股份有限公司，广东广州 510530，2.华南理工大学材料科学与工程学院，广东广州 510640）

前言

共聚酯热熔胶[1～5]是由多元酸（酯）和多元醇经过酯化反应、酯交换反应和缩聚反应制得的饱和线型热塑性树脂，主要原料是二元羧酸（酯）和二元醇。由于聚酯分子链中含有大量的酯键、醚键等极性基团，因而对织物、皮革、木材、塑料、陶瓷等非金属和金属材料均具有良好的粘接性。但是，国产的共聚酯热熔胶存在结晶度高、浸润性差等缺点，只适用于服装、地毯、车辆内装饰等低端产品，无法满足电子产品粘接的要求。随着电子产品的超薄化发展，热熔胶接法逐渐取代了传统螺钉固定用于电子产品外壳与内部金属部件的固定。

针对国产的共聚酯热熔胶存在结晶度高、浸润性差等缺点,不适合用于电子行业极性塑料与金属粘接的现状，本研究在广州鹿山新材料股份有限公司的共聚酯结晶度控制技术的基础上[6]，采用低Tg共聚酯，进一步改进了共聚酯热熔胶的耐低温性能，系统研究了电子行业用聚酯热熔胶的综合性能。

1 试验部分

1.1 试验原料

共聚酯P1，玻璃化转变温度13℃；共聚酯P2，玻璃化转变温度-28℃；改性树脂M，杜邦；复合增黏树脂（改性松香/含酯基增黏树脂复合物），市售；以上原料均为工业级。塑料基材为2mm厚的硬质聚氯乙烯（PVC）、聚碳酸酯（PC）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、环氧玻璃纤维板（PCB)，金属基材为铝片（Al，0.2mm）、不锈钢片（SS，0.08mm），均为市售。

1.2 试验仪器

电子万能试验机，CMT4104，美斯特工业系统（中国）有限公司；平板硫化机，XLB-25T，广州市飞力橡胶设备有限公司；恒定湿热试验箱，HS-100，广州工文试验设备有限公司；高低温交变湿热试验箱，GDJS-100，广州工文试验设备有限公司。

1.3 试验制备

样品的制备：将45%共聚酯、25%改性树脂M、30%复合增黏树脂按一定比例混合均匀，利用双螺杆挤出机160℃挤出造粒制得聚酯热熔胶粒。

180°剥离测试样品制备：胶粒用离型纸在200℃平板硫化机压成厚度为0.12mm的胶膜；将胶膜铺在金属基材上，在80℃用手轻轻压平排除胶膜与金属间的气泡，使胶膜初步粘接到金属基材上；撕掉胶膜上的离型纸，将塑料基材放到粘有金属的胶膜面，然后在138℃、0.6MPa热压8s,冷却后裁剪成25mm宽的样品。

1.4 测试或表征

（1）180°剥离强度测试：按 GB/T 2790-1995测试，拉伸速度100mm/min。

（2）-5℃180°剥离强度测试：将粘接好的ABS/SS样品放置在-5℃冰箱中1h，用钳子夹住ABS，拉力计180°拉不锈钢，缓慢拉开样品，平行测试3个样品，计算平均值剥离强度。

（3）湿热老化测试：将粘接好的ABS/SS样品放入85℃、85%相对湿度的湿热老化箱中，老化144h，室温放置24h后测试样品的180°剥离强度，平行测试5个样品，计算平均值。

（4）高低温循环老化测试：将粘接好的ABS/SS样品放入高低温循环老化箱中，设定升温速度使温度在2h从-20℃升高到60℃，然后使温度在2h从60℃降低到-20℃，如此循环，老化72h，室温放置24h后测试样品的180°剥离强度，平行测试5个样品，计算平均值。

2 结果与讨论

2.1 共聚酯对胶剥离强度的影响

共聚酯分子中大量的极性基团如酯键、醚键是聚酯热熔胶具有广泛粘接力的关键。表1对比了采用P1、P2两种共聚酯对胶剥离强度和耐低温性能的影响。从表中可知，两种共聚酯得到热熔胶在室温下对ABS/SS的粘接力相差不大；但在-5℃的环境下差距明显，以P1为原料的聚酯热熔胶对ABS/SS的粘接力极小，能轻易用手拉开，而以P2为原料的聚酯热熔胶对ABS/SS的粘接力较大，用手无法拉开。两种原料表现出来的显著差异主要与共聚酯的玻璃化转变温度有关。由于P1的玻璃化转变温度为13℃，在低温下已经处于玻璃态，胶变得非常脆；而P2的玻璃化转变温度为-28℃，在-5℃的环境中胶仍然处于橡胶态，所以粘接力基本不受影响。可见以玻璃化转变温度为-28℃的P2为原料制得的热熔胶具有更好的耐低温性能，因此选择P2为主要基体。

表1 共聚酯的种类对ABS/SS剥离强度的影响Table 1 The effectofpolyester typeson the peeling strength of ABS/SS

2.2 粘接温度对胶剥离强度的影响

粘接温度是影响粘接效果的最重要的因素之一。电子产品采用聚酯热熔胶粘接塑料外壳和金属部件时，需考虑塑料外壳的耐热能力，ABS、PC等与金属部件最常使用的粘接温度范围130～140℃。

图1 粘接温度对不同基材的180°剥离强度的影响，（a）PC/Al，（b）PCB/Al，（c）ABS/SSFig.1 The effect of adhesive temperate on the 180°peeling strength for differentmatrixes,（a）PC/Al,（b）PCB/Al,（c）ABS/SS

图1考察了胶在不同温度下复合PC/Al、PCB/Al、ABS/SS的剥离强度的影响。从图中可以看出：随着粘接温度升高，其对不同基材的粘接强度均呈现升高趋势。当粘接温度不高于120℃时，该胶对不同基材的剥离强均低于100N/25mm；当粘接温度高于130℃时，其剥离强度显著增大。粘接复合温度主要影响胶对基材的浸润性和相互作用力。温度过低时，胶的分子运动较缓慢，因此对基材的浸润性差，剥离强度低；在适宜的温度下，胶能充分浸润基材，同时能与基材发生较强的相互作用力，粘接效果好。根据图1的结果可得知，我公司产品对极性塑料和金属的粘接具有较宽的复合温度，在不低于130℃下复合均能得到良好的粘接效果，完全满足电子产品复合的温度工艺要求。这归功于使用了适宜熔点共聚酯和适宜软化点的增黏树脂。

2.3 聚酯热熔胶对不同基材的粘接效果

电子行业用聚酯热熔胶要求对ABS、PC、PVC、PCB等极性塑料、金属的粘接具有良好的粘接强度。表2列出了以P2为基材的聚酯热熔胶对不同基材的180°剥离强度。从表2可知，聚酯热熔胶对上述基材粘接的180°剥离强度均大于100N/25mm，而国外某产品相应的剥离强度在60～76N/25mm。根据表中的测试结果可以得知，采用P2为基体的聚酯热熔胶比国外某同类产品具有更高的粘接强度，完全可以代替国外产品用于电子行业。

表2 聚酯热熔胶粘接不同基材的剥离强度Table 2 The peeling strength of polyester hotmeltadhesive for differentmatrixes

2.4 聚酯热熔胶耐老化性能研究

电子产品使用环境的复杂性要求聚酯热熔胶具有良好的耐老化性能。表3考察了以P2为基材的聚酯热熔胶粘接ABS/SS在85℃、85%相对湿度的恒定湿热试验箱老化144h后及经过-20～60℃高低温循环老化72h的180°剥离强度变化情况。从表3可知，聚酯热熔胶分别在高温高湿度、高低温循环条件下老化后，胶对ABS/SS的剥离强度均有一定程度的提升，这主要与P2本身具有优异耐老化性能有关。可见，采用P2为主要基材的聚酯热熔胶具有优异的耐老化性能。

表3 湿热老化和高低温老化对胶的剥离强度的影响Table3 The effectof hydrothermal aging and high-low temperature aging on the peeling strength of the adhesive

2.5 聚酯热熔胶粘接持久性研究

胶黏剂的粘接持久性将影响电子产品的使用寿命。图2考察了聚酯热熔胶粘接ABS/SS的持久性。随着放置时间的延长，胶对ABS/SS的180°剥离强度逐渐升高，在90d后基本稳定在～175N/25mm。相对于普通的共聚酯热熔胶，本研究的聚酯热熔胶具有良好的粘接持久性，这主要归因于改性树脂M和复合增黏树脂的共同作用，破坏了共聚酯的结晶，同时P2本身是一种低Tg、低结晶度的共聚酯。因此，以P2为原料的聚酯热熔胶对极性塑料与金属的粘接具有良好的持久性。