SBS/EVA热熔胶的制备及性能

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(1.武汉理工大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430070； 2.中国电力科学研究院武汉分院，湖北 武汉 430074)

1 前 言

热熔胶是由基体树脂、增粘树脂、粘度调节剂、抗氧剂和无机填料等成分通过高温熔融制得的无溶剂固体状粘合剂[1]。其中，由于乙烯与EVA热熔胶具有优良的耐候性、无毒、无污染、制备方法简便而被誉为环保胶粘剂[2]。EVA热熔胶广泛应用于书籍无线装订、家具封边、制鞋及日常用品的粘接[3]。但是，EVA热熔胶存在着粘接强度不高，力学性能不好，耐高低温性能差等缺点，严重限制了它的应用范围。

通过EVA与其他聚合物共混[4]成为研制性能优良热熔胶的热点之一。张荣军、律微波、孟宪铎等[5]将端羟基热塑性聚氨酯树脂与EVA热熔胶共混，提高了EVA热熔胶的初期强度、耐高低温性能。张万喜、张长春[6]通过将 EVA 与聚酰胺共混，研制出了一种适用于电子器件粘结的耐高温热熔胶。任天斌、王永涛等[7]采用改性淀粉与EVA共混，得到了一种成本较低的EVA热熔胶。

SBS热塑性弹性体是苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物，在常温下具有橡胶的特性，加热后又可以熔融流动[8-9]。SBS具有优良的拉伸强度，屈挠和回弹性好，与很多橡胶、树脂和添加剂都有较好的相容性，向EVA热熔胶加入SBS将会有利于改善EVA热熔胶的粘接性能和力学性能[10-11]。

本文拟将SBS、EVA树脂、氢化C5石油树脂、石蜡、填料及抗氧剂共混制备一种新型SBS/EVA热熔胶。应用单因素考察法(在考察单一组分对材料性能影响时，固定其它组份的加入量不变)研究SBS的含量对热熔胶的软化点、剥离强度和拉伸强度的影响，并采用SEM分析SBS的加入对热熔胶微观形态和断层形貌的影响。

2 实验部分

2.1 原料与设备

实验使用的EVA树脂为工业级，型号为220，其中VA含量为28%；使用的SBS为工业级，型号为YH-792；切片石蜡为分析纯；氢化C5石油树脂，纳米碳酸钙和抗氧剂1010都为工业级。

实验使用的转矩流变仪型号为XSS-300；热压机型号为R-3201；冲片机型号为MZ-4102；微机控制电子万能试验机型号为RGM-30A；多功能电脑全自动软化点仪型号为DF-13；场发射扫描电镜型号为ULTRA PLUS-43-13。

2.2 样品制备与性能测试

2.2.1SBS/EVA热熔胶的制备 将转矩流变仪升温至一定的温度，将EVA树脂、SBS弹性体、氢化C5石油树脂、石蜡、纳米碳酸钙、抗氧剂1010按一定的比例加入到流变仪中，共混一定的时间，得到均匀粘稠状的SBS/EVA热熔胶并测定其软化点。

2.2.2剥离强度测试用样品的制备 将热熔胶在160℃的热压机中压制成1mm厚的胶片，裁剪成25×150mm，将裁剪好的胶片放在两块铝片之间(25×200mm)，在热压机上热压2min，温度160℃，压力为4MPa。冷却后将两块铝片未粘胶的50mm部分都折成直角，与粘胶的150mm部分构成一个T型。在试验条件下放置24h以上，进行T型剥离强度测试。

2.2.3拉伸强度测试用样品的制备 将热熔胶在160℃的热压机中压制成2mm厚的胶片，利用冲片机将胶片裁剪成哑铃状的试样。在试验条件下放置24h以上，进行拉伸强度测试。

2.2.4扫描电镜测试用样品的制备 将热熔胶在160℃的热压机中压制成3mm厚的胶条，将胶条在液氮中冷冻淬断，经干燥喷金处理，使用扫描电镜观察分析断面形貌。

2.3 性能测试标准

环球软化点按GB/T 15332-1994标准进行测定；剥离强度按GB/T 2791-1995标准进行测定；拉伸强度按GB/T 528-2009标准进行测定。

3 结果与讨论

3.1 SBS含量对热熔胶软化点的影响

从图1可见，随着SBS的加入，软化点逐渐上升，当SBS加入量达到10%时，软化点迅速增加。出现这种现象，主要是因为SBS平均分子量大，大分子链段的运动比较困难，当其相对含量增加时，会使胶体的流动性降低[12]，导致熔融温度增加，从而使软化点升高。但当SBS的含量继续增加达到一 定的量后，SBS末端的聚苯乙烯嵌段聚集成玻璃态微区，对聚丁二烯链段起到了物理交联的作用，导致软化点急剧升高；随着SBS的加入量继续增大，链段运动更加困难，软化点继续升高。

图1 SBS含量对热熔胶软化点的影响Fig.1 Effects of the content of SBS on the softening point of hot-melt adhesive

3.2 SBS含量对热熔胶剥离强度的影响

从图2可见，随着SBS的加入，热熔胶的剥离强度先逐渐上升后大幅下降，这可能是由于SBS分子之间的物理交联使热熔胶的内聚强度增加，导致剥离强度上升。而当加入量达到25%后，剥离强度发生了较大幅度的下降，这是因为影响热熔胶粘接性能的主要因素是EVA和氢化C5石油树脂含量，当SBS加入量过高后，内聚强度增加所带来的剥离强度上升，已经不足以弥补EVA和氢化C5石油树脂含量过低而导致整体剥离强度的下降。但是由于SBS具有优异拉伸性能，屈挠和回弹性好，永久变形小，在不影响热熔胶粘接性能的情况下，加入适量的SBS对热熔胶性能有较大的提升作用，实验结果表明SBS最优加入量为25%。

图2 SBS含量对剥离强度的影响Fig.2 Effects of the content of SBS on the peeling strength of hot-melt adhesive

3.3 SBS含量对热熔胶破坏状态的影响

SBS含量对热熔胶破坏状态的影响如表1所示。可见，当SBS含量在10%以下时，破坏状态均为内聚破坏，此时的内聚力小于粘附力。当SBS含量为15%时，此时的破坏状态为混合破坏，即一部分胶层是内聚破坏，另一部分胶层是界面破坏。当SBS含量大于20%时，破坏状态均为界面破坏，此时内聚力大于粘附力。可见，随着SBS含量的提高，热熔胶的内聚强度逐渐上升。由于最理想的胶接状态是胶的内聚力大于胶与被粘材料界面的粘附力[13]，所以选择SBS的含量在20%以上。

表1 SBS的含量对热熔胶破坏状态的影响Table 1 Effects of the content of SBS on the failure state of the hot-melt adhesive

3.4 SBS含量对热熔胶拉伸强度的影响

SBS对热熔胶拉伸强度的影响如图3所示。SBS的加入可以大幅提高热熔胶的拉伸性能，随着SBS含量的提高，拉伸强度逐渐增大。出现这种结果可能是因为SBS物理交联作用使得SBS具有较好的拉伸性能，SBS拉伸强度可达24MPa，其中的聚乙二烯链段又与EVA中乙烯链段结构相似，具有一定的相容性，产生了协同作用[14]，导致热熔胶体系的拉伸性能提升，因此拉伸强度随着SBS含量的提高而逐渐增大。

图3 SBS含量对热熔胶拉伸强度的影响Fig.3 Effects of the content of SBS on the Tensile strength of hot-melt adhesive

3.5 EVA热熔胶和SBS/EVA热熔胶的微观形貌分析

图4(a)是未加SBS弹性体的热熔胶的微观形貌，其中由于氢化C5石油树脂分子中缺少极性基团，与极性的EVA树脂难以充分互溶，呈现两相分离的结构。图4(b)则是SBS含量为25%的SBS/EVA热熔胶的微观形貌，根据“相似相溶”的原则[15]，非极性的氢化C5石油树脂溶于非极性SBS大分子链中，与EVA树脂部分相容，形成了两相分离结构。说明加入SBS后热熔胶的相容性没有产生变化。

图4 EVA热熔胶和SBS/EVA热熔胶的微观形貌图(a) 0%SBS； (b) 25%SBSFig.4 Micrographs of EVA hot-melt adhesive and SBS/EVA hot-melt adhesive (a) 0%SBS; (b) 25%SBS

3.6 EVA热熔胶与SBS/EVA热熔胶的淬断口形貌分析

图5呈现了EVA热熔胶和SBS/EVA热熔胶的断口形貌。其中(a)图显示的是未加SBS弹性体的EVA热熔胶的断口图片，从图中可见，断面凹凸不平，为脆性断裂；(b)图则是SBS含量为25%的SBS/EVA热熔胶的断口，从图中可见断面相对光滑，且出现了明显的剪切带，为韧性断裂[16]，说明加入SBS弹性体后，热熔胶的韧性得到了改善。

图5 EVA热熔胶和SBS/EVA热熔胶的淬断口形貌照片(a) 0%SBS; (b) 25%SBSFig.5 Fracture images of EVA hot-melt adhesive and SBS/EVA hot-melt adhesive (a) 0%SBS; (b) 25%SBS

4 结 论

将SBS加入到EVA热熔胶中，其软化点随着SBS加入量的提高而逐渐增大，剥离强度随着SBS含量的提高，先增加后降低，实验表明SBS的最大加入量为25%。拉伸强度随SBS含量的提高不断增加，说明加入SBS使热熔胶的拉伸性能得到了改善。在EVA热熔胶中加入适量的SBS，粘接性能和力学性能都得到了较大提高，这对EVA热熔胶的改性研究、扩大其应用范围具有重要意义。