水性压敏胶粘弹性的Maxwell流变学模型

2018-09-27 09:28

  为了研究水性压敏胶高聚物的粘弹性行为,科学家们提出了许多流变学模型。其中Voigl模型和Maxwell模型可以最简单而形象的描述高聚物的粘弹性,这里介绍Maxwell流变学模型,该模型由一个弹性模量为G的弹簧(线性弹性固体)和一个里面充满粘度为n的液体的粘壶(线性牛顿流体)两个部分串联在一起组成。在外应力F的作用下,弹簧发生弹性变化,粘壶也发生形变r2(即粘性流动)。根据胡克定律,弹簧的形变r1为:

r1=F/G

按牛顿定律,粘壶的形变速度为:

dr2/dt=F/n

而总的形变为:

r=r1+r2

代入即得:

dr/dt=dr1/dt+dr2/dt=1/G*dF/dt+F/n


这就是便是作用于粘弹性体的外应力和所发生的形变之间相互关系的Maxwell基本方程式。


  通过以上的计算可知,第一项弹性形变的速度与外应力的作用速度dF/dt有关,而第二项粘性流动的速度与外应力的作用速度无关。当粘弹性体收到外应力快速作用时dF/dt值很大,使第一项的数值大大超过第二项,即弹簧的弹性形变起主要作用。此时的粘弹性体表现出近似于弹性体的性质。相反,当外应力的作用十分缓慢时,dF/dt值很小,因而使第二项,即粘壶的粘性流动对总形变产生主要影响。此时的粘弹性体就表现为近似于粘性流体的性质。


温度升高使分子运动的速度加快,这与外应力作用的速度减慢是等效的。故水性压敏胶粘弹性体在高温时更近似于粘性流体,在低温时则更接近于弹性固体。根据这种理论,已经建立了温度与外力作用减速之间的定量换算原则,这对于研究粘弹性体的力学性质是十分有用的。


   实际上,高聚物的粘弹性行为非常复杂,用简单的Maxwell模型是不可能完全描述清楚的。但用这种模型来定性的解释高聚物粘弹性体的一些性质是完全可以的。


  当压敏胶制品的压敏胶黏剂层黏贴与被粘物表面并加以适当的压力时,由于所加的压力一般都是均匀而又缓慢的,压敏胶水在这种缓慢低速的压力作用下,主要表现为近似于液体那样的粘性流动的性质。这就使压敏胶水可以与被粘物表面紧密接触,并尽可能的流入被粘表面的坑洼沟槽中,使有效接触面积增大,并产生一定粘合力。根据

dr/dt=dr1/dt+dr2/dt=1/G*dF/dt+F/n,此时压敏胶的流动速度只要取决于第二项值,即与外
压力F值成正比,而与胶黏剂的粘n成反比。这就可以定性的解释为什么一般情况下压敏胶
水的本体粘度越小其粘合强度就越大的现象。


   另一方面,当黏贴好的压敏胶制品在受到外力作用与被粘物剥离时,由于剥离外力的速度一般都比较高,压敏胶水此时主要表现为近似于弹性体的性质,因而具有较高的抗剥离能力。根据dr/dt=dr1/dt+dr2/dt=1/G*dF/dt+F/n,此时压敏胶的总形变速度dr/dt主要取决于第一项,即与外力作用速度dF/dt成正比。在一般情况下,之所以剥离速度越大压敏胶制品的剥离强大越高,就是这个原因。


  可见,正是由于组成水性压敏胶水的基体高聚物的这种粘弹性质,才使压敏胶水具有了对外加压力敏感的粘合特性,也就是使用时只要加以适当的压力而不必进行固化就能得到一般粘合强度的这种特性。

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