木門封邊EVA熱熔膠耐高低溫性影響因素研究與分析

＊李開霞

（上海固茂新材料科技有限公司 上海 201100）

近年來，因全球氣候變暖，極端氣候事件頻發(fā)，尤其是西南地區(qū)，地面溫度甚至高達50℃以上，在此高溫環(huán)境下，倉庫以及集裝箱運輸過程中因材料堆積密度較大，存儲溫度甚至更高，其中家居和木門封邊后的產(chǎn)品在客戶使用過程中出現(xiàn)了頻繁的封邊條脫落客訴問題，成為了行業(yè)痛點。

在木工家具領(lǐng)域，家具及木門的封邊質(zhì)量的好壞，直接影響了板件的細節(jié)體現(xiàn)和整體品質(zhì)。其中膠粘劑的選擇、環(huán)境溫度、設(shè)備、工藝條件的設(shè)置以及基材的復(fù)雜性等因素都會導(dǎo)致封邊出現(xiàn)問題。本文通過對木門封邊中常用的EVA封邊熱熔膠配方進行實驗分析和性能測試，通過配方體系中各因素對木門熱熔膠在高低溫環(huán)境中應(yīng)用性能的影響，進而為后期配方的設(shè)計提出了指導(dǎo)建議[2]。

1.實驗部分

（1）試劑原料。EVA樹脂，進口工業(yè)品，LG；松香樹脂，工業(yè)品，廣州科貿(mào)；石油樹脂，工業(yè)品，美國伊士曼；碳酸鈣，工業(yè)品；蠟，Shell，工業(yè)品；抗氧劑，BASF。封邊試驗基材：松木，5cm寬；封邊條：常規(guī)PVC封邊條。

（2）儀器設(shè)備。強力電動攪拌機，電加熱套，萬能試驗機，全自動封邊機，烘箱，冰柜。

（3）樣品的制備方法。首先將各原料，準確稱量后，依次向反應(yīng)釜中加入石油樹脂、松香樹脂、EVA、抗氧劑、蠟等，溫度控制范圍為180～200℃，待物料熔融后，啟動攪拌，慢速攪拌至均勻后，慢慢加入碳酸鈣，直至全部物料混合均勻后出料，并倒入涂有防粘劑的器皿中制得熱熔膠樣品。

（4）測試方法。90°剝離強度，按GB/T2791-1995方法進行。

耐低溫性，5℃環(huán)境溫度封邊后，立即將其放置于5℃冰箱中24h后進行剝離強度的測試以及目測計算木破率。

耐高溫性，40℃環(huán)境溫度封邊后，立即將其放置于40℃冰箱中24h后進行剝離強度的測試以及目測計算木破率。

2.結(jié)果與討論

（1）EVA含量對木門膠性能的影響。EVA樹脂是熱熔膠的主要成分，相對分子質(zhì)量高，自身黏度較大，因此在配方中對粘接強度，內(nèi)聚強度和柔韌性等起著直接決定性的作用[3]。EVA樹脂的牌號繁多，其中主要指標為醋酸乙烯單體含量（VA%）及熔融指數(shù)（MI），制備熱熔膠用的EVA樹脂一般VA含量18%～40%之間。本次實驗中選用VA含量為28%，不同MI指數(shù)的EVA進行黏度調(diào)節(jié)，從而制備出不同EVA含量的木門封邊EVA熱熔膠，并將制備出的樣品進行全自動封邊，應(yīng)用性能測試結(jié)果如表1和表2所示。

表1 不同EVA含量配制的熱熔膠低溫（5℃）性能對比

表2 不同EVA含量配制的熱熔膠高溫（40℃）性能對比

從表1可以看出，在低溫5℃的環(huán)境溫度下，隨著EVA含量的增加，EVA含量低于30%時，膠體在基材上的涂布率偏低且不穩(wěn)定，而大于30%之后，涂布率均勻的提升，幾乎可達成100%的涂布率，試驗過程中當含量≥50%時，涂布率略下降，主要是因EVA樹脂含量增大導(dǎo)致黏度變大而導(dǎo)致低溫涂布率略微下降，但也可達到正常生產(chǎn)要求。而將封邊后的樣板放置于5℃冰箱24h后的低溫剝離力測試結(jié)果表明，當EVA含量低于30%時，耐低溫性較差，剝離時封邊條剝離力較小極容易出現(xiàn)掉邊無木破率的現(xiàn)象，當EVA含量繼續(xù)增大時，耐低溫性表現(xiàn)較好，剝離后有較好的木破率和剝離強度。

從表2可以看出，在40℃環(huán)境溫度下，隨著EVA含量的增大，整體涂布率，剝離強度和耐高溫性都有所提高。當EVA含量低于30%時，膠體的高溫涂布率較好，但經(jīng)過24h，40℃的耐熱實驗后，剝離強度較低，且容易出現(xiàn)封邊條與基材分離的假性黏結(jié)狀態(tài)，耐高溫性較差。尤其隨著各地極端炎熱氣候時長的增加，以及遠距離的集裝箱運輸過程中，會導(dǎo)致后期質(zhì)量問題不斷。因此對于高溫和低溫環(huán)境下的木門封邊熱熔膠配方，建議其中EVA的含量大于30%，EVA的含量對熱熔膠的性能影響很大。

（2）VA含量對木門膠性能的影響。EVA樹脂分子鏈上因引入了醋酸乙烯單體，從而降低了聚合物的結(jié)晶度，提高了柔韌性和耐沖擊性，不同醋酸乙烯含量（VA%含量）的EVA樹脂，通常在配方中搭配使用。實驗中設(shè)定EVA總量為33%，選用28%VA含量的樹脂與其他VA含量的EVA樹脂搭配，制備出等質(zhì)量，不同VA%的EVA木門封邊熱熔膠，并對其高低溫環(huán)境中的應(yīng)用性能進行測試分析，具體測試數(shù)據(jù)如表3和表4所示。

表3 不同VA含量配制的熱熔膠低溫（5℃）性能對比

表4 不同VA含量配制的熱熔膠高溫（40℃）性能對比

從表3可以看出，在低溫5℃的環(huán)境溫度下，隨著VA含量的增加，整體熱熔膠的涂布性，剝離強度以及24h耐低溫性都逐漸提高。實驗數(shù)據(jù)表明，VA%含量太低，會顯著影響熱熔膠的低溫粘接性，主要是因為在EVA分子結(jié)構(gòu)中，取代基在主鏈上的排列是不規(guī)則的，無規(guī)側(cè)鏈的數(shù)量的增多會降低整體共聚物的剛性規(guī)整性，可以使其與被粘材料表面的分子之間相互滲透交聯(lián)，進而提升熱熔膠在低溫狀態(tài)下與基材和封邊條背涂的浸潤性，韌性、耐沖擊性以及柔軟性等性能。因此建議冬季低溫環(huán)境狀態(tài)下，可以選擇VA%含量大的EVA樹脂，從而提高低溫適用性，但也需要注意高VA%含量樹脂與蠟的相容性問題。而對于耐高溫性來說，從表4數(shù)據(jù)可以看出，適量的VA含量變化，高溫粘接力變化不大，但隨著VA%含量的增大，膠體的開放時間和固化時間延長，長期的高溫環(huán)境溫度下，會出現(xiàn)干不透、粘不牢、封邊條易彈開的現(xiàn)象，尤其是在需要開槽打孔和后期油漆環(huán)節(jié)，容易出現(xiàn)后期封邊條脫落的現(xiàn)象[4]。

（3）增粘樹脂的含量對木門膠性能的影響。增粘樹脂自身相對分子質(zhì)量小，并含有極性羥基，在熱熔膠配方中主要作用可以降低黏度，提高對基材的潤濕性，從而使膠與基材和封邊條有較好的粘合，從而提高粘接強度，在膠粘劑中通常會選用松香和石油樹脂兩大類增粘樹脂[5]。實驗中通過選用不同含量的松香樹脂配制木門封邊熱熔膠，研究其對熱熔膠對高低溫環(huán)境的性能影響，如表5和表6所示。

表5 不同松香樹脂含量配制的熱熔膠低溫（5℃）性能對比

續(xù)表

由表5可以看出，隨著熱熔膠中松香樹脂含量的增大，熱熔膠的低溫涂布性有所提高，主要是因為松香樹脂的分子質(zhì)量較小，降低了熱熔膠的黏度，因此更容易涂布在基材上，而同時也降低了單位面積內(nèi)的涂膠量，使得剝離強度較小。當松香樹脂的含量大于30%時，由于膠的整體脆性和黏度的減小，封邊后的產(chǎn)品在低溫環(huán)境下出現(xiàn)脫邊的現(xiàn)象，因此適量的增加松香樹脂的量有助于低溫涂布性和膠體極性的增加，而過量的增加會導(dǎo)致粘接力的下降，耐低溫性不佳。而對于高溫性能，從表6可以看出，隨著松香樹脂含量的增加，可以通過40℃，24h的耐高溫試驗，雖然粘接力隨著膠體黏度的下降有所下降，但開放時間的縮短以及對基材和封邊條的浸潤，有助于膠黏劑更好的在高溫環(huán)境中應(yīng)用[6]。

表6 不同松香樹脂含量配制的熱熔膠高溫（40℃）性能對比

（4）增粘樹脂不同種類比例對木門膠性能的影響。熱熔膠常用的增粘樹脂除了松香樹脂外，石油樹脂因原料穩(wěn)定，具有不同的分子量，軟化點以及價格優(yōu)勢，目前在熱熔膠中的用量也逐年升高，用作部分替代松香樹脂，為膠粘劑的制備提供了更多的可能和選擇。本次試驗中選用軟化點為120℃的石油樹脂，替代松香樹脂，制備出不同石油/松香樹脂比例的熱熔膠，并研究其對于高低溫性的影響。

由研究結(jié)果可以看出，在5℃低溫環(huán)境下，隨著石油在增粘樹脂中占比的增大，熱熔膠封邊低溫涂布性，剝離強度以及24h耐低溫性呈現(xiàn)明顯的下降不良趨勢。在應(yīng)用測試過程中，當石油占比1/2后，多塊樣板低溫存放24h后，出現(xiàn)封邊條一撕即掉，無木破率的情況，因此對于冬季低溫環(huán)境封邊膠配方中，建議石油樹脂比例相應(yīng)減少。而從40℃的耐高溫性能可以看出，隨著石油樹脂比例的增大，膠粘劑高溫敏感性不強，且在石油與松香樹脂占比1/1之前，剝離強度和耐高溫性表現(xiàn)更佳，而在1/1之后，才出現(xiàn)黏接不良的現(xiàn)象。以上現(xiàn)象主要原因還是與石油樹脂的結(jié)構(gòu)以及石油樹脂在配方中，與其他材料的相容性有關(guān)。石油樹脂與松香樹脂相比，因其主鏈結(jié)果存在苯環(huán)等剛性結(jié)構(gòu)，因此其分子量相對較高，且與EVA的相容性沒有松香樹脂好，適當?shù)奶砑颖壤瑫鄳?yīng)的提高膠粘劑的持粘力和耐高溫性，但對于初粘力和耐低溫性則不太友好。

（5）填料含量對木門熱熔膠高低溫性能的影響。因封邊基材大多具有微孔結(jié)構(gòu)，通常在熱熔膠配方中會添加無機填料，一方面使膠粘劑更好的與基材固化形成膠釘，防止膠接多孔性表面時發(fā)生滲膠[7]，另一方面可以降低成本，調(diào)整固化速度，提高膠的耐熱性，減少膠料的收縮性以及流動性。實驗中，在配方中固定其他原料總量，通過改變碳酸鈣填料的加入量，觀察其對木門封邊熱熔膠在高低溫環(huán)境中的表現(xiàn)。

由研究結(jié)果可知，當CaCO3含量小于20%時，無論是低溫還是高溫剝離強度都有所提高，超過20%時，剝離強度都急劇下降，因此一般條件下，填料的加入量都不易過多，否則對于熱熔膠的力學(xué)性能，耐高低溫性能都會受影響，尤其是低溫性能，影響更明顯。

3.結(jié)論

綜上所述，通過對木門封邊EVA熱熔膠應(yīng)用的耐高低溫性能研究發(fā)現(xiàn)，配方中各個組成都會對封邊后的產(chǎn)品有不同的影響，建議在EVA研發(fā)過程中，綜合考慮各影響因子，進而保證封邊產(chǎn)品后期使用的可靠性，尤其在極端氣溫出現(xiàn)時，膠粘劑廠家因根據(jù)氣溫變化，研發(fā)適合用不同環(huán)境溫度使用的膠粘劑來提高客戶封邊使用感，保證產(chǎn)品后期使用性能。