提高粘接的耐久性是粘接工作者所面臨的重要任務，也是將粘接技術進一步用于結構連接的可靠保證。在明確了粘接耐久性的影響果素之后，便有辦法采取適當的措施有效地提高粘接的耐久性。包括設計適合的粘接接頭，選擇耐久性優良的膠黏劑，接納優化的表面處理技術，使用防腐蝕底膠，施行先進的粘接工藝，膠縫進行密封防護等。前已述及，水分和濕氣對粘接的耐久性影響極大，果此，膠黏劑的耐水性好、吸水性低是粘接耐久性高的先決條件，特殊是在濕熱環境更為重要。環氧-尼龍膠、環氧-低分子聚酰胺膠、環氧-聚砜膠等耐水性不好，只能用于干燥環境，不適宜在潮濕場合歷久使用。環氧-丁腈膠、環氧-酚醛膠、環氧-聚硫膠等耐水性好，在潮濕或濕熱條件下都具有很好的耐久性。接納芳胺固化的環氧膠具有更好的耐濕熱性能。如果使用環氧樹脂與煤焦油混合（12或21）固化后耐水性很高，當環氧樹脂中含2%～10%（質量）煤焦油時，耐水性最好，在60℃中保持3000h，強度下落不超過20%。810水下環氧固化劑不僅可以在潮濕環境或水中固化環氧樹脂，而且有很好的耐水性能，可在水中歷久使用。環氧樹脂與有機硅樹脂反應生成環氧有機硅樹脂，使耐水性提高。
二、提高膠黏劑的耐熱性
膠層在歷久的高溫作用下，果熱與氧的聯合作用引起膠黏劑的老化，導致耐久性降低，果此，提高膠黏劑的耐熱性至關重要。含有芳環、脂環、雜環、酚醛、硅、硼、磷、鈦的環氧膠黏劑會提高耐熱性，脂環族環氧樹脂耐候性較強、耐熱性較高。
環氧-酚醛膠、環氧-有機硅膠、環氧-聚砜膠、環氧-雙馬、雙酚S環氧膠等都具有較高的耐熱性。
環氧膠黏劑中參加耐熱性填料，如溫石棉粉、氧化銻粉（銻白粉）、鋁粉、硫酸鈣晶須、氫氧化鎂晶須、氧化鋅晶須、納米SiO2、納米CaCO3、納米TiO2等都可以提高耐熱性。
以脂環族環氧樹脂、氨基多官能環氧樹脂、酚醛環氧樹脂、雙酚S環氧樹脂、有機鈦環氧樹脂、有機硅環氧樹脂、液晶環氧樹脂、海果環氧樹脂等配制的膠黏劑比雙酚A型環氧樹脂膠的耐熱性好得多。芳香胺固化的環氧膠黏劑具有較高的耐熱性能。
F系列固化劑固化的環氧膠黏劑可耐300℃高溫。芳香胺固化的環氧膠耐熱性比脂肪胺高30℃。兩種用于LED灌封的環氧樹脂灌封膠水用三乙醇胺固化環氧膠黏劑比低分子聚酰胺具有優良的耐熱性和耐水性。
三、加入防老劑
防止老化的辦法很多，其中之一就是于環氧膠黏劑中加入適當的防老劑，以延緩老化，提高耐久性。該法簡便易行，結果對照明顯。防老劑是一類可以或許抑制熱、光、氧、重金屬離子等對膠層產生破壞的物質，按其作用機理和功能可分為熱穩定劑、光穩定劑、抗氧劑、金屬離子鈍化劑、防霉劑等。添加光熱穩定劑可提高環氧膠黏劑的光穩定性和熱穩定性。
在環氧膠黏劑中加入穩定劑，如8-羥基喹啉、乙酰丙酮、鄰苯二酚、水楊酸、沒食子酸、水楊醛等能與過渡金屬離子（鐵、銅、鈷等）形成穩定絡合物的有機化合物，可以降低對熱氧化分解的催化作用。其中8-羥基喹啉對降低環氧膠的熱氧化結果很好。炭黑也是有效的氧化抑制劑。
環氧膠黏劑中加入01%～05%的抗氧劑264，對于減緩老化，耽誤使用壽命的結果非常明顯；加入05%～10%的抗氧劑1010可以或許提高環氧膠的耐候性。264與1010混用結果更好。
環氧膠黏劑中加入紫外線吸收劑，如UV-531等，可以防止或抑制光氧老化的產生與發展，耽誤戶外使用壽命。尤其是帶環氧基的反應型光穩定劑結果更佳，環境友好。
如果幾種防老劑并用，則有協同效應，效果會更優。
四、使用偶聯劑
多年來的實踐表明，在環氧膠黏劑和粘接過程中使用偶聯劑可以或許極大地提高粘接強度、耐水性、耐熱性和耐濕熱老化性，從而使粘接結構更為可靠耐久，這是提高粘接耐久性最簡單、最有效的辦法，可使耐久性提高1～2倍（也有說4～7倍），見圖8-7。常用的偶聯劑為有機硅烷偶聯劑，如表8-8所示。
于環氧膠黏劑中加入1%～3%（以環氧樹脂計）的偶聯劑，而以05%～1%的乙醇溶液對被粘表面處理（120℃干燥1h），底涂效果更好。采用KH-560處理鋼板時，能使鋼板在水中和高濕狀態下具有非常優異的粘接耐久性。若用偶聯劑溶液處理被粘表面，同時又將偶聯劑加入環氧膠黏劑中，其效果最佳。硅烷偶聯劑的烷氧基團在弱酸性（醋酸）介質中水解生成硅烷三醇，吸附在被粘物表面
通過偶聯劑的架橋作用使膠層與被粘物實現化學鍵結合，粘接強度大增。同時，界面上的硅氧烷聚合物是一憎水膜，覆蓋在基體表面，可有效阻止水分的滲透、擴散。也就是說，形成一個整的防水界面，起著回護作用。
以環氧樹脂與低氨數胺類固化劑加入KH-560或KH-792硅烷偶聯劑粘接帶油鋼材，在水煮后仍有很好的耐久性，其原因是固化劑與鋼的結合面之間有化學作用，紅外光譜亦證明胺固化劑與油內的鈣化物形成了鹽。
實驗表明，2% KH-560在弱酸性（醋酸調節Ph=5）醇水（9010）溶液中水解的硅醇在鋁合金氧化物表面吸附性能最優，固化后的硅烷化膜層與鋁合金表面形成鋁硅氧烷共價鍵網絡。KH-560中的環氧基位于膜層表面，能與環氧膠黏劑以化學鍵結合，是粘接耐久性提高的重要保證。偶聯劑處理的鋁合金粘接耐久性與鉻酸鹽處理的相當，但裂紋斷裂能卻略高于鉻酸鹽處理。
偶聯劑可以或許提高耐久性，可歸因如下幾方面。
①粘接界面形成化學鍵或氫鍵結合，使界面變得更牢固、更穩定。
②改變了環氧樹脂與填料的結合性能，使膠層內聚強度增加。
③形成了環氧膠黏劑和被粘物與聚硅氧烷的新界面，防止水分和濕氣滲透到界面，有了阻擋層，增強了抗御環境腐蝕能力。
④偶聯劑與環氧樹脂和被粘表面反應生成化學鍵，使粘接力增大，粘接強度提高。
⑤偶聯劑降低了環氧膠黏劑體系的黏度和表面張力，改善了對被粘物的濕潤性。
⑥能減小或消除界面上的內應力。
偶聯劑具有選擇性，也就是說，不是一種偶聯劑可以適用于任何體系，而是需要婚配，除了按照偶聯劑的有機官能團與環氧樹脂的反應性選擇外，還要考慮體系的酸堿性。一般來說，對于酸性聚合物環氧樹脂、酸性填料（二氧化硅）最好選擇堿性偶聯劑（KH-550）；反之堿性填料（氧化鋁、碳酸鈣等），應選用酸性偶聯劑（南大-43）為宜。因此，選擇偶聯劑既要考慮成鍵的化學作用，又要考慮酸堿的物理作用。偶聯劑對高能光滑金屬表面和非金屬表面效果最優，而對粗拙、低能表面基本無效。
需要指出，對于不同的表面處理辦法和不同的被粘物，偶聯劑有不同的效果，例如對于經堿處理和噴砂處理的鋁粘接，偶聯劑可提高耐久性，而僅用溶劑脫脂處理的效果較差。
偶聯劑對于提高環氧膠黏劑粘接低碳鋼的耐久性很明顯，如圖8-7所示。
五、增大交聯程度
增大環氧膠黏劑的交聯程度，可以提高粘接強度、耐熱性、耐輻射和抗腐蝕能力，例如采用多官能環氧樹脂、高環氧值的環氧樹脂，可以在固化后使交聯程度增大。但要注意，交聯程度不能過大，否則又會使環氧膠黏劑脆性增加，降低抵御裂縫的擴展能力，致使耐老化性變差。
六、消除內應力
降低內應力對環氧膠黏劑的耐久粘接非常重要，其途徑是盡量減少內應力的產生，并使已產生的內應力盡快弛豫掉。
內應力可促進在膠層或界面中產生微裂紋，有助于介質（尤其是水）的滲透，加快界面上的解吸附作用，是降低粘接強度及其穩定性的根本原因。內應力的存在使粘接的耐久性變差，因此，內應力也是影響粘接耐久性的重要因素，可采取如下措施消除或減小內應力。
①選擇彈性模量低、收縮率小、熱膨脹系數小的環氧樹脂和長鏈固化劑。
②增加環氧膠黏劑的韌性，形成韌性界面層，使內應力容易弛豫（松弛）。
③嚴格控制環氧膠中胺類固化劑的用量，若量過大引起高度交聯，彈性收縮量大，容易產生巨大的內應力。
④加入惰性或無機填料，減小收縮率，但受種類和用量影響，二氧化硅、碳酸鈣能降低內應力；陶土、云母粉、硅藻土卻會增加內應力；而滑石粉則使內應力變化極不規律。添加量超過限度反而使內應力大幅度上升。纖維和填料一定要分散均勻。
⑤膠層盡量薄些，使體積收縮小，缺陷少。
⑥溶劑型環氧膠黏劑涂布后，應充分揮除溶劑和水分，既可避免溶劑殘留，又能減小固化時體積收縮，從而減小內應力。
⑦降低固化過程升平和冷卻速度，盡量保持均勻的溫度場。
⑧固化速度不宜太快，由于固化越快，內應力積累越甚。
⑨加溫固化后不能急劇冷卻，給予內應力弛豫的時間。
⑩進行后固化處理，能使內應力弛豫。
⑾減小環氧膠黏劑與被粘接物熱膨脹系數的差異。
⑿增加環氧膠黏劑的導熱性，可減小因熱膨脹系數不同產生的收縮應力。
⒀在允許的情況下，盡可能降低膠層的彈性模量和玻璃化溫度。
七、化學處理和底涂劑
對被粘物表面進行化學處理，可以改變表面的狀態和結構，有利于形成化學鍵結合和牢固的界面，可以大大提高粘接強度和耐久性。對于要求強度高、使用壽命長的結構粘接，都應進行適當的化學處理。非晶態鉻酸鹽鋁表面在沿海大氣曝露時有特殊效果。用堿性過氧化物處理鈦合金有更佳的耐久性，在濕熱環境下更為突出。用陽極氧化處理的鋁粘接后能獲得最好的耐水性。磷酸陽極氧化的粘接接頭經濕熱老化3000h后，剪切強度下落不到10%。
底涂劑能回護表面處理后氧化膜（層）免被水解，多數底涂劑含有抑制腐蝕劑，進一步改善環氧膠與金屬界面的水解穩定性和防止處于鹽霧中被腐蝕，對提高粘接強度和耐久性意義重大。例如以彈性體改性的環氧膠粘接2024-T3包鋁搭接剪切試樣，121℃固化后，曝露于鹽霧環境中，使用BR-127抑制腐蝕底膠時，經180d曝露之后，剪切強度由最初的392MPa下落到3089MPa，強度保留率為79%。而用無抑制腐蝕劑的BR-123時，同樣曝露180d后，剪切強度由最初的405MPa降低為零。
以鉻酸鈷（CoCrO4）水溶液（019gmL）處理鋁合金表面，改善了粘接界面對水的穩定性，極大地提高粘接耐久性。
八、加熱固化
環氧膠黏劑只要達到基本完全的固化程度，才能獲得良好的力學性能和耐久性。一些環氧膠黏劑，雖然可以室溫固化，但是加熱固化可以提高固化程度，總比室溫固化強度高、耐久性好。因此，為滿足高性能的要求，在條件允許的情況下應盡可能采用加熱固化。因為熱固化不僅可使固化反應進行完全，提高交聯程度，而且還可能使環氧膠黏劑與被粘表面形成化學鍵結合，對提高粘接的耐久性效果明顯。環氧結構膠黏劑耐久性最好的是177℃固化的環氧-丁腈、環氧-酚醛、環氧膠膜，還有121℃固化的環氧-丁腈、環氧-縮醛、環氧-尼龍膠膜及加熱固化的環氧
九、引入納米填充劑
一些納米材料具有優秀的紫外線吸收功能，如納米二氧化鈦可作為一種良好的永久性紫外線吸收劑，還能提高粘接強度，可用于制備耐久性和可靠性優的環氧膠黏劑。納米氧化鋅、納米碳酸鈣都具有大顆粒所不具備的特殊光學性能，普遍存在“藍移”現象，添加到環氧膠黏劑之中能形成屏蔽作用，從而達到耐紫外線的目的，明顯提高膠層的耐老化性和耐候性。碳納米管長徑對照大（100～1000），是目前為止已知的最細纖維材料，具有優異的力學性能，拉伸強度達到50～200GPa，是鋼的100倍。還有很好的耐高溫性能，又有良好的導熱性。加入環氧膠中，在高溫下可將熱量通過碳納米管導出，從而降低樹脂的溫度，起到一定的回護作用，防止降解，延緩老化。
十、涂層密封防護
粘接件因溫度變化、氧氣、紫外光以及水蒸氣和各種介質的共同作用，使曝露在外的膠層老化龜裂，水等介質更易順裂縫滲入膠層內部，加快粘接接頭的破壞。若在膠層外表面（膠縫）及整修邊緣涂上一層耐老化好的防護涂料（如氟碳涂料、有機硅涂料等）或密封膠，封閉回護膠層不受腐蝕，防止濕氣、鹽霧、腐蝕性介質滲入粘接界面，使粘接結構的使用壽命耽誤，還可以增加外表的美不雅。一般是先涂防銹或防水涂料，再涂普通的飾面涂料。借助防護涂層往往可以使粘接耐久性得到明顯改善，例如環氧一尼龍膠剪切強度和剝離強度都很高，只是耐濕熱性差，如果在膠層表面涂上一層有機硅涂料或氟碳涂料，就可以在潮濕環境中歷久使用。其中氟碳涂料飾面具有超強的耐候性和耐酸堿、耐鹽霧等特性，可保持15年以上依舊。
十一、采用先進粘接體系
20世紀中后期，確立了先進粘接體系概念，即把粘接接頭作為一個整體看待，從膠黏劑體系到被粘接表面處理，直至粘接工藝、膠縫密封，全面加強粘接接頭各個組成部分，杜絕一切薄弱環節，從而得到一個可靠、耐久的粘接體系。實際試驗成果表明，新的粘接體系的耐久性比老粘接體系提高了一個數量級。
現代先進的結構粘接技術的主要標志是采用耐久性的環氧膠黏劑、抑制腐蝕的底膠和磷酸陽極氧化表面處理辦法；采用先進的粘接接頭防腐密封保護措施；采用合理的粘接工藝和嚴格的質量控制辦法及認真的產品性能檢測。其結果是，現代先進的粘接技術可使粘接的耐久性由原先的2～7年提高到20年以上，令人刮目相看。 |
