UV膠水在使用過(guò)程中涉及到兩個(gè)被粘接材料，因此相比UV油墨等涂料，在固化過(guò)程中更難消除收縮產(chǎn)生的應力和體積上的缺陷，所以UV膠水對降低收縮率的要求也更高。

UV膠水體積收縮的產(chǎn)生不但影響粘接的尺寸精度,還會(huì )導致粘接力下降。對于剛性材料的粘接,容易產(chǎn)生紋狀空隙甚至開(kāi)裂,對于柔性材料容易產(chǎn)生翹曲變形。所以降低UV膠水在固化過(guò)程的體積收縮,對于提高粘接的尺寸精度和粘接強度有著(zhù)重要意義。

產(chǎn)生機理

UV膠水固化過(guò)程中產(chǎn)生的體積收縮,原因在于固化過(guò)程原子間的排列的緊密程度的變化。其中主要原因是固化過(guò)程中聚合反應帶來(lái)的原子間的距離的變化,其次是從單體到聚合物過(guò)程中產(chǎn)生的熵的變化,即自由體積的變化。由于UV膠水熱膨脹系數在10-4的數量級,所以由于熱脹冷縮帶來(lái)的體積變化很小, 可以忽略不計。

UV膠水的固化反應分為自由基型和陽(yáng)離子型,這兩種反應都伴隨著(zhù)原子間距離的變化。

自由基型UV膠水的收縮率比較大,一般在5%～10%，通過(guò)陽(yáng)離子型或其他方法改進(jìn)后的UV膠水可達到接近2%。而通常環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑的固化收縮率在2%～3%。自由基型UV膠水采用的主體樹(shù)脂(低聚物)和稀釋單體都是丙烯酸酯類(lèi)。在聚合過(guò)程中,本來(lái)以范德華力作用的丙烯酸酯單體分子,變成了共價(jià)鍵連接,相應原子間的距離從0.3～0.5ｎｍ縮短到0.154ｎｍ,縮短了約一半。這樣,原子在聚合物中的排列比在單體中緊密得多,導致聚合過(guò)程中的體積收縮。所以自由基反應收縮率比較大,如常用的苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯均聚物的體積收縮分別在14.5%和21.3%。UV膠水中稀釋用的丙烯酸酯單體的體積收縮率一般都在8%以上。

陽(yáng)離子型UV膠水的采用的單體一般是環(huán)氧化合物或乙烯基醚類(lèi)。乙烯基醚類(lèi)固化速度較慢,應用不如環(huán)氧類(lèi)廣泛。環(huán)氧類(lèi)化合物的固化機理是在陽(yáng)離子光引發(fā)劑的存在下發(fā)生開(kāi)環(huán)聚合反應。環(huán)氧化合物開(kāi)環(huán)聚合時(shí),一方面環(huán)氧單體間的距離由固化前的范德華距離變?yōu)楣袒蟮墓矁r(jià)鍵距離,這一過(guò)程造成體積收縮;另一方面環(huán)氧單體聚合時(shí)單體上的環(huán)打開(kāi),分子內的共價(jià)鍵距離變成類(lèi)似于分子間的范德華距離,導致體積膨脹,部分抵消了成鍵帶來(lái)的體積收縮。二者的總結果是使環(huán)氧化合物固化后體積有少量收縮,但其收縮率遠小于丙烯酸酯自由基聚合反應。

聚合過(guò)程的另一個(gè)體積變化因素是從單體到聚合物的熵的變化,也就是單體到相應的聚合物的自由體積的變化,即單體和聚合物中分子堆積密度的變化。由于分子在聚合物中不完全緊密堆砌,分子之間存在著(zhù)自由體積。光固化前液態(tài)單體分子處于松散的自由活動(dòng)狀態(tài),自由體積較大。光固化后丙烯酸酯單體生成三維網(wǎng)狀交聯(lián)的聚合物,其分子間交聯(lián)點(diǎn)多,明顯的限制了鏈段的運動(dòng),自由體積變小,從而也帶來(lái)體積收縮。

影響因素

1.官能團的含量

UV膠水的體積收縮,主要原因在于固化過(guò)程中聚合反應帶來(lái)的原子間的距離的變化,所以UV膠的收縮率的大小主要取決于交聯(lián)密度,交聯(lián)密度越大,收縮率越高。對于自由基型UV膠水,丙烯酸酯基的含量是其決定因素。隨著(zhù)相對分子質(zhì)量的增大,丙烯酸酯基含量的降低,多數呈收縮率降低的趨勢。其中丙烯酸異冰片酯的收縮率[敏感詞],為8.2%。

丙烯酸酯低聚物由于相對分子質(zhì)量較大,官能團含量較低,所以收縮率一般較低。聚氨酯丙烯酸酯的收縮率一般低于環(huán)氧丙烯酸酯,而且分子的柔韌性更容易設計和調節,所以聚氨酯丙烯酸酯比環(huán)氧丙烯酸酯更常用一些。

2.分子的結構的規整程度

分子的結構的規整程度對聚合過(guò)程的收縮率也有較大影響。對于直鏈型的分子結構,體積收縮近似正比于單位體積內單體分子數目。支鏈型的或不規則的單體分子則不符合這個(gè)規律,在聚合后的收縮率也比較小。