部分固化或不完全固化的粘合剂可能含有未反应的化合物。这会导致粘合强度降低以及耐环境性和耐久性差。
  这些未反应的化合物也可能成为污染源，因为它们会随着时间的推移从“固化”粘合剂中迁移出来。这种污染对于电气、电子和光学应用尤其有害。
  粘合剂的固化监测是为了提高加工效率、保证质量并研究固化过程。治愈监测的使用已变得普遍，因为它可以提供多种重要功能，包括：

1、防止因使用寿命短或加工程序不正确而造成浪费

2、使用不正确的混合比例来控制老化

3、确定混合不当

4、确定固化点以施加压力以获得最佳性能

5、测量外部环境如湿度、基材等对粘合剂固化性能的影响

6、确保批次间的均匀性

  对于粘合接头预期具有的最终性能而言，了解固化程度至关重要。当夹具和夹具设备的费用很高或快速的生产率至关重要时，固化率是一个重要因素。它还用作质量控制测试，以确定粘合剂内的固化机制是否因批次而变化，或者是否可能因储存、水分污染等而变质。

  有许多不同的测试方法可用于测量环氧粘合剂的反应性或固化速率。其中一些，例如工作寿命，非常实用，用于规划生产过程。其他的，例如放热，用于确定反应动力学。还有其他方法，例如热分析、流变学和介电测量法，用于表征固化时的环氧网络，以确定固化粘合剂的交联程度和流变性能。

  这些固化监测技术通常可分为两大类：间接方法和直接方法。它们还可以在粘合剂测试接头、实际生产接头或散装粘合剂材料上进行。

  评估治愈程度的间接方法

  结构粘合剂通常需要通过三种方式进行固化。首先是加热，其次是添加催化剂，第三是施加压力。有时需要三者的结合。监测粘合剂固化的间接方法包括：

  对准备好的样品进行测试

  机械和耐久性测试用于确定不同固化时间后的接头强度。将测得的粘合强度值与已知完全固化的接头的粘合强度值进行比较。

1、机械测试涉及粘合剂系统的固有内聚强度。

2、耐久性测试更多地涉及粘合剂系统的耐化学性和韧性。

主要机械和耐久性测试如表1所示。

        ASTM D-1144 提供了确定拉伸或搭接剪切样本粘合强度发展速率的推荐做法。然而，剥离和悬臂测试也可以有效地使用。这些测试通常用于确定粘合剂何时完全固化或系统何时达到“操作”强度，以便可以适度小心地移动组装的产品。

  将部分固化测试样本的测量粘合强度值与参考值（即完全固化的粘合接头）进行比较，以评估固化程度。该方法可能适合某些应用，但其准确性有限，因为它不能直接测量粘合剂的固化程度，并且接缝设计和基材的效果可能会覆盖固化发展的效果。

工作生活

  粘合剂的工作寿命或适用期的特点是：

  1、从粘合剂准备好使用（即混合并准备好涂敷到基材上）开始的时间。

  2、由于凝固机制已经发展到粘合剂不再可用的程度，系统不再可用的时间。

       ASTM D-1338 建立了两个确定工作寿命的程序。一种方法使用粘度变化，另一种方法使用剪切强度测试作为确定有效工作寿命何时到期的标准。

  工作寿命通常取决于生产中实际使用的粘合剂或密封剂材料的体积。测试报告中必须定义测试材料的质量，因为许多粘合剂和密封剂的工作寿命取决于样品质量。

  固化速率对于密封剂和粘合剂来说非常重要。通常，密封剂需要在应用后很快起到屏障或抵抗基材移动的作用。含建筑密封胶例如，可能无法将环境条件延迟到粘合剂固化之后。因此，固化时间成为选择密封剂的关键参数。 ASTM C 679 是一种确定机械师在密封剂开始结皮或固化之前将密封剂注入接缝的时间的方法。

简单的化学测试

       确定固化程度的最简单的测试方法是用浸有合适溶剂（例如甲基乙基酮） 的棉签在固化粘合剂的表面上擦拭。如果粘合剂软化，则距离完全固化状态还很远，并且软化程度是固化程度的非常粗略的指标。

  棉签将清除所有未固化的材料。可以分析拭子中是否有未反应物质的痕迹。溶剂萃取可用于从拭子中化学去除未反应的成分，以进行分析测量。

硬度

  粘合剂或密封剂本身的硬度可用作固化的指标。它还可以用作某些基材的质量控制检查。硬度可以通过多种方式确定：

  1、抗压痕性

  2、反弹效率，以及

  3、耐刮擦或磨损

  第一种方法是最常用的技术。测量压痕的方法有多种，但它们仅根据所使用的设备类型而有所不同。基本上，它们都测量硬化钢或金刚石工具在规定压力下产生的压痕尺寸。

  硬度计是一种通过将针状仪器压入样品来测量硬度的仪器。硬度计有多种规格可供选择，用于测量相对硬、脆的材料到软的弹性体。适用于大多数固化粘合剂和密封剂的两种类型是：肖氏 A 型和肖氏 D 型。

       ASTM C 661 提供了一种测量弹性体型密封剂压痕硬度的方法。

  1、硬度读数低于预期可能表明固化不足或粘合剂配方发生变化。这也可能表明粘合剂或密封剂中残留有空气，或者与环境发生不需要的化学反应。

  2、硬度读数高于预期可能表明过度固化。

  一种简单但不是很定量的硬度测试已经使用了数百年——指甲压痕测试。指甲在粘合剂边缘或密封剂主体上留下的压痕通常可以用作材料硬度的近似指示。

评估治愈程度的直接方法

  上述测试方法是测量固化程度的间接方法。它们通常用于简单的质量控制测试。对于更复杂的分析，可以使用直接方法来测量粘合剂的固化程度。这些直接方法包括：

光谱学

  直接监测粘合剂固化的最常见方法包括：

  1、核磁共振（NMR）

  2、红外光谱 (IR) 和

  3、拉曼光谱

  每种技术都会产生所研究材料的独特轮廓或光谱。监测粘合剂光谱中的特征（通常是峰或肩），以发现与新化学键的形成或官能团消失相关的特定变化。这些特征在频谱上会增大、缩小或移动位置。测量发生变化的距离以提供固化状态的定量测量。

  光谱方法的主要缺点是它具有破坏性。必须从“固化”接缝中取出样品。也可以使用散装样品，但这些样品通常不能反映实际的固化条件。这是因为没有基材（导热性、暴露在空气中等）和厚样品（放热）。

流变测量

  还可以进行流变测量来确定某些粘合剂的固化速率。粘度会随时间而变化。粘度的变化是作为放置在两个板之间的样品的旋转阻力的函数来测量的。使用一次性板的锥板流变仪用于监测粘合剂的损耗和储能模量随固化时间的变化。这种方法比较适合治愈初期。

  上述用于测量工作寿命或适用期的旋转粘度方法是固化流变测量的一种形式。然而，锥板流变测定法更适合精确测量，因为样品尺寸和几何形状与粘合接头中的样品尺寸和几何形状相似。

热分析

  通常用于监测粘合剂体系固化的热分析技术 有：

  1、差示扫描量热法 (DSC)

  2、热机械分析（TMA），以及

  3、动态力学分析（DMA）

       DSC 和 TMA 用于测量测试样品的玻璃化转变温度 (Tg)。 DSC 用于测量材料在固化时产生的放热。典型环氧粘合剂的 DSC 分析如图 1 所示。

  大多数聚合物具有特征玻璃化转变温度 (Tg)，简单来说，就是材料开始软化然后流动（如果是热塑性塑料）的温度。接近玻璃化转变温度时，材料具有足够的热能，分子将开始轻松地相互滑移。一般来说，固化程度越大，Tg 越高。

  固化过程中产生的热量也经常用于确定固化的程度，更常见的是确定固化的稠度。由于固化过程中化学键的形成，交联聚合反应通常会产生热流。较高的热流表明较高的反应活性。放热温度低于平常可能是抑制、混合比例不当或其他一些因素的迹象。

声学分析

  粘合剂的固化也可以通过各种声学方法来表征。脉冲回波模式显示固化过程中声学参数的变化。据称，可以使用这些技术来测量固化剂/树脂混合比和粘合剂微观结构的变化。

  帝国理工学院（伦敦）开展了一个项目，研究用于汽车装配过程中粘合过程中固化监测的新型声学仪器。该项目涉及三种超声波技术，用于评估工艺环境中的固化情况。

  1、当将粘合剂原位放置在正在经历高温固化的结构中时，使用线导波来跟踪粘合剂的固化情况。

  2、在脉冲传输模式下使用超声波压缩波来评估固化周期后冷却结构中的固化状态。

  3、在单换能器脉冲回波模式下使用超声波压缩波来评估固化周期后冷却结构中的固化状态，但由于测试几何形状而无法访问两个换能器。

介电测量法

  介电固化监测涉及通过材料介电性能的变化来测量热固性树脂体系的粘度和固化状态的变化。基本上，所有介电测量都是通过测量一对电极之间的电压和电流来进行的。这样做是为了确定这些电极之间的电导和电容。

  1、电导是材料能量耗散（耗散因数）的量度。

  2、电容是材料能量存储（介电常数）的量度。

  几乎所有材料都含有离子，离子是电子、带电原子或带电分子复合物。在一对电极之间施加电压将产生电场。这迫使离子从一个电极移动到另一个电极（图 2）。

       这些离子的迁移率是系统粘度和束缚离子的反应程度 的直接结果。这种迁移率可以通过系统的电导率来测量。增加聚合会影响离子运动，因此介电测量在离子和物理粘度发生偏差后仍能保持灵敏度。因此，介电测量在整个固化周期中都是有用的，而大多数其他直接固化测量主要在早期阶段有效。

  随着粘合剂固化，其测得的介电常数和损耗因数会发生变化。一般来说，介电常数逐渐降低，直到粘合剂最终固化。此时，介电常数随固化时间保持恒定。

  耗散因数通常在固化过程中经历早期峰值。这代表液体粘合剂由于固化温度或放热效应而粘度降低的过程。随后粘度增加直至凝胶化。然后，由于离子和极性基团通过交联受到限制，耗散因子逐渐降低，直到完全固化。

  图 3 显示了环氧粘合剂中电容和损耗因数随固化周期变化的典型响应。请注意，电容的增加与粘合剂的粘度有关。随着固化温度导致粘度降低，电容增加。然后，随着交联的发生，电容减小。当电容和损耗因数趋于平稳时，通常表明完全固化。

  介电测试方法通常用于测量两个导电电极之间的环氧粘合剂的固化情况。该方法特别适合测量金属与金属接头的强度发展，因为基材本身可以用作电极。在测试过程中，粘合剂被视为电容器。其在一定电频率范围内的响应被测量为固化时间的函数。通过使用基板/电极，可以在压力机、高压釜和烤箱等实际加工环境中进行测量。

  介电监测已用于确定对固化过程中非常依赖压力的粘合剂和复合材料施加压力的最佳时间。这对于具有高度残留溶剂的薄膜和预浸料尤其重要。在溶剂处于液态时有机会从粘合剂中逸出之前，不应施加最佳压力。当溶剂逸出并且粘合剂的粘度足够高以防止从接头处挤出时，施加压力。

  介电分析已取代其他热分析方法。介电固化监测系统已上市（Netzsch Instruments, Inc.）。介电传感器有多种配置，包括植入式和可重复使用的传感器。 ASTM E 2038 和 E 2039 中规定了固化条件下介电性能变化的测量。这提供了有关聚合物的宝贵信息：

1、粘度

2、治愈率、状态和时间

3、治愈程度

4、玻璃化转变和其他聚合物转变

5、扩散特性、老化、分解效应

结论

  固化监测对于确保粘合剂和密封剂的最佳粘合强度、耐久性和质量控制至关重要。间接和直接方法都为固化过程提供了有价值的见解。

  其中，介电分析作为一种多功能技术脱颖而出，可以在整个固化周期中提供实时监控。这使得它对于优化不同制造环境中的粘合剂性能特别有用。

           天翔科技深耕胶粘剂领域20余年，拥有一支由国内和新加坡顶级院校材料学博士领衔的研发团队，建有占地面积6000㎡的自主产业园，年产能达到1500吨。以及拥有行业领先水平的分析测试中心，可以对材料进行定性及定量测试分析，为研发，生产、品控提供可靠技术保障。如果您有用胶问题，欢迎咨询天翔科技。