贺　勤(杭州电子工业学院计算机系　浙江杭州310037)
　　随着ＶＲＬＡ蓄电池的广泛使用,其密封性能也日益受到重视。大部分阀控铅酸蓄电池是采用(或部分采用)胶粘剂来密封槽盖和极柱,故胶粘剂的性能优劣直接影响着蓄电池的密封性能。但大部分蓄电池生产厂家没有对胶粘剂进行综合性能评价;不仅如此,一般的胶粘剂生产厂家(包括生产蓄电池用胶粘剂的厂家)也仅简单地测试粘度、密度、剪切强度(被粘物为金属)、耐化学试剂性能;而且测试方法也不标准,测试数据相互之间无可比性。国内阀控铅酸蓄电池生产厂家对国产胶粘剂的综合性能存在疑问,因而不用或慎用国产胶粘剂。进口胶粘剂除价格昂贵外,还因远途运输困难,供应不及时易影响生产,故胶粘剂使用单位应立足国内。本文介绍一些工业上对胶粘剂进行质量控制的项目,以供参考。
1　物理性能
1.1　储存期
　　储存期是在一定储存条件下,胶粘剂仍能保持其操作性能和规定强度的时间。铅酸蓄电池用胶粘剂为有机高分子材料,其储存期较强,一般为3～6个月。胶粘剂粘接强度随储存时间的延长而下降;当下降到一定程度就不可使用。因而评价胶粘剂首先就看其储存期是否已过,若超过储存期,则作为不合格品,生产中不予使用。生产中宜选用储存期较长的胶粘剂。
1.2　外观
　　胶粘剂的外观可体现出胶粘剂的一些内在质量信息。取20～50ｇ胶粘剂试样倒入50～100ｍＬ的烧杯中,用干燥洁净的玻璃奉搅动,将玻璃棒提起,距杯口高约15～20ｃｍ,观察胶液。胶液的流动应均匀连续,无疙瘩结块或其他机械杂质。胶液色泽应均一,无浑浊现象。对色泽浑浊,有固体颗粒的胶粘剂,内在质量一般较差,生产中慎用。
1 3　粘度
　　胶粘剂粘度大小直接影响流动性能和胶接强度,决定着施胶的工艺方法;蓄电池用胶粘剂混合后粘度以1000～2000ｃｐ为宜。有机胶粘剂一般含有有机溶剂,有机溶剂挥发或胶粘剂发生缓慢的化学反应,都会使胶粘剂粘度增大,这时就要考虑胶粘剂能否继续使用。测胶粘剂粘度一般用旋转粘度计按ＧＢ2794测试。有机胶粘剂为非牛顿流体,其粘度除与温度相关外,还与转子、转速相关,故测试粘度时应恒定温度和转子、转速,使测试数据具有纵向可比性。不同种类胶粘剂的粘度相差甚大;即使同种胶粘剂如不同厂家生产,也会因各自工艺配方不同而粘度不同。
1 4　密度
　　有机胶粘剂的密度一般都在1 0ｇ/ｃｍ3左右,但如加有无机填料,胶粘剂密度会较大幅度提高。加无机填料除可降低成本外,还可提高胶粘剂的胶接强度,提高耐热、耐介质性能,提高硬度,降低固化收缩率。但会降低胶粘剂的韧性,增加脆性。
1 5　适用期
　　适用期是胶粘剂配制后,能维持其可用性能的时间,按ＧＢ7123测试。配制好的胶粘剂在到适用期时,粘度会迅速突变上升或胶接强度下降到规定值以下。故适用期是胶粘剂的可使用时间,是化学反应型和双液型橡胶胶粘剂的重要工艺指标。蓄电池生产厂家应根据生产工艺,选择合适的适用期;适用期太长或太短都会给生产带来不必要的影响,从而降低生产效率。在使用温度下适用期为15～30ｍｉｎ较适于生产
1 6　固化速度
　　也叫硬化速度。影响固化速度的因素较多,一般随环境温度固化速度加快;随胶粘剂配比(双组份胶粘剂)的改变固化速度也会改变。配胶量也会影响固化速度。对溶剂型胶粘剂,当配胶量多时,因内部溶剂难以挥发出来,导致固化速度减慢;不仅如此,当内部溶剂无法挥发出来时,还会在胶粘剂内部产生缺陷,使固化后胶接强度降低。对化学反应型双组份胶粘剂,当配胶量多时,因化学反应放出大量热量,使胶液温度上升,从而加快固化速度。固化速度对生产影响较大,固化速度快,可提高生产效率,降低生产成本。升温加速固化具有效率高、质量好、不易受环境影响等优点;胶粘剂室温固化与升温固化相比,存在着两点不足:一是固化后胶接强度降低;二是固化速度减慢。在使用温度下初步固化时间为1～2ｈ较适于流水线生产。
1 7　配比
　　胶粘剂配比有质量配比和体积配比之分,生产中一般用质量配比。双组份胶粘剂在使用中存在一个最佳配比。在此配比下,胶粘剂的综合性能可达到最佳;一般粘接强度也达到最高、耐化学试剂性能也达到最好。在生产中一般是以实验来确定这一最佳配比。对双组份胶粘剂而言,配比存在着一定的容忍度。在此容忍度内,胶粘剂综合性能下降不多。常用双组分胶粘剂的质量配比一般被调整到1∶1或2∶1。
1 8　固化收缩率
　　胶粘剂固化时,会因溶剂挥发、低分子物质反应生成高分子聚合物等因素,使固化后体积变小。在生产中,若胶粘剂固化收缩率大,不仅对工艺造成一定影响、需要更多的原材料,而且固化后收缩应力也较大。固化收缩率以小为好。
2　机械性能
　　胶粘剂的机械性能是胶粘剂最重要的性能,这决定着胶粘剂的优劣及能否作为结构胶粘剂使用。对机械性能差的胶粘剂,显然不能作为阀控铅酸蓄电池的密封胶。只有机械性能这一前提条件得到满足之后,才可考虑是否作为阀控铅酸蓄电池的密封胶。胶粘剂机械性能的指标较多,针对阀控铅酸蓄电池的使用情况,极柱和槽盖密封处胶粘剂主要是受剪切作用,所以剪切强度就显得特别重要。一般的胶粘剂生产厂家都提供有剪切强度值。
2 1　剪切强度
　　剪切强度试样为单搭接结构;在试样的搭接面上施加纵向剪切力,测定试样能承受的最大负荷。搭接面上的平均剪应力为胶粘剂的剪切强度。根据理论计算,剪切强度为1～2ＭＰａ就可满足蓄电池实际需要。影响胶粘剂剪切强度的因素较多,如:随环境温度升高,剪切强度下降;试样余胶是否清除;被粘物表面状态;胶接接头设计;测试条件等。除此以外,还应注意以下两点。
　　2 1 1　胶层厚度的影响就应力分布而言,胶层越厚,接头应力集中系数应越小,剪切强度应越大。但实际上剪切强度却随胶层厚度的减小而增加(除胶层太薄而造成局部缺胶外)。这可能有如下原因:ａ.胶层增厚时,胶层内形成气泡、疏松及其他缺陷的机率增多;ｂ.固化时厚胶层的收缩应力和热应力都比薄胶层大。因此在保证不缺胶的前提下,应力求获得一个均匀的薄胶层。根据试验,胶层厚度为0 5ｍｍ时较易达到二者的平衡。
　　2 1 2　被粘物的影响阀控铅酸蓄电池的电池槽材料目前主要是ＡＢＳ、聚丙烯、聚氯乙烯等塑料;而胶粘剂生产厂家提供的剪切强度一般都是粘接金属片(如铝、钢)时的强度。一般说来,被粘物的弹性模量越大,试样越厚,剪切强度就越高。因塑料的弹性模量远比金属的弹性模量小,所以胶粘剂的剪切强度值应以粘接电池槽材料的实测值为准;此值一般比胶粘剂厂家提供值小,有时还小得较多。由以上分析可看出,在生产中应注意以下两点:ａ.在极柱密封、槽盖密封设计时,应尽可能用薄胶层;ｂ.评价剪切强度时,应以被粘物为试样,参照国标进行实测。
2 2　拉伸强度和断裂伸长率
　　参照ＧＢ6329测胶粘剂的拉伸强度时,因测试数据受胶接试样影响较大,故不能准确反应胶粘剂的本身性能。参照“ＧＢ1040—塑料拉伸试验方法”进行测试时,测试只对胶粘剂样品进行拉伸,测得的数据均反应胶粘剂的内在性质,测得的强度为胶粘剂的内聚强度。本文推荐用ＧＢ1040测试。这样测试还可得到其他大量的信息。比如弹性模量、断裂能、断裂伸长率、屈服极限强度(如果有)等一系列重要信息。胶粘剂的拉伸强度一般比剪切强度高很多。因剪切强度受被粘物性质、被粘物表面状况影响较大,而拉伸强度则不存在这些问题,故拉伸强度更能反映胶粘剂的内在性质。断裂能的大小可反映出胶粘剂的韧性如何;断裂伸长率可反映出胶粘剂的延展性如何。电池在搬运过程中,可能存在一定的冲撞,故胶粘剂具有一定的韧性和延展性是必不可少的。
2 3　硬度
　　胶粘剂硬度指胶粘剂抵抗其他较硬物体压入的性能。胶粘剂固化后若硬度太低,就会起不到紧固密封作用。对于胶粘剂硬度,与被粘材料硬度相近为宜。
3 化学性能
　　因阀控铅酸蓄电池多为长寿命设计,为保证可靠的密封性能,胶粘剂必须具有良好的化学性能胶粘剂的化学性能也有较多项目,但针对铅酸蓄电池实际,即有较高浓度的硫酸、有大量氧气,还可能存在一定的高温,所以评价胶粘剂的化学性能主要从以下两方面进行评价:胶粘剂的耐化学试剂性能(ＧＢ/Ｔ13353)和热空气老化性能。
3 1　耐化学试剂性能
　　因现在阀控铅酸蓄电池用硫酸密度多为1 300ｇ/ｃｍ3左右,正常运行时电池最高温度小于50℃,所以耐化学试剂性能的测试条件可定为:固化后的胶粘剂试样在65℃,1 300ｇ/ｃｍ3的硫酸中煮一定时间(如24、48ｈ),然后测试耐酸前后胶粘剂相关性能的变化率。其中胶粘剂拉伸强度、断裂伸长率和胶粘剂剪切强度3项性能最好都测。经过高温(相对电池而言)耐酸后,若胶粘剂的强度下降幅度较大,则应慎重使用。若胶粘剂使用时是室温固化,则测试胶粘剂性能时,最好与生产一样采用室温固化一段时间。若胶粘剂在室温固化不彻底,升高温度后相当于后固化,使固化程度提高若该胶粘剂耐酸性能优良,则该胶粘剂在高温耐酸后其强度很可能上升。胶粘剂耐酸后断裂伸长率会有一定程度的下降。胶粘剂耐化学试剂后,还应该检测质量变化率和外观变化。耐酸前后质量变化较多的胶粘剂,其耐酸性能不会很好。对外观变化,可把耐酸前后的试样放在一起,从以下几方面进行比较:颜色、光泽、粉化、发粘、发脆、变形。耐酸性能好的胶粘剂耐酸后颜色基本不会变化,表面仍然具有原来的光泽,不粉化、不发粘、不发脆。
3 2　热空气老化性能
　　胶粘剂无热空气老化的国标,但并不说明热空气老化不重要。因铅酸蓄电池在运行过程中会产生大量的氧气,氧气对绝大多数有机高分子材料的使用寿命都会造成巨大影响。另外,电池在运行过程中也可能出现较高温度,因而对胶粘剂进行热空气老化是必要的。热空气老化参数的确定,温度仍定为65℃或更高;热空气老化时间为48ｈ或更长。热空气老化前后性能变化的检测项目和耐化学试剂性能的完全一样。
4 其他性能
　　除了以上谈及的基本的和主要的性能外,还有一些相关性能。
　　4 1　热性能胶粘剂长期使用最高温度可采用测试胶粘剂的维卡软化点、热变形温度等来评价;也可用化学性能中的试验温度来估计。如胶粘剂在65℃下耐化学试剂性能和热空气老化性能均很好(如强度上升),则说明其长期使用温度高于65℃。
　　4 2　电气性能绝大多数蓄电池用胶粘剂是有机高分子物质,其电阻率和击穿电压强度均较高,绝缘性能均良好。评价阀控铅酸蓄电池用胶粘剂,除了看性能是否可靠外,还应考虑:(1)工艺是否简便;(2)是否适于自动化生产;(3)固化后体积价格(不是质量价格)是否合理。