3M VHB膠帶
基本介紹
- 中文名：3M VHB™膠帶
- 開發歷史：來源於3M公司的丙烯酸壓敏膠技術
- 結構組成：聚丙烯酸酯雙面泡綿膠帶
結構組成,產品牌號,主要性能指標,耐久性,結構設計準則,套用,
開發歷史
我們知道，壓敏膠與普通膠粘劑的最大區別在於它本身具有“粘彈性”，即在具有流動、浸潤材質表面能力的同時，具有一定的內聚強度，也就是具有抗禦外力而維持自身不被破壞的能力。這兩種能力的結合使之能夠將需要膠接的材質結合在一起。因此，壓敏膠不需要經過物理或化學固化的過程，可直接使用，在操作上非常方便。但早期的壓敏膠主要是一些橡膠類的粘彈體物質，內聚強度較差，膠接強度不高。更重要的是，橡膠類的化學品大多數對環境因素的耐受能力較差，尤其是對紫外線的耐受能力非常有限，不能在室外條件下長期使用，這無疑大大限制了壓敏膠的使用範圍。
3M公司長期以來一直致力於壓敏膠技術的開發，其早期的產品如在汽車工業中廣泛使用的遮蔽膠帶，著名的Scotch™魔術膠帶等均是基於壓敏膠技術的套用開發成果。為了進一步提高產品性能，擴展套用領域，自上世紀40年代以來，3M公司對丙烯酸壓敏膠技術進行了廣泛而深入的研究，並獲得了一系列的重大成果， VHB™膠帶無疑是這一系列成果中最具標誌意義的一個，它的誕生從很大程度上扭轉了以往人們認為壓敏膠無法套用在複雜受力結構，不能在室外條件下長期可靠工作的認識，使得壓敏膠技術的發展達到了一個新的高度，同時也使得3M公司在這一領域的領先地位得到了業界的公認。VHB™ 膠帶產品中最早問世的是1974年正式發布的轉移膠膜系列產品，而1979年推出的泡綿型VHB™膠帶進一步提高了承載能力和抗疲勞性能，使之在很多苛求的領域得以成功套用，目前，VHB™膠帶已經形成了一個完整的產品系列，擁有不同厚度、不同特性的產品上百種，可以滿足在各種使用和施工條件下的使用需要。
與常用的機械連線方式相比，採用VHB™膠帶不會產生應力集中，具有更好的表觀質量和使用壽命；可以粘結不同種類的材料，消散熱膨脹係數不同而引起的形變和應力；能對膠接表面提供保護，防止化學或電位腐蝕的發生。還具有施工簡單、操作方便、膠粘迅速、美觀的優勢，更符合大批量施工的要求。
結構組成
VHB™膠帶是3M採用獨特的無溶劑製造技術生產的聚丙烯酸酯雙面泡綿膠帶，泡綿芯材和表層的膠粘劑全部由聚丙烯酸酯類粘彈體構成，而非在泡棉芯材的兩面塗布膠粘劑，這也是VHB™膠帶產品與常見泡綿膠帶的最大不同，可以形象地稱之為“固態膠水”。這種特殊的結構賦予了膠帶特殊的整體粘彈性，膠帶整體能有效地將粘接接頭裡面的應力通過膠帶的力學鬆弛耗散掉，從而有效地保護粘接線。VHB™膠帶的泡綿芯是100%的全閉孔結構，水和空氣均不能通過。
VHB膠帶的結構示意圖
VHB膠帶的結構示意圖產品牌號
部分VHB™膠帶的產品牌號如圖：
表2. 部分VHB膠帶的產品牌號
表1. 部分VHB膠帶的產品牌號主要性能指標
VHB™4945膠帶的典型性能指標見下表，
耐久性
從化學結構上分析，VHB™膠帶全部由聚丙烯酸酯構成，聚丙烯酸酯的主鏈全部為C-C鍵，這種碳－碳單鍵的主鏈對熱、紫外線以及化學試劑的破壞均具有很強的抵抗性。而且其在受到紫外、熱的影響下進一步交聯的可能性更高於開鏈的可能性。這就意味著其在自然情況下不會降解，其模量將隨著交聯的建立而輕微增加，從而形成一種更強的耐久粘接。
VHB™膠帶的優異耐老化性能，除了有大量的實際套用案例作為佐證外，3M做了長時間的戶外老化試驗，戶外五年的老化試驗(置於佛羅里達州的高溫潮濕環境、亞利桑那州高溫乾燥且日照豐富的環境、以及明尼蘇達州的極冷極熱環境)，這些有代表性的測試都證實了VHB™膠帶近乎100%的粘接強度保持性。在日本地區歷時11年的其他VHB™膠帶的室外測試也得出了相同的結果。
VHB 膠帶加速老化測試結果
VHB 膠帶加速老化測試結果3M 老化測試中心還進行了加速老化測試。測試樣品包括分別使用雙組份結構矽膠和VHB™膠帶粘接的玻璃和陽極化鋁的樣塊， 這些樣品被放置在帶有熱和濕度循環的高強度的UV老化箱， 然後樣品在不同的時間間隔後被取出去測試正拉強度。在這個循環老化箱中的最長暴露時間為10000小時。下面的圖示描述了在本測試研究中的雙組份結構矽膠和VHB™ 膠帶經過一段時間老化之後的正拉強度與初始強度的百分比。
結構設計準則
對於靜態負載，建議以55平方厘米膠帶承載1Kg作為一個起始值，來計算膠帶的寬度1。
對於動態負載，VHB™膠帶的寬度2極算同樣採用本行業公認梯形規則，這種計算及實例如下所示：
膠頻寬度 (mm) =[ 0.5 x 面板短邊長度(mm) x 風載荷(kPa)]÷ 膠帶設計強度(85kPa)
實例：1200 mm x 2400 mm 的鋁塑複合板，暴露於3kPa 的風力載荷下
膠頻寬度(mm) = (0.5 x 1200 mm x 3 kPa)÷ 8 5kPa = 21.2 mm 上捨入 25 mm
注：對於公制(mm)計算而言，始終上捨入近似整數(5的倍數)，不得下捨入。
根據具體的上述數值，來選擇膠帶套用的最小寬度=Max(寬度1，寬度2)。
套用
VHB™膠帶在很多領域都取得了成功的套用，比如金屬板幕牆，玻璃幕牆，電梯組裝，交通運輸市場等等，以套用最為苛刻的建築市場為例，介紹VHB™膠帶產品的套用。20多年來，VHB™膠帶在全世界範圍內被廣泛地套用於室內及室外的幕牆板材與框架和加強筋的粘接，如金屬板幕牆項目最早可以追溯到1985年的Singapore Treasury Building 項目，其他的比較有名的金屬板幕牆除了杜拜的Arabian Tower，還有遠大承建的杜拜商業灣，俄羅斯聯邦大廈等；玻璃幕牆項目最早可以追溯到 1990年巴西的Urcov Building項目，除此之外還有美國的Liberty Memorial Museum，德國的Philips HQ，泰國的Athenee Plaza Tower等。
套用-鋁加強筋粘接到鋁板上
套用-玻璃粘接到金屬框架