硫化丁腈橡胶与金属粘合性能的研究 毕业论文.doc
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1、硫化丁腈橡胶与金属粘合性能的研究目 录1 文 献 综 述 1 1.1 金属与橡胶粘合 11.2 室温下橡胶与金属的粘合 31.3 丁腈橡胶 42 实验设计 6 2.1 实验目的 62.2 配方设计 6 2.3 实验原料及仪器 72.4 实验流程 83 结果与讨论 11 3.1 补强剂添加量对胶粘剂的影响 113.2 不同橡胶增塑剂对粘合强度的影响 113.3 补强剂种类对粘合强度的影响 113.4 表面粗糙度对胶粘剂的影响 113.5 粘接方法对粘接性能的影响 113.6 橡胶硬度对粘合强度的影响 133.7 偶联剂添加量的影响 143.8 电镜图像的对比 144 结 论 17致 谢 18参
2、考 文 献 19引 言橡胶与金属是两种不同的材料,它们的化学结构和机械性能有着很大的差别。借助橡胶与金属的粘合,可以使两种材料结合成人们所需要的有着不同构型和不同特性的复合体。橡胶材料包覆于金属表面既可提高金属材料的耐腐蚀性,吸收冲击和振动,降低噪音,同时还可通过在橡胶中填充某些金属中无法添加的特殊材料,使其获得某些特殊功能。目前使用的橡胶与金属的粘合方法有硫化粘合法,橡胶表面化学处理法及本文所研究的粘合方法。虽然本方法的粘合强度不一定其它方法理想,但其工艺简便,不需要特殊设备就可解决硫化粘合法不能解决的问题,同时还解决了橡胶化学表面处理对橡胶物理机械性能及耐老化性能的影响,因此本文研究的粘合
3、方法具有十分重要的实用意义。1 文 献 综 述 1.1 金属与橡胶粘合 以高弹性为特征的橡胶材料在国民经济各部门有着广泛的应用。但是,橡胶的固有力学性能决定它的弹性模量大小。例如,一般软质橡胶的杨式模量约为1MPa,而金属材料高达10万MPa。因此,在不少场合,要求橡胶与金属,塑料等刚性材料互相复合,同时利用橡胶的弹性以及后者的刚性,使橡胶制品获得更高的强度和耐久性。所以,在硫化过程中实现橡胶与其他材料粘合,是目前橡胶制品生产中采用的基本方式。1 1.1.1 粘合的基本概念和理论 所谓粘合指两种相同或不同材料的表面通过各种界面力结合在一起的状态。迄今,对粘合过程已提出了不少理论解释,但都有一定
4、的局限性。不同的理论只能对粘合现象中的不同方面作出解释。3已发表的理论主要有如下几种: 单纯的力学理论 早期科技工作者曾用简单的力学模型来描述粘合机理,较著名的是,“咬合”效应模型和“投锚”在被粘固体材料表面的孔隙中而获得粘合力。“投锚效应”是指流入被粘物表面细微凹窝的胶粘剂,固化后有如“锚”一样地抓着被粘物表面。 热力学理论 根据热力学分析推导,要使粘合体的界面破坏功,即粘合功等于物体的内聚破坏功,要求胶粘剂在物体表面上的接触角被胶粘剂完全浸润,有希望获得高粘合强度。该理论强调了浸润在粘合中的作用。 吸附理论 该理论认为粘合过程包括两个阶段,胶粘剂溶液中的高分子通过“微布朗”运动迁移到被粘体
5、表面,造成胶粘剂分子与被粘体分子相互接近;第二阶段,当胶粘剂分子与被粘体分子之间的距离小于50nm时,产生分子间力,包括能量级为 的色散里的能量级为100cal/mol的氢键力,这些分子间力形成了物体间的粘合。 (4)热运动理论 高聚物中柔顺的大分子链段具有很高的活动性。当两大分子材料相互接触时,由于分子的热运动相互扩散,形成不同物体间分子间的交织,以至界面模糊,成为粘合整体。 (5)界面化学结构理论 上述一些理论都把粘合归于分子间力,不能对某些高强度粘合现象作出满意的解释。事实上,对一些粘合破坏的表面进行分析的结果证明,一些高强度的粘合,其界面都有一定程度的化学反应,即生成了化学结合键。以橡
6、胶与黄铜的粘合为例,两者所以粘合较好,是因为橡胶中的硫会与黄铜中的铜反应生成硫化亚铜,然后硫化亚铜与橡胶的双键反应,使黄铜与橡胶结合起来。4 1.1.2橡胶与金属的粘合技术 常用的橡胶与金属粘合方法 当前普遍使用的橡胶与金属粘合方法有硫化粘接法,橡胶表面化学处理法。硫化粘合法是经过适当表面处理的金属直接与未硫化橡胶依次叠加后同时置于硫化模具中,在加热加压中实现硫化化学反应与相应的界面反应同时完成的“共硫化”的方法,即通过胶粘剂与金属橡胶两界面之间的吸附、扩散、交联反应以及橡胶内部和胶粘剂内部的硫化反应,从而产生相当高的粘接强度。4这种方法具有一定的局限性。 因硫化橡胶表面的极性较弱、活性较低,
7、并且存在脱模剂和喷霜物,因此要想把它粘合到强极性的金属表面上就必须使用橡胶表面化学处理法。目前所采的橡胶表面化学处理法主要有用具有强氧化性的浓硫酸对橡胶表面进行环化、磺化处理,改变表面层橡胶的结构,引入极性基团;用浓盐酸及次氯酸钠溶液处理橡胶表面使之氯化引入极性基团;用多异氰酸酯类粘合剂处理橡胶表面;对橡胶表面进行机械打磨,并用溶剂除掉硫化橡胶表面的石蜡、硬脂酸等软化剂喷出物以及隔离剂的污染物。 (2)使用胶粘剂实现橡胶与金属粘接 经过适当表面处理的金属,有时即可直接与硫化橡胶在加热加压的硫化过程中实现粘合,但这有一定的局限性。因此,使用适当的胶粘剂系统来实现橡胶与金属粘合被认为是当前最有效的
8、方法。 橡胶与金属的粘合技术发展到今天已经历了硬质胶法、镀黄铜法、环化橡胶法、酚醛树脂法、偶联剂法等各个阶段,如今得到广泛应用的高效胶粘剂系统是综合了这些技术的结果。67 1.2 室温下橡胶与金属的粘合 由于硫化橡胶与金属的模量差别比较大。现在我们从硫化橡胶与金属粘合的整个过程来探讨研究这个问题,合成一种较为理想的增韧改性环氧树脂胶粘剂,在低模量的硫化橡胶与高模量的金属之间形成模量梯度,以减少粘接面受力时的应力集中,从而使硫化橡胶与金属粘合的性能得到改善,同时也可实现室温条件下的粘合操作4。 1.2.1 被粘材料的表面处理 粘接是发生在表面的现象,因此被粘表面的状态和性质对粘接的效果具有重要的
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