MEK溶剂型卤化法处理的粘接效果分析,化工论文.docx

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1、天然橡胶采用TCCA/MEK溶剂型卤化法处理的粘接效果分析,化工论文内容摘要：通过TCCA/MEK溶剂型卤化法处理天然橡胶NR，以解决其外表能低、粘接性能差的问题，并讨论了T型剥离强度确定最佳处理工艺。研究结果表示清楚：T型剥离强度确定最佳处理工艺为，先将NR打磨，在室温下外表涂覆，wTCCA=15%相对于TCCA/MEK溶液质量而言，且处理时间20 min;用801强力胶粘接处理后的NR,T型剥离强度可到达2.85 N/mm,毁坏方式为内聚毁坏。本文关键词语：天然橡胶； 化学处理； 粘接性能； 胶粘剂；Abstract:Natural rubberNRwas treated by TCCA/

2、MEK solvent based halogenation method,in order to solve the problems of low surface energy and poor bonding property. And the T-type peel strength was discussed to determine the optimal treatment process. The research results showed that the optimal treatment process determined by T-type peel streng

3、th was to polish the NR first,and then coat the surface at room temperature,wTCCA=15%relative to the mass of TCCA/MEK solution，and the treatment time was 20 min. After bonding treatment by super adhesive 801,the T-type peel strength of NR could reach 2.85 N/mm,and the failure mode was cohesive failu

4、re.Keyword:natural rubber; chemical treatment; bonding property; adhesive;0前言随着轨道车辆向高速化、轻量化发展以及人们对乘坐舒适性要求的日益提高，橡胶类高分子材料在轨道车辆中的应用越来越广泛。天然橡胶NR由于具有弹性好、耐磨、耐腐蚀性能优良的特性，广泛用于轨道车辆的轨下橡胶垫板、减震器、风挡等部件1,2,3,华而不实的关键工艺环节之一就是橡胶与其他构造部件的粘接与固定4.但是NR外表的非极性构造导致其粘接性能差5,因而需要通过外表处理提高粘接性能，以合适在高速列车中的应用。物理处理方式方法改性效果好，但是设备复杂，难于

5、工业化。溶剂型卤化处理法设备简单，经过可控性好，粘接接头在较长时间后仍然能够保持较强的粘接强度6,7.因而，本文采用卤化方式方法处理NR,研究处理工艺对NR粘接性能的影响，并对轨道车辆常用胶粘剂进行挑选，进一步提高NR的粘接性能。1 试验部分1.1 试验原料天然橡胶NR，工业级，上海昂胜工贸有限公司；异丙醇，分析纯，天津市春宝禄商贸有限公司；丙酮MEK，分析纯，沈阳沈试化学试剂有限公司；三氯异氰尿酸TCCA，化学纯，上海麦克林生化科技有限公司；801强力胶，工业级，台州市椒江勤丰胶业有限公司；Sikafast-5215、Sikaflex 265,工业级，西卡中国建筑材料有限公司；Terosta

6、t 8590,工业级，汉高中国投资有限公司；聚氨酯密封剂，工业级牌号天山1956，北京天山新材料技术有限公司；MA832塑料复合材料粘接构造胶，工业级，普莱克斯中国投资有限公司。1.2 试验仪器Nicolet 380型傅里叶变换红外光谱仪FT-IR，赛默飞世尔科技中国有限公司；FEI Inspect F50型扫描电子显微镜SEM，美国FEI公司；MTS C43型电子万能试验机，MTS工业系统中国有限公司；X-Max N型能谱仪EDS，英国Oxford仪器公司。1.3 试验制备1.3.1 橡胶处理根据GB/T 2791-1995标准，将橡胶裁剪为长200 mm、宽25 0.5mm的标准试样，橡胶

7、片的厚度均匀且不超过3 mm.1.3.2 NR外表打磨处理需打磨的部分用锉刀均匀打磨，使磨痕呈现均匀条纹状，并且橡胶原来亮的外表被打磨掉。用水充分地冲洗枯燥，再用异丙醇清洗，后枯燥备用。1.3.3 TCCA/MEK溶液处理打磨后的NR外表涂覆TCCA/MEK溶液，室温静置一段时间，用水冲洗后枯燥并放置12 h后粘接，分别控制TCCA/MEK溶液浓度为1%、2%、3%、4%和处理时间为10、15、20、25和30 min.1.4 测定或表征1NR试样表征：采用FT-IR和EDS进行表征。2微观形貌：采用SEM对样品断面进行表征样品喷金处理。3剥离强度：根据GB/T 2791-1995标准进行测定

8、，拉伸速度为100 10mm/min.2 结果与讨论2.1 NR粘接性能研究2.1.1 打磨对粘接性能的影响考察打磨对NR粘接性能的影响，选择801强力胶作为胶粘剂，测试结果如表1所示。Tab.1 Effect of polishing on bonding strength of NR表1 打磨对NR粘接强度的影响由表1可知：未处理的NR由于外表的非极性以及硫化剂、防老剂等小分子添加剂构成的弱边界层的存在，直接粘接不能得到有效的粘接接头。打磨能够去除部分弱边界层杂质，加强外表粗糙度，进而提高粘接性能。2.1.2 TCCA/MEK浓度对粘接性能的影响考察TCCA/MEK浓度对NR粘接性能的影响

9、，选择801强力胶作为胶粘剂，测试结果如此图1所示。图1 不同浓度TCCA/MEK处理NR的T型剥离强度Fig.1 T-type peel strength of NR treated with differentconcentrations of TCCA/MEK由图1可知：随着TCCA浓度的增加，粘接强度呈先减小再增大再减小的趋势，符合橡胶的S型老化曲线8,9.这是由于TCCA/MEK属于酸性处理剂，会引起橡胶外表局部环化，降低材料外表的不饱和度。处理后的NR外表会出现微裂纹，提高了外表粗糙度，有利于胶粘剂与基材外表的机械啮合作用，也有利于化学键合作用的发生。TCCA中的氯原子还会取代NR

10、构造中烯丙基位置的氢原子10.由于氯原子的引入，提高了基材的外表能和润湿性，能够抑制弱边界层的产生，有利于提高粘接性能，但是TCCA浓度过高会导致基材本身的力学性能下降。综上所述，较佳处理浓度为15%.2.1.3 处理时间对粘接性能的影响考察处理时间对NR粘接性能的影响，选择801强力胶作为胶粘剂，测试结果如此图2所示。图2 不同时间TCCA/MEK处理NR的T型剥离强度Fig.2 T-type peel strength of NR treated with TCCA/MEKat different times由图2可知：随着处理时间的延长，粘接强度呈先增大后减小再增大的趋势，符合橡胶的S型

11、老化曲线。随着处理时间延长，NR外表引入的氯原子含量逐步增加，但是随着处理时间进一步延长，溶液中有效氯离子的浓度下降。并且处理时间过度会使橡胶硬化，同时橡胶外表发生溶胀，导致橡胶基材本体的力学性能下降。综上所述，较佳处理时间为20 min.2.2 FT-IR表征为了解外表处理前后NR外表基团的变化情况，对处理前后的试样进行FT-IR分析，结果如此图3所示。图3 外表处理前后NR的红外光谱图Fig.3 Infrared spectra of NR before and after surface treatment由图3可知：2 925、2 854 cm-1对应亚甲基伸缩振动吸收峰，1 650

12、cm-1处为C=C伸缩振动吸收峰，1 451 cm-1处为亚甲基的反对称变形振动吸收峰，873 cm-1处为顺式双取代碳碳双键上C-H面外变形振动吸收峰，对应NR的化学构造。对于未处理的NR,在1 035 cm-1处为C-O伸缩振动吸收峰，1 530 cm-1处为酰胺的特征吸收谱带，来源于添加剂的吸收峰，证明了弱边界层的存在11.处理后1 035、1 530 cm-1峰的减弱讲明，外表处理能够去除部分弱边界层。873、1 650 cm-1吸收峰减弱，新的792 cm-1处为C-Cl的伸缩振动吸收峰出现，1 710 cm-1处为C=O的对称伸缩振动吸收峰，3 065 cm-1处为O-H的伸缩振动

13、吸收峰，3 204 cm-1处为分子间氢键O-H的伸缩振动吸收峰。这讲明外表处理引入了氯原子，同时TCCA/MEK也有一定的氧化作用，在NR外表引入了羰基和羟基。2.3 SEM/EDS分析不同外表处理方式下NR的外表形貌如此图4所示。图4 各种外表处理方式下NR的SEM照片Fig.4 SEM images of NR with various surface treatments由图4可知：未经处理的NR外表较平整，有微小的泡状凸起，来自于加工经过中的微小颗粒或成型模具的缺陷。经过打磨后，外表粗糙度明显增大。TCCA/MEK处理后，外表粗糙均匀，有利于胶粘剂在橡胶外表充分浸润，构成机械啮合作用

14、，提高粘接性能。通过EDS能谱分析能够确定橡胶外表元素含量变化，试样外表处理前后的EDS分析如表2所示。Tab.2 Surface composition of NR before and after surface treatment表2 外表处理前后NR外表成分由表2可知：经过TCCA/MEK处理后，NR外表氧含量增加，且有氯元素引入。该处理方式提高了NR的外表活性，有利于胶粘剂的润湿与铺展，也有利于化学键合作用的发生。2.4 实际工况下不同胶粘剂的粘接效果比照为了更合适实际工况，选择轨道车辆常用的六种胶粘剂，华而不实包括两种双组分丙烯酸构造胶Sikafast-5215,MA832、三种单

15、组分聚氨酯弹性胶Terostat 8590,Sikaflex 265,天山1956、一种氯丁型胶粘剂801强力胶，801强力胶、Sikafast-5215、Terostat 8590、Sikaflex 265、MA832以及天山1956分别标记为AF.对最佳外表处理的NR进行粘接试验，以选取最佳的胶粘剂，不同胶粘剂的T型剥离强度测试结果如此图5所示。图5 不同胶粘剂对NR粘接强度的影响Fig.5 Effect of various adhesive on bonding strength of NR由图5可知：各种胶粘剂都能够得到有效的粘接接头，且粘接接头的毁坏方式均为基材的内聚毁坏。由于氯原

16、子的引入，提高了NR的外表极性，胶粘剂在橡胶外表更好地润湿、浸透。聚氨酯型胶粘剂Sikaflex 265和天山1956中的异氰酸酯基能够和羰基构成化学键，羰基氧原子还能够与NR外表的极性氢原子构成氢键，所以粘接强度较好。氯丁型胶粘剂801强力胶由于构造组成与NR类似，所以外表润湿性能更好12,粘接强度较高，为2.85 N mm-1.3 结束语1TCCA/MEK溶液外表处理方式方法能够明显改善NR的粘接性能。通过T型剥离强度测试确定了此处理方式方法的最佳工艺条件为，先将NR打磨，在室温下外表涂覆，wTCCA=15%相对于TCCA/MEK溶液质量而言，且处理时间20 min.2TCCA/MEK处理

17、通过卤化作用引入氯原子，氧化作用引入极性基团羰基和羟基，清洁作用能够去除弱边界层。并且化学试剂的作用能够得到均匀粗糙的外表，提高外表能，增加润湿性，因此提高粘接性能。3打磨能够使粘接接头强度稍有提高，机械打磨与TCCA/MEK共同作用的效果更为明显。对于处理后的橡胶，由于类似相容理论，801强力胶与NR的粘接界面润湿效果较好，能够获得较高的粘接强度2.85 N mm-1，粘接接头毁坏方式为内聚毁坏。以下为参考文献1贺春江，佳，裴顶峰，等。轨道交通发展对橡胶减震制品的需求瞻望J.中国橡胶，2018,252：7-9.2马涛，王雅薇。一种高速列车橡胶铺地材料制造技术简介J.橡塑技术与装备，2021,

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