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论文属于非极性橡胶(如EPDM)与其他材料的粘接问题的研究。非极性弹性体与金属或橡胶等材料的粘接广泛存在于飞机、汽车、电缆、防水材料等军用、民用工程中,也是急需解决的重大问题。为了揭示EPDM橡胶粘接后的力学性能及粘合机理,本文在制备粘合剂的基础上分EPDM/EPDM之间和EPDM/金属之间两种类型研究了促进剂、异氰酸酯对粘合剂力学性能的影响。主要研究工作如下:1.进行了30次合成条件实验和30次粘接、固化、剪切实验,探索了用MMA、BA为接枝单体对未硫化的三元乙丙橡胶进行接枝改性制备粘合剂,并用其对硫化的三元乙丙橡胶进行粘接。主要考察了接枝反应中的原料配比、接枝温度、助剂加入比例对粘接强度的影响。发现对胶粘剂的剪切强度影响最大的是接枝过程中的投料比,其次为接枝时的反应温度,影响最小的是补剂的加入量。在剪切强度最大时粘合剂接枝聚合部分的组成如下:三元未硫化乙丙橡胶(EPDM)100质量分,甲基丙烯酸甲酯(MMA)50质量分,丙烯酸丁酯(BA)30质量分,过氧化二苯甲酰(BPO)0.5质量分,甲苯1250质量分。
2.进行了132次EPDM与金属粘接的剪切或剥离实验。在粘合剂中使用N-环己基-2-苯并噻唑基次磺酰胺(CZ),N,N-二环己基-2-苯并噻唑基次磺酰胺(DZ),二硫化二苯并噻唑(DM),N,N-间苯撑双马来酰亚胺(PDM)四种不同类型促进剂。研究它们对粘合作用的影响以及个体之间不同用量对粘合力的影响。发现噻唑类促进剂的作用强于酰胺类,其中作用最好者为DM。实验结果表明噻唑类促进剂在本粘合剂体系中的最佳用量为粘合剂总量的0.5%,用其粘接硫化的EPDM胶片与金属最大剪切强度达到1.059Mpa。
3.进行了186次EPDM与EPDM粘接的剪切或剥离实验,研究了在粘合剂中加入异氰酸酯TDI(2,4-甲苯二异氰酸酯)、MDI(4,4-二苯基二异氰酸酯)、PAPI(多次甲基多苯基多异氰酸酯)对硫化的EPDM橡胶粘接的影响。结果表明,异氰酸酯的加入对粘合剂的粘接能力有显著影响。对异氰酸酯(TDI、MDI、PAPI)的研究表明,在加入白碳黑、硫磺、促进剂、氧化锌的情况下,w(TDI)为0.4%粘合强度达到1.922Mpa,w(MDI)为0.4%时粘合强度达到1.830Mpa,w(PAPI)为0.4%粘合强度达到1.937Mpa。在所选用的异氰酸酯中PAPI对粘合强度的提高作用最大。
4.研究被粘材料表面处理工艺,试验在涂胶前先刷一层底液(如硅烷偶联剂)对粘接作用的效果。通过多次实验结合国内外资料总结出一套胶片表面处理、涂胶的工艺。胶片上涂刷VTPS(乙烯基三特丁基过氧硅烷)能够明显地提高粘合强度。
5.研究EPDM/EPDM之间以及EPDM/金属之间形成粘合力的微观模型和反应机理。模型显示粘合剂固化体系与橡胶的硫化体系一致会使粘合剂分子与橡胶大分子间可以在同样的条件下形成相同的交联化学键,这样粘合界面与橡胶本体一样形成相同强度的联接,使粘合强度不低于材料的本体强度。本粘合剂体系的固化作用主要是形成分子间交联的化学键,其次是静电引力和分子间作用力。形成交联化学键的作用机理,推测是自由基反应机理。