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非极性硫化橡胶与45~#钢的粘接
作 者: 韩建崴
导 师: 翟玉春;刘大晨
学 校: 东北大学
专 业: 化学工艺
关键词: 橡胶与金属 粘接 硫化橡胶 表面处理 紫外线 臭氧 环氧树脂 胶粘剂
分类号: TG496
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
下 载: 80次
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内容摘要
橡胶与金属的粘接在许多领域有着广泛的应用,如汽车制造、军工、道路桥梁以及机械制造等。以橡胶与金属材料复合的制件可以获得更好的强度和耐久性,同时可获得减振、耐磨等功能。橡胶与金属粘接大都采用硫化粘接法,但它难以满足硫化条件下基材不稳定(变形、分解)制件和超大制件的制造,另外在某些场合下要求用硫化橡胶与金属进行粘接,在这些情况下需使用非硫化粘接法。由于硫化橡胶表面能低、化学惰性、表面污染以及存在弱边界层等原因,需进行表面处理后才能达到较高粘接强度。硫化橡胶在进行表面处理时,化学处理方法中最常用的是酸处理法,但它通常处理步骤较多、处理程度难控制而使橡胶本体性能遭到破坏,并且产生大量废液污染环境;物理方法中目前常用等离子体进行处理,但使用时需用真空操作而使处理成本昂贵,限制了它的使用。本论文通过两种途径来完成硫化橡胶与金属的粘接:一是粘接性能优异的胶粘剂的研制;二是改变硫化橡胶表面的粗糙程度并对其进行表面改性,使表面产生大量极性基团。通过以前的实验结果可知:极性硫化橡胶与金属可以达到很高的粘接强度,而非极性硫化橡胶与金属的粘接强度较低。故本实验研究丁苯、天然和顺丁三种非极性橡胶与45#钢的粘接,其中硫化丁苯橡胶是本实验的重点研究对象。本论文通过对自制环氧树脂胶粘剂进行改性,对硫化橡胶表面采用打磨、涂表面处理剂、涂敷胶粘剂、紫外线(包括紫外线杀菌灯和高压汞灯)、臭氧、紫外线+臭氧等多种表面处理,考查了影响硫化橡胶与45#钢粘接强度的各种因素,并对处理后的硫化橡胶进行了扫描电镜、电子能谱、XPS和ATR表征。经本实验发现:硫化橡胶中度打磨可有效提高硫化橡胶与45#钢制件的剪切强度;使用硅烷偶联剂KH-560改性胶粘剂、作表面处理剂可有效改善制件的粘接强度,并可提高制件的耐水性,其效果比KH-550好;在硫化橡胶和45#钢表面涂敷胶粘剂可提高制件的剪切强度;紫外线(包括紫外线杀菌灯和高压汞灯)、臭氧、UVO等硫化橡胶表面处理均能在硫化橡胶表面引入含氧基团,但高压汞灯处理效果最好,其能在硫化橡胶表面引入大量含氧极性基团,能较大程度地提高剪切强度,是一种廉价、高效、绿色的硫化橡胶表面改性方法。
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全文目录
摘要 5-6 ABSTRACT 6-11 第一章 绪论 11-22 1.1 金属—橡胶粘接简介 11-13 1.1.1 金属—橡胶粘接的应用 11 1.1.2 金属—橡胶粘接体系发展现状 11-13 1.2 粘接机理 13-15 1.2.1 界面的机械作用理论 13 1.2.2 界面化学理论 13-14 1.2.3 吸附理论 14 1.2.4 扩散理论 14 1.2.5 静电理论 14-15 1.2.6 弱界面层理论 15 1.3 良好粘接制件的影响因素 15-16 1.4 被粘材料的表面处理 16-20 1.4.1 金属材料的表面处理 16 1.4.2 硫化橡胶的表面处理 16-20 1.5 研究方法和内容 20-22 1.5.1 现有方法的不足及新方法的提出 20-21 1.5.2 实验研究内容 21-22 第二章 实验方法及试样制备 22-29 2.1 实验仪器设备 22 2.2 实验药品 22-23 2.3 其它实验材料 23 2.4 实验 23-29 2.4.1 胶粘剂的制备 23 2.4.2 硫化橡胶的配方和制备 23-24 2.4.3 45~#钢和硫化橡胶的表面处理 24-25 2.4.4 环氧树脂胶粘剂的制备与改性的工艺流程 25-26 2.4.5 硫化橡胶表面处理及粘接工艺流程 26-27 2.4.6 性能测试 27 2.4.7 硫化橡胶表面处理结果的表征 27-29 第三章 环氧树脂胶粘剂的制备与改性 29-37 3.1 配方选择 29-31 3.1.1 基料 29 3.1.2 固化剂 29-30 3.1.3 增韧剂 30 3.1.4 填料 30 3.1.5 偶联剂 30-31 3.1.6 环氧树脂胶粘剂基础配方 31 3.2 实验结果与讨论 31-36 3.2.1 液体聚硫橡胶与环氧树脂的预反应对剪切强度的影响 31-32 3.2.2 E-51和E-44混合 32-33 3.2.3 硅烷偶联剂改性胶粘剂 33-36 3.3 小结 36-37 第四章 硫化丁苯橡胶与45~#钢板的粘接 37-53 4.1 实验结果与讨论 37-52 4.1.1 硫化丁苯橡胶表面打磨程度对剪切强度的影响 37-38 4.1.2 45~#钢、硫化丁苯橡胶表面涂敷胶粘剂对剪切强度的影响 38-39 4.1.3 表面处理剂处理45~#钢和硫化丁苯橡胶表面 39-41 4.1.4 硫化丁苯橡胶表面的紫外线处理 41-46 4.1.5 硫化丁苯橡胶表面的臭氧处理 46-48 4.1.6 硫化丁苯橡胶表面的紫外线+臭氧(UVO)处理 48-52 4.2 小结 52-53 第五章 硫化天然橡胶与45~#钢的粘接 53-60 5.1 实验结果与讨论 53-59 5.1.1 表面处理剂处理45~#钢片和硫化天然橡胶表面对剪切强度的影响 53-54 5.1.2 45~#钢、硫化天然橡胶表面涂敷胶粘剂对剪切强度的影响 54-55 5.1.3 硫化天然橡胶表面的紫外线处理 55-56 5.1.4 硫化天然橡胶表面的臭氧处理 56-57 5.1.5 硫化天然橡胶表面的紫外线+臭氧(UVO)处理 57-59 5.2 小结 59-60 第六章 硫化顺丁橡胶与45~#钢的粘接 60-67 6.1 实验结果与讨论 60-66 6.1.1 表面处理剂处理45~#钢和硫化顺丁橡胶表面对剪切强度的影响 60-61 6.1.2 45~#钢、硫化顺丁橡胶表面涂敷胶粘剂对剪切强度的影响 61 6.1.3 硫化顺丁橡胶表面的紫外线处理 61-63 6.1.4 硫化顺丁橡胶表面的臭氧处理 63-64 6.1.5 硫化顺丁橡胶表面的紫外线+臭氧(UVO)处理 64-66 6.2 小结 66-67 第七章 结论 67-68 参考文献 68-71 致谢 71
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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 粘接、胶接 > 金属与非金属粘接
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