《硫化橡胶与金属之高性能粘合剂的研制》-毕业论文.doc

精品 引 言 粘接现象与许多科学技术领域相关，近年来已经成为一个重要的研究领域。橡胶与金属粘合的构件日趋繁复，由于不同的构件是在不同的条件中工作，因而对构件的技术要求也就彼此各异。 未硫化橡胶与金属的粘合可以根据生胶的品种，通过选择适宜的粘合剂，在加热使橡胶发生硫化的同时获得较佳的粘合效果。对于已经硫化的橡胶与金属粘合，尤其在室温下进行的粘合，要获得较佳的粘合效果却是十分困难的。目前所采用的方法主要是橡胶表面化学处理法。基于有些金属与硫化橡胶的粘合要求在室温下粘接，例如轮船船体与硫化橡胶粘合。我研究了一种在室温下就可实现的橡胶与金属的粘合方法。本方法工艺简便，不需要特殊设备就能解决硫化粘接法所不能解决的问题，同时还解决了橡胶化学表面处理法所引起的对橡胶的物理机械性能及耐老化性能影响，处理工艺复杂，环境污染严重等问题，因此本文所研究的粘合方法具有十分重要的实用意义。 解决硫化胶与环氧树脂基结构胶的粘合问题，除不断改进和完善硫化胶的表面处理方法和工艺外，在硫化胶与环氧树脂粘合剂间涂覆一层既与环氧树脂能发生化学交联，又与硫化胶有较好的粘合强度，且刚性模量介于二者之间的过渡层，使整体粘接结构的刚性模量呈梯次过渡，增加模量梯度,降低因应力集中而导致的胶接破坏。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。 环氧树脂粘合剂与金属的粘合性能优异，可作为金属材料粘合的结构胶使用，其粘合强度有时甚至超过金属材料的自身强度。用环氧树脂粘合剂进行橡胶与金属的粘合，由于环氧树脂固化后的弹性模量接近金属，远大于普通的硫化橡胶，从而使环氧树脂与金属的粘合性能较好，而与橡胶的粘合强度较低，即所有胶接破坏都出现在橡胶与粘合剂的层面间。所以解决硫化胶与环氧树脂的粘合问题，是提高硫化胶与金属粘合性能的关键。使胶接破坏均为橡胶本体破坏（大于90%），这样才能达到最佳的整体粘合效果。 第一章 文献综述 1.1 环氧树脂概述 环氧树脂是指高分子链环结构中含有两个或两个以上环氧基团的高分子化合物的总称，属于热固性树脂，代表性树脂是双酚A型环氧氯丙烷树脂。 环氧基的表示方法为：　(1)环氧值（K）：100g环氧树脂中所含的环氧当量数 K=N环氧基个数/Mn×100　（2）环氧基含量：100g环氧树脂中所含的环氧基重量克数 K×43%（百分含量）　（3）环氧当量：相当于1个环氧基的树脂的量 100/K 1.1.1 环氧树脂的化学合成 [1] 双酚A型环氧树脂的合成　(1) 双酚A型环氧树脂的合成途径：　　① 低分子量液态双酚A型环氧树脂由过量环氧氯丙烷（ECH）与双酚A（BA）在碱（NaOH）的存在下缩聚而成；另一个方法是由不饱和环状烃类的双键氯化而生成环氧环状物得到脂环族环氧。　　② 高分子量固态环氧树脂的途径：　　a.“太妃糖法”：双酚A与环氧氯丙烷在化学计算是碱存在下直接反应。　　b.“熔融法”：以低分子量液态双酚A型环氧树脂为原料在催化剂存在下，用双酚A型扩展化学键得到聚合度较高（n2000）的产物。这种工艺得到没有副产物的高纯产品，分子量分布窄，主要是抑制副反应，减少链支化。　(2) 双酚A型环氧树脂的合成反应　　 双酚A型环氧树脂由ECH和BA经醚化和闭环两步反应制得。　(3) 双酚A型环氧树脂合成反应过程的副反应　　① 水解：ECH水解成甘油，环氧基水解为2—乙二醇。　　② 环氧氯丙烷与存在于中间体的酸性羟基反应，形成被裹胁的氯。　　③ 环氧氯丙烷与酚羟基的反常加成（β加成）。　　④ 链支化反应：双酚A型环氧树脂的链支化：　　⑤ 脱HCl反应不完全，树脂残留可水解氯。　　这些反应的产生使ECH消耗增大，环氧基含量降低，可水解氯使氯总含量增高，树脂质量不纯，粘度或熔点上升。[2] 氯含量的影响 环氧树脂中残存的氯以三种形式出现：氯离子（Cl-），可水解氯和不可水解氯。Cl-是残留的NaCl离子，可水解氯和不可水解氯是副反应产物。1.1.2 环氧树脂的特点（通常指双酚A型环氧树脂） 　　① 高粘合性（胶接强度高）：在合成胶粘剂中环氧树脂胶的胶接强度居前列，这是因为：（1）羟基和醚键等强极性基团使环氧分子和相邻界面间产生较强的粘附力；（2）环氧基与含活泼氢的金属表面反应生成强化学键。　 ② 固化收缩率小: 在胶粘剂中环氧树脂胶的收缩率最小，这也是环氧树脂胶固化胶接高的原因之一。例如：　　酚醛树脂胶：8—10% ；　　有机硅树脂胶：6—