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发表于 2007-5-3 08:17:06
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张劲松, 何永祝, 凌玲, 上官绪水
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; H8 ]7 U4 F' l% L5 n(中国航天科技集团公司四十二所,湖北省襄樊市441003)
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前言7 K8 H4 N# T4 M9 U" S0 N: `; R
6 S8 ~7 \" e$ g1 [6 t4 n 三元乙丙橡胶(EPDM)具有耐候、耐老化、耐热、低密度等诸多特性,在建筑、机械、化工、汽车等领域已得到广泛应用,在航天发动机燃烧室绝热层中的应用亦越来越受到重视。但由于EPDM主链是不含双键的完全饱和的直链型结构,使其具有自粘、互粘性差的特点,这一特性使EPDM的推广应用受到严重制约。尤其是在航空、航天领域中应用时,一般的胶粘剂难以完全满足高粘结强度、长贮存期、高韧性以及良好的工艺性能等技术要求。8 f+ Q3 A& }9 c2 \
6 W1 D; n1 T+ c+ `6 Q7 L8 i 目前市售的EPDM胶粘剂一般采用CR、IIR等基材配置成溶液使用,由于上述基材与EPDM极性相差较大,难以获得良好的综合性能。本项研究中,采用EPDM混炼胶与CSM混炼胶共混改性后配置成一液型胶粘剂,在EPDM-钢、EPDM—NBR、EPDM生胶一EPDM熟胶、EPDM一复合材料等界面粘结中应用,取得了良好的效果。* n% _. O5 G- B, d& C1 Z' R
) b+ Q1 L: D9 y# I1实验部分6 s( E5 d7 _( d$ e! A. {
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1.1 主要原材料
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& h% r. k3 a) E( f& ^zJ-20:SiO2填充的ENB型EPDM混炼胶,自制;
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3 `7 o& Y" i! X6 i5 v9 JKM:HAF炭黑填充的CSM混炼胶,自制;, I; u" p6 U3 r+ _ x A9 v
% Z9 N* J" z* u: A7 EZnO:氧化锌,工业级,上海冶炼厂;8 E2 h8 j7 U7 h! `
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HX:松香树脂,软化点≥65℃,株洲林化厂;
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Rl1:酚醛树脂,Br含量3.5—4.0,山西化工研究所;TX:萜烯树脂,软化点(85~5)oc,江西吉水树脂有限责任公司。
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1.2 胶粘剂的配制4 z" ]& R& P" V1 L9 d
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将zJ一20、KM分别在环己烷、二甲苯等溶剂中浸泡溶胀,按比例加入增粘树脂等配合剂后,在胶体磨中研磨均匀制得胶粘剂。9 O$ @3 _$ ]% u; L( ^* D& d
4 G6 J0 q0 b/ B! k& c9 o( M; E9 G1.3 性能测试 Y5 Z& l' t8 L" f. x
' o: O- r. Z5 |8 \! V# D' c 制做640mm的EPDM-胶粘剂-NBR等粘接试件,在INSTRON 4502型材料试验机上,于25℃ 、20mm/min拉速下测试拉伸强度。' l7 J; u, b$ f0 x3 {2 F+ D' m+ J
' S) z- e6 Q- |. ?' w# }: | 制作100mm x25mm的180。剥离试件,在INSTRON 4502型材料试验机上,于25℃ 、20mm/min拉速下测试初粘剥离强度。0 {! W, E2 @8 ?9 i
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2实验结果及讨论
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1 Z4 k/ w* d- g' N; }- a ~2.1 混炼胶对粘结性能的影响
' K) v. X" f" X
7 o1 c$ p2 X- g4 z8 h i; E 采用EPDM—NBR界面考察了EPDM混炼胶及CSM混炼胶含量对界面粘结性能的影响。实验结果列于表1。
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7 w0 K T9 ~1 h- P EPDM与NBR极性相差较大,调节CSM与EPDM的比例,可以使粘结界面极性形成梯度分布,有利于粘接。表1所列表明,CSM与EPDM混炼胶比例对界面粘结强度具有重要影响,EPDM混炼胶比例过低或过高均会使界面粘结强度降低,当CSM与EPDM混炼胶比例为100:60时,可达到最佳粘结强度。# X$ c6 s0 V6 V2 w9 ?
% p7 @3 O# Y, e+ d3 z2 D9 l2I2 增粘树脂对初粘力的影响7 w. S8 I7 w/ w5 Y1 m- ]
; @$ Y. `4 E0 S# O& U+ R 胶粘剂实施过程中一般要求其具有一定的初粘力,以便使粘贴件定位,大型压力容器制造过程中,胶粘剂初粘性能是影响内衬材料粘贴的关键工艺性能之一。在本实验中,通过测试剥离强度的方法研究了不同增粘树脂对初粘力的影响。表2所示为不同种类、不同含量增粘树脂在不同晾置时间下的剥离强度。
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, x9 C7 K3 H7 a& M+ ^6 n9 |3 A1 t3 X 表2所示结果表明,增粘树脂的种类和用量对胶粘剂的初粘性能具有较大影响,其中采用松香树脂效果最佳,晾置l0至50min,初粘力无明显变化。6 F: T s) w! I' O
5 t, h4 d! M$ z8 H# j; e
2.3 增粘树脂对粘接性能的影响
" `6 Q5 M# }0 g' O/ I; L/ a8 \! ^* k: W1 Z; g/ @8 I& K
实验表明,松香树脂、酚醛树脂及萜烯树脂等均可为EPDM胶粘剂提供有效的初粘力。但增粘树脂的选用对胶粘剂粘接性能具有较大影响。表3所示为不同种类及含量增粘树脂对界面粘结强度的影响。7 p! K/ m* W" i
" d2 i4 O6 p; M& v5 \" [0 H
Q5 v$ x# P3 G0 |4 J3 y/ a
$ A8 p0 J0 m/ X+ I5 {& I1 _# ] 表3所列表明,松香树脂与萜烯树脂会不同程度降低界面粘结强度,但适量的酚醛树脂可提高界面粘结强度。
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2.4 补强填料对粘接性能的影响
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补强填料的种类及含量对胶粘剂性能具有较大影响,表4所示为不同种类及含量补强填料对界面粘结强度的影响。) h. l3 N) @2 a6 a: U' F
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表4所示表明,加入补强填料可使界面粘结强度得到不同程度提高,其中HAF、ZnO效果较为明显。HAF是高补强炭黑,加入胶粘剂中可以有效提高胶粘层本体力学性能,因此增HHAF用量可有效提高界面粘结强度。
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G# n: Y) r$ e( C6 ^, j- ]3 工程应用结果2 y9 C4 D3 K _7 R! i- q" b+ c
/ n4 b3 m7 P: {* b& r* b 本课题通过上述研究,研制成功AO1系列EPDM胶粘剂,φ1400mm大型压力容器内衬材料成型工程应用结果表明,该胶粘剂操作简便、工艺适应性强、耐老化、胶层韧性优良,可与多种极性、非极性材料形成良好粘结。工程应用中实测性能数据列于表5。; Q6 S/ }9 H. J8 |% I4 S
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0 `0 l$ v* J# r+ J" E- F. v4结论1 I) e% x# U Q
& | d3 y$ s( u0 i- T 界面粘结困难是影响JEPDM材料广泛应用的重要因素之一,本研究采用EPDM混炼胶与CSM混炼胶共混改性后配置成一液型胶粘剂,在EPDM-钢、EPDM—NBR、EPDM生胶-EPDM熟胶、EPDM-复合材料等界面粘结中应用,取得了良好的效果,界面粘结强度可以达到3MPaI)2上,界面贮存性能、工艺性能良好。在大型压力容器内衬材料成型工程中已得到成功应用。 & o) j4 B; U8 [0 d; q7 |( @
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