航空用室温硫化有机硅胶粘剂的研制
资讯类型:行业新闻 加入时间:2009年7月14日15:19
                            航空用室温硫化有机硅胶粘剂的研制
                           王云英1  蒋颂波1  孟江燕1  王运平2
(1.南昌航空大学,江西南昌330063;2.西安航空动力控制有限公司橡塑分厂,西安710079)
    [关键词]γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷;M-5气相白炭黑;表面改性;室温硫化硅橡胶;接触角
    [摘要]本文通过γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH570)对M-5气相白炭黑进行表面改性,用FT-IR分析了改性前 后的白炭黑的微观结构;用改性白炭黑来增强甲基嵌段室温硫化液体硅橡胶(103基胶),测试了增强改性室温硫化硅橡胶的力 学性能;用不同偶联剂对铝合金和硫化硅橡胶的粘接面进行了表面处理,使用接触角仪测试了粘接面的水接触角。结果表明: 偶联剂KH570处理M-5气相白炭黑能使其表面接枝上偶联剂基团;偶联剂处理后白炭黑补强效果明显,硫化后胶料的拉伸强 度最大能达到2.65MPa;粘接面经偶联剂处理后,水接触角减小,粘接强度增大;铝合金与硅橡胶表面均采用KH550和KH560 的混合偶联剂溶液处理后,粘接强度提高,最大能达到1.5MPa。
    [中图分类号]TQ433.42[文献标识码]A
    [文章编号]1001-4926(2008)04-0075-04
    有机硅胶粘剂的特点是耐高低温、耐腐蚀、耐辐射,同时具有优良的电绝缘性、防水性和耐气候性。可粘合金属、塑料、橡胶、玻璃、陶瓷等,广泛地应用 于飞机制造业、宇宙航行、电子工业、机械加工、汽车 制造、建筑和医疗等领域[1~4]。硅橡胶作为一种有机硅 胶粘剂来说,其缺点是内聚强度低、粘附力弱,但可通过加入偶联剂改性后的白炭黑进行补强来提高粘附强度和内聚强度,同时通过粘接面的表面处理可 进一步提高粘接强度[3~5]。
    本实验通过γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH570)对M-5气相白炭黑进行表面改性,将改性后的白炭黑加入到甲基嵌段室温硫化液体硅橡胶(103胶)中对其进行增强改性,同时对金属和硫化硅橡胶粘接面进行表面处理改性,制备得到高粘接强度的室温硫化(RTV)硅橡胶胶粘剂。
    1.实验部分
    1.1原材料
   实验所用原材料见表1。

    1.2偶联剂处理白炭黑
    将偶联剂KH570按白炭黑质量的15%加入到 120#溶剂油中,加入少量水,调节PH值3~5,10分 钟后按一定比例加入气相白炭黑,然后将混合液倒 入三口瓶。升温至80℃,搅拌反应3h后出料,过滤 烘干。
    1.3试样的制作
    气相白炭黑经硅烷偶联剂处理后,在高速搅拌 机作用下加入到103#液体硅橡胶中,得到补强的混合胶液。混合胶加入交联剂正硅酸乙酯、催化剂二月桂酸二丁基锡,室温下搅拌使其硫化,抽真空制作试 样。
    1.4粘接面表面处理及粘接试样的制作
   金属表面先用砂纸打磨,用蒸馏水洗干净后再 用丙酮处理,晾干后偶联剂进行表面处理。 热硫化硅橡胶片表面先用蒸馏水洗,再用丙酮 清洗脱脂,晾干后用脱脂棉蘸不同偶联剂表面处理 剂,在橡胶表面擦涂两遍,晾干。
表面处理后的金属和热硫化硅橡胶片按 GB11211-89(硫化橡胶与金属粘合强度的测定拉伸 法)制作粘接试样。
    1.5测试
    表面处理前后的白炭黑FTIR红外测试:日本岛 津(Shimadzu)IRPrestige-21红外光谱仪。 粘接强度按GB/T11211-89(硫化橡胶与金属粘 合强度的测定拉伸法)测试。
    拉伸强度按GB/T528-82(硫化橡胶拉伸性能的 测定)测试。
    硬度按GB/T13531-76(橡胶邵氏A型硬度试验 方法)测试。
    粘接面表面接触角测试:上海中晨数字技术有 限公司JC2000C1型静滴接触角/界面张力测量仪。 
    2.结果与讨论
    2.1红外测试结果
    白炭黑表面处理前后的红外分析结果见图1。
                  
    对比图1的白炭黑表面处理前后的红外线图及 表2就能看出,羟基峰(—OH,吸收峰位为 3433cm-1、1629cm-1)明显减弱,说明偶联剂表面处理 改性的效果较好。偶联剂KH570处理后的白炭黑显 示有亚甲基基团特征峰(—CH2—,吸收峰位为2 929cm-)1、羰基特征峰(>C=O,吸收峰位为1700cm-)1, 证明偶联剂KH570处理白炭黑能使白炭黑表面接 枝上偶联剂基团。
    2.2偶联剂用量对硅橡胶力学性能的影响
    本实验采用了偶联剂KH570处理白炭黑,以及 通过改变偶联剂的用量对白炭黑进行处理,处理后 作为增强填料制备了室温硫化硅橡胶,自制的硅橡 胶的力学性能见表3。
                     
    由表3可知,加入白炭黑后,硅橡胶力学强度明 显提高。加入表面处理后的白炭黑的室温硫化硅橡 胶的拉伸强度、扯断伸长率、硬度、粘接强度均有较 大幅度提高。拉伸强度和扯断伸长率随处理后的白 炭黑的加入量增加而增大,这说明偶联剂处理后白 炭黑对硅橡胶的补强效果好,与液体硅橡胶103胶 的相容性较好。表面改性后的气相白炭黑是RTV硅 橡胶非常有效的补强填料,可显著提高强度。这一方 面是由于已表面改性的气相白炭黑粒子的小尺寸效 应和大的比表面积,另一方面是因为KH570中的 γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基[CH2=C(CH3)-COO-(CH2)3-] 链段比较长,容易缠绕在气相白炭黑表面,使得白炭 黑表面的亲油性变好,同时也增强了白炭黑与基胶 的化学键键合力,从而增大了分子间作用力,提高了 硅橡胶的力学性能。加入KH570处理的白炭黑用量 为15%的RTV硅橡胶硫化后拉伸强度最大能达到 2.65MPa,由其配制的胶粘剂对金属与硅橡胶板的粘接强度达到1.5MPa。
    2.3粘接面表面处理对胶粘剂粘接强度的影响
    2.3.1铝试样的表面处理
    采用不同偶联剂处理LY12-CZ铝试样表面,胶粘剂白炭黑质量分数为15%,硅橡胶表面采用KH550和KH560的混合偶联剂溶液进行表面处理,按GB/T528测得的胶粘剂的粘接强度见表4。
                     
由表4可以看出未处理的铝试样其水接触角大,粘接强度小;而偶联剂处理后的铝试样其水接触角变小,粘接强度变大。混合使用的偶联剂的水接触角比单一使用的偶联剂小,铝-硅橡胶片粘接强度大。产生这种情况的原因是KH550含有强极性的氨基基团,而KH560分子的环氧基团的极性小,粘接面表面与胶粘剂的分子间作用力大,表面能高,所以KH550处理的试样比KH560处理的试样粘接强度要大。KH550+KH560混合使用使它们的极性增大,所以粘接强度也变大。
    2.3.2热硫化硅橡胶片表面处理
    采用不同偶联剂处理热硫化硅胶片表面,胶粘 剂白炭黑质量分数为15%,金属表面采用KH550和 KH560的混合偶联剂溶液进行表面处理,按 GB/T528测得的胶粘剂的粘接强度见表5。
    由表5可以看出,硅橡胶表面经偶联剂处理后,水接触角明显变小,试样粘接强度变大。使用单一偶联剂处理的试样的粘接强度虽然都不错,但是它们 的断裂形式都有金属表面断裂,说明使用单一偶联剂处理不能很好地改善硅橡胶表面的粘接性能;而两种偶联剂混合使用处理的粘接试样的断裂形式较好,基本都是从胶粘剂内部断裂,说明它们的处理效果较好。其中以KH550+KH560组成的表面处理剂效果最好。对RTV硅橡胶胶粘剂来说硅烷偶联剂用作被粘物的表面处理剂,可有效地提高其胶接强度,且偶联剂极性越大,粘接强度越高。
                    
    3 结论
    (1)红外测试结果表明,偶联剂KH570处理白 炭黑能使白炭黑表面接枝上偶联剂基团;
    (2)偶联剂KH570处理后的白炭黑补强效果明 显,硅橡胶的力学性能均有所提高。当KH570处理 的白炭黑加入量为15%时,硅橡胶拉伸强度最大可 达到2.65MPa;
    (3)金属和热硫化硅橡胶片经偶联剂表面处理后,水接触角明显变小,粘接强度增大。当金属和热硫化硅橡胶片均采用KH550和KH560的混合偶联剂溶液进行表面处理后,粘接强度最大能达到1.5MPa。
    [参考文献]
    [1]姚慧琴.有机硅胶粘剂的发展与应用[J].江西科学,2005,(3):294-298.
    [2]冯圣玉,张洁,李美江等.有机硅高分子及其应用[M].北京:化学工业出版社,2004:123.
    [3]段先健,吴利民.气相法白炭黑在硅橡胶中的应用[J].有机硅氟资讯,2005,(7):39-41.
    [4]郑丽华,刘钦甫,程宏飞.白炭黑表面改性研究现状[J].中国非金属矿工业导刊,2008,(66):12-15.
    [5]MA RIAD.ROMERO-SANCHEZ,M.MERCEDES PASTOR-BLAS et al.Chlorination of vulcanized SBR rubber by immersion or
brushing in TCI solutions[J].Adhesion Sci.Technol,2001,(13):1601-1619. (责任编辑:曾翔) 
文章来自:中国胶粘剂网
文章作者:网络管理员
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