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第6章 胶黏剂教学课件


第六章 橡 胶 胶 黏 剂
娄春华

What?is?rubber?
Rubber is also called elastomer弹性体. It is defined as a cross-linked amorphous polymer above its glass transition temperature.

Nature rubber-PIP Synthesize rubber

CH2

C CH3

CH

CH3

n

?Polybutadiene ? Polyisobutylene ?Polychloroprene

Rubber?products

z 橡胶类胶黏剂是以橡胶为基料配制而成的胶黏剂。 z 几乎所有的天然橡胶和合成橡胶都可以用于配制胶 黏剂。 z 按橡胶基料的组成,可分为天然橡胶胶黏剂和合成 橡胶胶黏剂两大类。

z 橡胶是一种弹性体,不但在常温下具有显著的高弹性, 而且能在很大温度范围内具有这种性质,变形性可达数 倍。 z 利用橡胶这一性质配制的胶黏剂,柔韧性优良,具有优 异的耐蠕变、耐挠曲及耐冲击震动等特性,适用于不同 线膨胀系数材料之间及动态状态使用的部件或制品的胶 接。

z 合成橡胶胶黏剂是以合成橡胶为基料配制的胶黏剂。 z 常用的合成橡胶胶黏剂的品种主要有氯丁橡胶、丁腈 橡胶、丁苯橡胶、硅橡胶等。 z 氯丁橡胶胶黏剂是合成橡胶胶黏剂种产量最大、用途 最广的一个品种。

粘接过程

第一节 氯丁橡胶胶黏剂

z 氯丁橡胶胶黏剂的主要成分是氯丁橡胶,是氯丁二烯的聚 合物,其结构比较规整,分子上又有极性较大的氯原子, 故结晶性强,在室温下就有较好的胶接性能和内聚力。非 常适宜作胶黏剂。

CH2 C CH CH2 n Cl

1.?氯丁橡胶胶黏剂的优点

z ① 具有仅次于丁腈橡胶胶黏剂的高极性,故对极性物 质的胶接性能良好; z ② 在常温不硫化也具有较高的内聚强度和粘附强度; z ③ 具有优良的耐燃、耐臭氧、耐侯、耐油、耐溶剂和 化学试剂的性能;

z ④ 胶层弹性好,胶接体的抗冲击强度和剥离强度好; z ⑤初粘性好,只需接触压力便能很好地胶接,特别适 合于一些形状特殊的表面胶贴; z ⑥ 涂覆工艺性能好,使用简便。

氯丁橡胶胶黏剂的缺点

z ① 耐热性、耐寒性差; z ② 贮存稳定性较差,容易分层、凝胶和沉淀。

氯丁橡胶胶黏剂的类型

z 氯丁橡胶胶黏剂可分为溶液型、乳液型和无溶剂液体 型三种。 z 目前仍以溶液型用量最大。

2.氯丁橡胶胶黏剂的主要成分及作用

z 一般的氯丁橡胶胶黏剂是由氯丁橡胶、硫化剂、树脂 、防老剂、溶剂、填充剂、促进剂等组成。

(一)氯丁橡胶

z 由氯丁二烯经乳液聚合而制得。

CH2 C CH CH2 n Cl

氯丁橡胶按聚合条件又可分成硫磺调节通用型( G型)、非硫调节通用型(W型)以及胶接专用型三 大类,各类氯丁橡胶虽然都可配成胶黏剂,但它们的 性能却有很大的差别,因此必须根据应用的具体要求 来正确地加以选择。

(二)硫化剂

z 硫化剂是促使橡胶(生胶)发生硫化反应(即交联 反应)的物质。 z 最常用的硫化剂是氧化锌和氧化镁。 z 氧化镁以轻质氧化镁为好,氧化锌应选用橡胶专用 的氧化锌。

z 氧化镁的主要作用是吸收氯丁橡胶在老化过程中放 出的氯化氢气体,是一种有效的稳定剂,也有硫化 作用。同时,氧化镁与树脂反应可防止胶黏剂的沉 淀分层,避免胶料在混炼过程中发生焦烧现象 。
z 橡胶的焦烧是超前硫化现象,即是橡胶硫化前的各项工序 (? 炼胶、胶料存放 、挤出、压延、成型 ) 中出现的提前硫化现象,故也可称为早期硫化。使用 门尼粘度计及硫化仪可以防止胶料焦烧。焦烧了的橡胶外观看其是凹凸不平 而且内部出现很多空,手感很差。和没有焦烧的橡胶对比下就可以看出来了 。

(三)防老剂

z 氯丁橡胶胶黏剂不加防老剂也能使用,但为防止橡 胶分解,改善耐老化性能,一般加入2%左右的防老 剂。 z 其中以防老剂甲和防老剂丁用得较多,特别是防老 剂丁的防老效果好,价格又便宜,故用得最多。但 易变色。

常用的防老剂





简 称 防老剂A ( 或甲) 防老剂D(或 丁) 防老剂 BHT 防老剂 SP 防老剂NS-6 防老剂NS-7

污染性

熔点(℃)

备 注 会使胶液变色

N‐苯基‐α‐萘胺 N‐苯基‐β-萘胺 2,6‐二叔丁基 对甲酚 苯乙烯化苯酚 4‐甲 基‐ 6‐叔 丁 基苯酚 2,5‐二叔丁基 对苯二酚

有 有 无 无 无 无

50 会使胶液变色 105 69 液体 120 200

(四)溶剂

z 溶剂使胶液具有合适的工作黏度和固体含量。 z 溶剂的种类和用量关系到氯丁橡胶胶黏剂的溶解性、 稳定性、渗透性、初粘性、胶接强度以及燃烧性和毒 性等。

z 氯丁橡胶能溶于芳香族溶剂(如苯、甲苯、二甲苯等 )、氯化物溶剂(如三氯乙烯、四氯化炭等)和某些 酮类,而对丁酮则为半溶性。 z 它不溶于单独的丙酮、脂肪烃(如己烷、汽油)及酯 类(如醋酸甲酯、醋酸乙酯)等溶剂中,而溶于它们 以一定比例混合的溶剂中。

氯丁橡胶混合溶剂比例

混合溶剂

比例 (体积比)

混合溶剂

比例 (体积比)

甲苯:醋酸乙酯 甲苯:丁酮 甲苯:丙酮 甲苯:正己烷

33:67 46:54 57:43 68:32

正己烷:醋酸乙酯 环己烷:醋酸乙酯 环己烷:丙酮 丁酮:正己烷

33:67 66:34 40:60 30:70

(五)树脂

z 加入树脂可提高橡胶胶黏剂的胶接性,有利于胶接表面 光滑的材料,如金属、玻璃和塑料。 z 应用最广泛的是对叔丁基酚醛树脂(牌号为2401),用 量为45~95份。 z 树脂与氧化镁的比例为 10 : 1 ,树脂与氧化镁预反应需 少量水催化,水量通常为树脂质量的0.5%~1%。

(六)填料

z 用于改善操作性能,降低成本和减少体积收缩率。 z 常用的填料有碳黑、白碳黑、重质碳酸钙、陶土、滑石粉 等,其中用重质碳酸钙的胶剥离强度较高。

3.氯丁橡胶胶粘剂的制备

z 氯丁橡胶胶黏剂可以用混炼法和浸泡法来制备。

(一)混炼法

z 将氯丁橡胶在炼胶机上进行塑炼,塑炼后的橡胶需加 入各种配合剂进行混炼。 z 加料次序为氯丁橡胶、促进剂、防老剂、氧化锌、氧 化镁和填料等。 z 混炼温度不宜超过 60℃,混炼时间在保证各种配合剂 充分混合均匀的条件下应尽量缩短。

z 将混炼好的胶破碎成小块放入带有搅拌的溶解池内, 搅拌至溶解,需对氯丁橡胶胶黏剂进行改性时,只需 将树脂与氧化镁的预反应树脂加入搅拌均匀即可。即 制得溶剂型氯丁橡胶胶黏剂。

(二)浸泡法

z 先将氯丁橡胶与混合溶剂放入密闭容器内浸泡,一般 泡 2 ~ 3 天,使氯丁橡胶能很好溶胀,然后移至反应釜 内加热至 50℃左右,搅拌至溶解,加入各种配合剂, 再充分搅拌均匀即可。

z 这两种方法就其胶接强度来说,混炼法优于浸泡法; 贮存性能混炼法优于浸泡法。 z 混炼法需有开放式或密闭式炼胶机,混炼工艺相对来 说比较麻烦,而浸泡法则简单。

第二节 丁腈橡胶胶黏剂

概述
z 丁腈橡胶(代名NBR)是丁二烯和丙烯腈共聚而制得的 一种合成橡胶,也包含添加第三单体的改性品种。以丁 腈橡胶为主要粘料或配合改性剂、辅料等制成的胶黏剂 称之为丁腈橡胶胶黏剂。 z 丁腈橡胶有干胶、液体胶和胶乳。按丁腈橡胶中丙烯腈 含量(%)分有极高(>42)、高(36~41)、中高( 31~35)、中(25~30)和低(<24)五类。

概述

m CH2

CH CH CH2 + CH2

CH

CN

CH2

CH

CH

CH2

m

CH2

CH n CN

性能

z 丁腈橡胶中丙烯腈含量对性能有较大的影响,含量高,耐 油性、耐水性、耐化学介质性均可提高,但弹性减小,低 温性变差。 丙烯腈含量和玻璃化温度的关系
丙烯腈含量,% 18 26 40

玻璃化温度,℃

‐45

‐26

‐22

用途
z 丁腈橡胶胶黏剂主要用于软聚氯乙烯、丁腈橡胶的胶接 ,或金属、木材、皮革、纸张、织物、陶瓷及水泥制品 等胶接或复合。 z 丁腈胶乳主要用于织物浸渍、无纺织物、地毯、人造毛 皮、海绵制品及石棉等胶黏剂以及皮革、纸张的处理。 z 丁腈橡胶胶黏剂也是一种通用的胶黏剂,由于价格及工 艺性等因素,不及氯丁橡胶胶黏剂那样普及。

第三节 丁苯橡胶胶黏剂

概述
z 丁苯橡胶(代名 SBR )是以丁二烯和苯乙烯为单体,经 共聚后得到的线型高分子弹性体。 z 丁苯橡胶是合成橡胶中开发较早的品种,最先用来替代 天然橡胶。

m CH2

CH CH CH2 + CH2

CH

CH2

CH

CH

CH2

m

CH2

CH n

性能

z 丁苯橡胶产量大,低格低廉,耐老化性比天然橡胶优良, 因而在合成橡胶中是耗量最多的品种。 z 配制成的溶液胶黏剂具有较好的工艺性,并对泡沫塑料不 起溶蚀作用。

缺点

z 初粘力较差,胶接强度不高,必须配合增黏树脂来改善, 掺加多异氰酸酯(如三苯甲烷三异氰酸酯,俗名列克钠) 虽可较大地提高胶接强度,但胶液的适用期要大大地缩短 。 z 引入羧基的丁苯胶乳硫化时可不用较多的硫黄而用氧化锌 进行硫化,由于引入羧基后,胶乳的极性增加,胶粘力也 有改善,并易与增黏剂相混,从而提高胶接性和耐水性。

用途
z 溶液胶黏剂可用于聚氨酯、聚苯乙烯等泡沫塑料本身胶接 或同胶合板、波纹板及金属板的胶接。 z 配制成压敏胶用于制作玻璃纸、聚氯乙烯、聚丙烯基膜的 压敏胶粘带。 z 配制成喷涂胶黏剂可用于纸、纸板、织物、木材等基材的 胶接。

用途
z 建材方面可作板条、地板及地砖胶接用胶黏剂。 z 可配制成腻子状嵌缝密封剂,用于汽车的缝隙密封。 z 丁苯胶乳胶黏剂用于簇绒地毯背衬、非织造布、轮胎帘子 线、折叠纸封边以及硬聚氯乙烯地砖、人造草坪、纸张等 涂胶或浸胶后胶接。

第四节 聚异丁烯及丁基橡胶胶黏剂

概述
z 聚异丁烯及丁基橡胶均是弹性体,两者的差别是聚异丁烯 为均聚物,而丁基橡胶是异丁烯与少量异戊二烯的共聚物 ,广泛应用于胶黏剂及密封剂领域中。 z 聚异丁烯具有较好的粘附性,但胶接强度不高,故常被用 作胶黏剂中的粘料和增粘剂,也可作为其它胶黏剂的改性 剂。

CH3 C CH3 CH2 n

1.聚异丁烯

z 聚异丁烯的化学结构中几乎不含双键,虽具弹性体性能 ,但不能像一般橡胶那样可以硫化,因而不能得到如硫 化橡胶胶黏剂那样高的胶接强度。 z 结构中无极性基团,虽有高的粘附性,但对极性材料的 粘附力就较差,为此常与树脂和给予极性的物料进行掺 混,提高其对材料的胶接性,应用于配制压敏胶黏剂及 密封胶等。

聚异丁烯的性能
z 聚异丁烯的相对密度为0.92。低分子量产品为无色透明或 半透明的黏稠液体,高分子量产品为白色到浅黄色的紧韧 弹性橡胶。 z 聚异丁烯的稳定性好,具有良好的耐氧化、耐臭氧、耐碱 等特性,高分子量还具有较好的耐寒性;电性能特别优良 ,适用于电气及电子工业中。

聚异丁烯的用途
z 低分子量聚异丁烯具有自粘性,常用作为胶黏剂、压敏胶 、热熔胶及密封胶中的增粘剂,有助于对难粘材料的粘附 性,特别是对聚烯烃材料的胶接有改善;将它升温至 150~175℃,可成为具有流动的液体。 z 高分子量聚异丁烯主要用于压敏胶、热熔胶及密封胶中。 z 聚异丁烯一般用于塑料薄膜、橡胶、金属箔和纸等胶粘。

2.?聚丁烯‐1
z 聚丁烯‐1是烯烃类聚合物,是C4烯烃之一。 z 聚 丁 烯 的 软 化 点 为 128℃ , 脆 化 点 ‐45? ℃ 。 相 对 密 度 0.87~0.91。有较好的耐低温流动性和耐蠕变性,又有突出 的耐环境应力开裂性;密封性良好,具可挠性的高填料填 充性。 z 主要用于车辆、建筑的填隙密封等。

CH3 C CH3 CH2 m CH2

CH3 C

3.丁基橡胶胶黏剂
CH CH2 n

z 丁基橡胶是由异丁烯与少量( 0.6~4.5%)异戊二烯共聚 制得的高饱和弹性体,不饱和度极低,与天然橡胶( 100%不饱和)相比,有较好的稳定性和耐老化性;相反 地弹性要差,含不饱和双键极少,硫化速度较慢。 z 丁基橡胶无极性基团,虽有高的粘附性,但胶接力不高 ,通常采用卤化方法来改善胶接力。 z 用于配制压敏胶、腻子、密封条、密封胶带。低分子量 丁基橡胶用于配制电气电子用封装料以及作可硫化的增 粘剂、增塑剂等。

第五节 天然橡胶胶黏剂

概述
z 天然橡胶大都是从三叶橡胶树上采集的胶乳,固含量约 35% ,经酸凝固,并经滚压,干燥而得弹性体,称为生 橡胶。

CH3 CH2 C CH CH2 n

性能
z 天然橡胶是一种结晶橡胶,自补强性较大,故有优良的机 械强度; z 又系非极性橡胶,有良好的电绝缘性; z 具有很好的弹性,在0~100℃范围内,回弹率达70~80%, 低于‐70?℃时才失去弹性而变成脆性物质。 z 天然橡胶有较好的耐碱性能,但不耐浓强酸; z 耐一些极性溶剂,但在非极性溶剂中则溶胀,故其耐油性 、耐非极性溶剂性很差。

用途
z 用于低强度的胶接、纸及多孔材料、皮鞋制作中皮革与橡 胶,室内装饰品中织物、橡胶及皮革的胶接。 z 还用于纺织品、地毯、毡、包装材料、胶鞋中橡胶与织物 的胶贴,金属箔与纸或木材的复贴,海绵橡胶本身胶粘或 同金属及木材的胶粘,用作压敏胶及制作医用胶粘带等。

思考题
z 1. 氯丁橡胶胶黏剂的特点。 z 2. 丁腈橡胶胶黏剂的特点。 z 3. 丁苯橡胶胶黏剂的特点。 z 4. 丁基橡胶胶黏剂的特点。


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