橡胶自粘性及其影响因素

1、胶料自粘性及影响因素分析作者：栗 娟，辛振祥 时间：2008/11/21 21:07:15 来源：橡胶工业自粘是同种未硫化胶料贴合并停放一定时间后产生的融为一体的现象。它是两个粘合表面的橡胶大分子通过分子热运动相互扩散渗透的结果。自粘性是未硫化胶独有的特性1 。自粘性在成型过程中很重要，因而也被称为成型粘性。自粘性对橡胶加工有利也有弊，它为各制品的贴合成型提供粘合力，保证贴合部位牢固；但有的工序环节中不需要自粘，为了防止粘合，还要使用隔离剂。本文讨论胶料自粘性的产生原理及其影响因素。1 自粘性的产生未硫化胶相互接触时，界面处相互渗透和扩散，这种分子尺度的相互扩散经过一定时间后使 两层胶融为一体

2、。在理想情况下，其粘合力可达到胶料自身强度，从而保证硫化后产品整体性能的均匀，因此可以把自粘视为大分子相互扩散的结果。当两层胶片贴合时，界面处的橡胶大分子链在相互纠缠过程中因热运动而形成空穴，会容许其相邻分子链以链段规模挤入空隙之中，随着时间的延长而最终融为一体，如图1所示。对不同胶种而言，由于空穴的容积、截面积和每个聚合单位的穴数不同，导致自粘力不同。空穴的容积越大，穴数越多，自粘力水平越高。其中最关键的因素是空穴容积，空穴容积小往往容不下相邻分子的链段，在这种情况下，穴数再多也不起作用。不同胶种的空穴容积、面积和穴数见表1。由表1可见，NR的空穴容积和单元空穴数都处于绝对优势，自粘性最强，

3、而EPDM最弱2 。图】橡胶讣r堆段相瓦纠箸讲人空宣示意k一r ”-丁 - - 丁 Er j表1不同股帥的临穴容积、面积利穴數胶种 f . mil-中呎匪只.dm：单丿匕冷呎数NR3 251.192.0SBR2. r1.7BR1 000.401.9hr1 470.602.0E7DM1 470.600.332 自粘性的影响因素2. 1 胶种橡胶的相对分子质量大，对界面相互扩散和渗透都不利，自粘效果差；反之则扩散的自由度大对自粘有利。因此，为保证良好的自粘性，生胶需要充分塑炼。橡胶分子支链的存在不同程度地阻碍了链段的热运动和扩散，因此不利于自粘。极性基团的偶极矩大，对空穴的生成和链段的进入都有阻碍

4、，且极性基团的存在加大了扩散所需的活化能，增大了扩散难度。以 NBR为例，腈基含量不同，扩散活化能也不同。NBR中丙 烯腈质量分数为 0. 196，0. 280和0. 369时，其扩散活化能分别为 19. 85 ,36. 15和69.18 kJ 。由此可见，NBR的丙烯腈含量越大，扩散越困难，自粘性也就越差。结晶是分子链定向排列的结果 ，它使高聚物的硬度提高。结晶度高则扩散系数小，有利于扩散 或自粘性的提高。结晶性橡胶 ，如NR和CR因分子间力大，相互缠结力强，故自粘性好；非结 晶性橡胶如 SBR，BR和NBR等次之，IIR 和EP-DM最差。综上所述，橡胶分子链段的扩散是自粘的基础，而扩散又

5、取决于相对分子质量、支链结构、极性基团和结晶度，NR之所以自粘性强，就是因为在这4个方面均占优势3 。2. 2 配合剂除胶种外，配合剂对胶料自粘性也有调节作用2 。(1) 软化剂软化剂大多为液态，因其分子短小，易渗透到橡胶分子链中，削弱分子链的相互吸引和制约 ， 使间距拉大，扩散自由度增大，从而对自粘性起积极作用。但并非所有软化剂都如此，如石蜡等品种易喷出表面，妨碍界面接触，不利于自粘。而松焦油、沥青和机油等有利于提高自粘性。(2) 补强填充剂表面活性强的品种如炭黑、白炭黑等都能借助于表面的活性基团(如羟基、醚基等)提高橡胶的自粘性。此外，填充剂的粒径与自粘效果有关，粒子越小,效果越好。例如，

6、在NR中分别添加不同品种的炭黑，所得自粘力不同，如表2所示。其 它浅色填料对未硫化胶自粘性也有不同影响。在NR中分别添加40份4种不同浅色填充剂，空白、白炭黑、氧化镁、氧化锌和陶土胶料的自粘力分别为0. 254 ,0. 930 ,0. 532 ,0. 360和0. 307 kN m- 1 ,自粘性都有不同程度的提高，以白炭黑最显著，而陶土最小，这与它们对 橡胶的补强性顺序一致。由此可见，设计自粘性试验配方时，应优先考虑填充剂的粒径和表面 活性，若选用滑石粉、云母或石墨等品种，则有损于自粘性。丧】廉黒品种对H自粘性的形响媒黑品种* /： nm自粘力F (kN m l)高耐磨尿黑26- 50o.w

7、49-600.50911000 46中粒r热裂法炬201、500040.(3)粘合增进剂粘合增进剂主要有以下几个方面的作用4 :改善SR的自粘性，提高加工性能；提高胶粘剂的内聚力和对各种表面的粘合性，增强其耐热性及粘合保持性；增大胶粘带用胶粘剂、热熔胶粘剂和印刷油墨等的粘合力。粘合增进剂多为热塑性树脂 ，相对分子质量为2001 500，玻璃化温度和软化点均较低 ，软 化点范围为5150 C，常温下呈半液态或固态 ，故在单独存在或配入适当溶剂后具有流动 性。增粘树脂主要有天然树脂及其衍生物和合成树脂两大类。天然树脂及其衍生物包括松香类树脂、聚萜烯类树脂和萜烯酚醛树脂等；合成树脂包括聚合类树脂和缩

8、合类树脂。有效的橡胶粘合增进剂应具备以下条件：与橡胶基质的相容性好；本身具有很强的粘合性；增粘效果持久且随时间的延长变化小；不降低硫化速度及硫化胶的物理性能。目前，粘合增进剂在粘合中的作用机理仍不是很清楚。胶料中加入粘合增进剂后，粘度下降，局部流动变易，粘合性提高，其原因可能是粘合增进剂增强了橡胶分子的自由运动，从而增进两粘合面的相互渗透和扩散，使两种材料达到均一融合并牢固地粘合在一起。一般情况下，有适当相对分子质量、具有支化结构、含有极性以及具有空间障碍作用基团的增粘树脂具有较好的增粘效果。2. 3 工艺条件工艺方面，提高自粘性的途径包括1 :掺用NR对SR而言)；用溶剂擦拭待粘表面， 让溶

9、剂小分子进入待粘表面，促进相互扩散；对贴合部位加热、加压 ，增强分子热运动，使 界面部位的分子更贴近。3 自粘性的测定方法自粘性的测定方法有两种 : 一是对接粘性试验法 , 即测定恒定负荷下试样完全分离的时间或 恒定伸长率下试样完全分离时的最高应力 , 对接粘性试验机有粘合计、 粘性计和改良粘合计 二是剥离粘性试验法 , 即测定恒定负荷下试样剥离一定长度所需的时间或恒定伸长率下试样 剥离面上单位面积耗用的能量 , 测试仪器为普通拉力试验机 , 剥离粘性试验根据剥离角度不 同, 分为 90和 180两种。目前国内对混炼胶粘性的测定方法还没有统一的标准, 也缺少专用测试仪器 , 基本采用 180剥离法 ,即对定宽、定长的两试样均匀施加一定的负荷, 一定时间后在恒定剥离速度下测定剥离强度或在恒定负荷下测定剥离时间5 。4 结语未硫化胶的自粘性是橡胶制品成型工艺的重要指标。要获得自粘性好的半成品 , 首先应考虑 使用具有良好自粘性的胶种 , 并通过改变配合体系和工艺条件来提高自粘性。参考文献 : 1 君 轩 . 自粘和自粘性 J . 世界橡胶工业 ,2004 ,31 (11) :48. 2 刘 鸿 . 橡胶胶料的自粘性 J . 橡胶工业 ,1980 ,27 (1) : 37245. 3 赵光贤 . 橡胶的自粘与胶鞋生产 J . 特种橡