簡述膠料的自黏性
       
圖8-14 膠料自黏過程
       所謂自黏性,是指同種膠料兩表面之間黏合性能。通常制品成型操作中多半是將同一類的膠片或部件黏合在一起,因此自黏性對半成品的成型如制品性能有重要作用。
       自黏是黏合的一種特殊形式,大分子的界面擴散,對膠料的自黏性起著決定性的作用。擴散過程的熱力學先決條件是接觸物質的相容性;動力學的先決條件是接觸物質具有足夠的活動性。圖8-14是膠料的自黏過程。
(1)接觸  在外力作用下,使兩個接觸面壓合在一起,通過一個流動過程,接觸表面形成宏觀結合。
(2)擴散  由于橡膠分子鏈的熱運動,在膠料中產生微空隙空間,分子鏈鏈端或鏈段的小部分就能逐漸擴散進去。由于鏈端的擴散,導致在接觸區和整體之間發生微觀調節作用?;疃苑腫恿炊嗽誚緱婕淶睦┥?導致黏合力隨接觸時間延長而增大。這種擴散最后造成接觸區界面完全消失。
       從上述自黏過程可以看出,橡膠分子的擴散需在一定的壓力下進行,膠料的初始自黏強度隨接觸壓力增大而增加;另外,橡膠分子的擴散過程也需要經歷一段時間方能完成,因此膠料的自黏強度隨接觸時間增加而增大,自黏強度與接觸時間的平方根呈線性關系。
一.橡膠分子結構的影響
(1)分子鏈柔性的影響一般說來,鏈段的活動能力越大,擴散越容易進行,自黏強度越大。例如順丁橡膠,隨1,2-結構含量增加,自黏強度明顯增大。
因為1,2-結構中的乙烯基側鏈上的雙鍵比較容易圍繞—CC一單鍵旋轉而取向,而這種取向可增強兩接觸面之間的相互作用,所以隨1,2-結構含量增加,接觸面上的乙烯基數量也增加,于是提高了初始黏合強度。在最終自黏強度區域,試樣的斷裂屬于內聚破壞,不發生在原來的界面上。試樣的內聚破壞是聚合物分子鏈滑動的結果,而不是化學鍵斷裂的結果。乙烯基側鏈可能給分子鏈的滑動造成困難,所以增加1,2結構的含量,即增加乙烯基含量,會導致最終自黏強度提高,但所需的接觸時間要長一些當分子鏈上有龐大側基時,阻礙分子熱運動,因此其分子擴散過程緩慢。
(2)分子極性的影響
極性橡膠其分子間的吸引能量密度(內聚力)大,分子難以擴散,分子鏈段的運動和生成空隙都比較困難,若使其擴散需要更多的能量。在丁腈橡膠膠料自黏試驗中發現,隨氰基含量增加,其擴散活化能也增加。
(3)不飽和度的影響
含有雙鍵的不飽和橡膠比飽和橡膠更容易擴散。這是因為雙鍵的作用使分子鏈柔性好,鏈節易于運動,有利于擴散進行。如將不飽和聚合物氫化使之接近飽和,則其擴散系數只有不飽和高聚物的47%~61%。
(4)結晶的影響
兩種乙丙橡膠的自黏性試驗表明,結晶性好的乙丙橡膠缺乏自黏性,而無定形無規共聚的乙丙橡膠卻顯示出良好的自黏性。因為在結晶性的乙丙橡膠中,有大量的鏈段位于結晶區內,因而失去活動性,在接觸表面存在結晶區、鏈段的擴散難以進行。同樣,在氯丁橡膠中有部分結晶時,自黏性下降;高度結晶時,自能性就完全喪失了。為使高度結晶的橡膠具有一定的自黏性,必須設法提高分于活動性,為此可提高接觸表面溫度,使之超過結晶的熔融溫度,或以適當的溶劑使接觸表面溶劑化。
二.填充體系的影響
無機填料對膠料自黏性的影響,依其補強性質而變化,補強性好的,自黏性也好。各種無機填料填充的天然橡膠膠料的自黏性,依下列順序遞減:白炭黑>氧化鎂>氧化鋅>陶土。炭黑可以提高膠料的自黏性。在天然橡膠和順丁橡膠膠料中,隨炭黑用量增加,膠料的自黏強度提高,并出現最大值。填充高耐磨炭黑的天然橡膠膠料,隨炭黑用量增加,自黏強度迅速提高,在80質量份時自黏強度最大;順丁橡膠膠料在高耐磨炭黑用量為60質量份時,自黏強度最高。當炭黑用量超過一定限度時,橡膠分子鏈的接觸面積太少,造成自黏強度下降。天然橡膠比順丁橡膠的自黏強度高,是因為天然橡膠的生膠強度和結合橡膠數量都比順丁橡膠高。
三.增塑劑的影響
增塑劑(或軟化劑)雖然能降低膠料黏度,有利于橡膠分子擴散,但它對膠料有稀釋作用,使膠料強度降低,結果使膠料的自黏力下降。
四.增黏劑的影響
使用增黏劑可以有效地提高膠料的自黏性。常用增黏劑有松香、松焦油、妥爾油、萜烯樹脂、古馬隆樹脂、石油樹脂和烷基酚醛樹脂等,其中以烷基酚醛樹脂的增黏效果最好。容易噴出的配合劑,如蠟類、促進劑TMTD、硫黃等應盡量少用,以免污染膠料表面,降低膠料的自黏膠料焦燒后,自黏性急劇下降,因此對含有二硫代氨基甲酸鹽類秋蘭姆類等容易引起焦燒的硫化體系要嚴格控制,使其在自黏成型前不產生焦燒現象。
 
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