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從環(huán)境效益和降低成本的角度來看,熱塑性彈性體(TPV)已被廣泛應(yīng)用于許多工業(yè)應(yīng)用,特別是汽車密封的應(yīng)用。在這種情況下,TPV與硫化膠之間的粘接性能是非常重要的。本文研究了TPV與硫化膠粘接的影響因素。
1.導(dǎo)言
TPV由于在生產(chǎn)過程中具有環(huán)保效益和降低成本等優(yōu)點(diǎn),在汽車應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用。環(huán)保效益包括減重、可回收、的固化、節(jié)能等。與硫化橡膠相比,其工藝簡單,生產(chǎn)效率高,降低了成本。TPV技術(shù)被認(rèn)為是提高生產(chǎn)力和性能的技術(shù)。
以乙丙橡膠(EPDM)和聚丙烯(PP)為基礎(chǔ)的TPV粘結(jié)材料,主要用于玻璃轉(zhuǎn)角、車門密封角、防水、端蓋、車身焊接等汽車密封領(lǐng)域。
2.粘附的關(guān)鍵因素
如上文所述,采用TPV作為轉(zhuǎn)角部件和EPDM用于直件的密封件可以通過注接成型來生產(chǎn)。此時(shí),TPV與固化的EPDM通過熱熔鍵合結(jié)合。TPV與固化的EPDM之間粘附的關(guān)鍵因素是什么?圖2中的TEM顯微照片顯示了TPV與固化的EPDM的粘附界面。如圖所示,TPV界面處存在PP相??紤]到上述情況,TPV和固化的EPDM的粘結(jié)力似乎受到以下三個(gè)因素的影響:
PP的性能
TPV的形態(tài)
固化的EPDM的表面條件。
以下是這三個(gè)因素的詳細(xì)說明。
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2.1 PP的性能
在這一部分中,我們研究了聚丙烯的性能,如結(jié)晶度和分子量,對(duì)粘結(jié)特性的影響。表2匯總了詳細(xì)信息。在此,通過PP的注接成型和固化的EPDM制備試樣。用透射電鏡(TEM)觀察了PP與EPDM界面的形貌。圖3顯示了PP結(jié)晶度對(duì)形貌的影響,暗區(qū)EPDM相,亮區(qū)PP相。結(jié)果表明,PP的結(jié)晶層滲透到EPDM中。此外,發(fā)現(xiàn)PP的結(jié)晶度影響結(jié)晶層的數(shù)量和對(duì)EPDM的滲透深度。低結(jié)晶度PP比高結(jié)晶度PP具有更多的結(jié)晶層和更深的穿透深度。這些結(jié)果表明,在注接成型過程中,熔融的低結(jié)晶度PP比高結(jié)晶度PP更深入地滲透到固化的EPDM中。
表 2
總之,低結(jié)晶度PP比高結(jié)晶度PP更容易滲透到固化EPDM中,從而提供了更高的附著力。圖4顯示了低結(jié)晶度PP的分子量對(duì)其形貌的影響。結(jié)晶層的穿透深度與PP的分子量無關(guān)。另一方面,PP分子的糾纏度隨著分子量的增加而增大。結(jié)果表明,PP的纏結(jié)度增加,使其與固化的EPDM具有較強(qiáng)的附著力。
2.2 TPV的形態(tài)
研究了TPV的形態(tài)對(duì)粘接性能的影響。表3匯總了示例詳細(xì)信息。TPV 1表現(xiàn)為EPDM顆粒的粗分散,粘接強(qiáng)度較弱。TPV 2表現(xiàn)了EPDM良好的分散形態(tài),粘接強(qiáng)度較強(qiáng)。為了研究TPV中EPDM分散相的影響,我們用原子力顯微鏡(AFM)觀察了TPV與EPDM的界面(圖5)。從AFM照片可以看出,TPV通過界面上的PP相與固化的EPDM結(jié)合。結(jié)果表明,具有良好分散形態(tài)的TPV 2的粘接面積比表面粗糙的TPV 1更大、更均勻。結(jié)果表明,均勻分散的EPDM形態(tài)可以提高TPV與固化EPDM界面之間的粘著性。因此,TPV 2具有更高、更穩(wěn)定的粘附特性。
2.3固化EPDM的表面狀況
如前所述,固化致密的EPDM的表面比固化的EPDM海綿表面光滑。本部分研究了EPDM的表面粗糙度對(duì)粘結(jié)性能的影響。圖6顯示了在實(shí)驗(yàn)中使用的EPDM的表面粗糙度。
3.結(jié)果
研究了影響TPV粘結(jié)和固化致密EPDM的因素。因此,研究表明,以下幾點(diǎn)對(duì)于提高TPV與EPDM之間的粘合強(qiáng)度是非常重要的。
PP的結(jié)晶度和分子量:
熔融低結(jié)晶度PP深入固化EPDM相,且隨著PP分子的增加,PP與固化EPDM有較強(qiáng)的附著力。
TPV的形態(tài):
TPV中均勻分散EPDM的形態(tài)增加了附著力。
EPDM粗糙度:
EPDM表面孔隙數(shù)的增加,提高了物理錨固效果。
基于本研究的結(jié)果,我們開發(fā)出了與EPDM粘結(jié)性能的TPV 1300系列。