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引 言
橡膠與金屬是兩種不同的材料，它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能有著很大的差別。借助橡膠與金屬的粘合，可以使兩種材料結(jié)合成人們所需要的有著不同構(gòu)型和不同特性的復(fù)合體。以橡膠材料包覆于金屬表面既可提高金屬材料的耐腐蝕性，吸收沖擊和振動(dòng)，降低噪音，同時(shí)還可通過在橡膠中填充某些金屬中無法添加的特殊材料，使其獲得某些特殊功能。
金屬與硫化橡膠粘合在許多工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，如航天，輕紡，電子，電視，無線電，機(jī)械等。盡管其粘合強(qiáng)度不如未硫化橡膠理想，但其工藝簡(jiǎn)便，不需要設(shè)備就能解決未硫化橡膠硫化粘合所不能解決的問題。尤其是在室溫下借助膠粘劑使金屬與硫化橡膠粘合更加簡(jiǎn)便實(shí)用，但由于硫化橡膠與金屬的模量差別比較大，所以硫化橡膠與金屬粘合很困難，雖然很多人研究過這個(gè)問題，但并沒有取得很大的進(jìn)展[2]。
隨著膠粘劑工業(yè)和粘接技術(shù)的發(fā)展,金屬與橡膠的粘接已廣泛應(yīng)用于汽車制造、軍工方面、道路橋梁以及機(jī)械制造等很多領(lǐng)域。采用橡膠與金屬等材料復(fù)合,以期利用橡膠的高彈性與金屬的剛性,使這類材料獲得更好的強(qiáng)度和耐久性,同時(shí)獲得減振、耐磨等功能。
對(duì)于已經(jīng)硫化的非極性橡膠與金屬粘合，尤其在室溫下進(jìn)行的粘合，要獲得較佳的粘合效果卻是十分困難的。這是由于硫化橡膠表面的極性較弱、粘接性于自粘性較差，并且存在噴霜物，因此要想把它粘合到強(qiáng)極性的金屬表面上就必須對(duì)其進(jìn)行清理和化學(xué)處理。所采用的方法為對(duì)橡膠與金屬表面進(jìn)行機(jī)械打磨，并用溶劑除掉硫化橡膠表面的石蠟、硬脂酸等軟化劑噴出物以及隔離劑的污染物。
環(huán)氧樹脂粘合劑與金屬的粘合性能優(yōu)異，可作為金屬材料粘合的結(jié)構(gòu)膠使用，其粘合強(qiáng)度有時(shí)甚至超過金屬材料的自身強(qiáng)度。用環(huán)氧樹脂粘合劑進(jìn)行橡膠與金屬的粘合，由于環(huán)氧樹脂固化后的彈性模量接近金屬，遠(yuǎn)大于普通的硫化橡膠，從而使環(huán)氧樹脂與金屬的粘合性能較好，而與橡膠的粘合強(qiáng)度較低，即所有膠接破壞都出現(xiàn)在橡膠與粘合劑的層面間，這一點(diǎn)我們已經(jīng)通過大量試驗(yàn)予以證明。所以解決非極性硫化膠與環(huán)氧樹脂的粘合問題，是提高非極性硫化橡膠與金屬粘合性能的關(guān)鍵。使膠接破壞均為橡膠本體破壞(大于90%)，這樣才能達(dá)到最佳的整體粘合效果。
第1章 文獻(xiàn)綜述
1.1 等離子體概述
早在20世紀(jì)20年代,有人就提出了等離子體的基本概念。從20世紀(jì)60年代至今,等離子體逐漸發(fā)展成為一門涉及化學(xué)、物理、電子、材料、反應(yīng)控制、計(jì)算機(jī)和表面學(xué)等學(xué)科的交叉學(xué)科,在金屬材料上的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛;但在橡膠方面的應(yīng)用遠(yuǎn)不及金屬材料。隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)橡膠表面進(jìn)行改性，有效地引入等離子技術(shù)，可以提高金屬和橡膠之間的粘合力，擴(kuò)大工藝適用范圍，增加產(chǎn)品品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省原材料和能源，降低操作者勞動(dòng)生產(chǎn)率，和減輕以致免除環(huán)境污染等方面產(chǎn)生了良好效果。
一般來說，傳統(tǒng)的處理方法是采用酸洗處理來提高橡膠的表面極性，從而提高粘接強(qiáng)度。但是這種工藝方法存在著很大的缺陷，如大量使用強(qiáng)酸會(huì)造成環(huán)境污染(空氣污染及廢酸的處理等)，影響生產(chǎn)工人的健康;處理橡膠的程度(深度、均勻性、時(shí)間等)在大批量生產(chǎn)時(shí)不易拿捏，等等。因此，有必要研究用一種新的工藝方法來對(duì)橡膠表面進(jìn)行改性處理。等離子體表面技術(shù)在提高橡膠與金屬材料的粘結(jié)方面發(fā)揮了重要作用。在多種可供選擇的表面改性處理技術(shù)中，等離子體技術(shù)，特別是低溫等離子體技術(shù)是一種較為理想的新技術(shù)。這種技術(shù)具有常溫工作、狀態(tài)穩(wěn)定、處理均勻、無污染等優(yōu)點(diǎn)，特別是能夠提供高電離度、高活性的等離子體，已被廣泛地用于處理各種材料的表面，在電子、機(jī)械、塑料、橡膠等工業(yè)和生物醫(yī)學(xué)工程方面有重要的應(yīng)用。
目前，用于表面改性處理的等離子體系統(tǒng)主要使用三個(gè)頻段:小于100khz的低頻、13.56mhz的射頻和2.45ghz的微波，其中射頻和微波最為常用。現(xiàn)在，等離子體在工藝上已比較容易控制，對(duì)環(huán)境污染小，因此有可能作為橡膠表面改性處理的新一代方法。雖然應(yīng)用低溫等離子體對(duì)聚合物表面進(jìn)行改性處理的文獻(xiàn)報(bào)道不少，但利用微波低溫等離子體對(duì)非極性橡膠材料表面進(jìn)行改性處理以增加粘合力的工作在國內(nèi)外卻還未見報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)對(duì)等離子體技術(shù)在改善非極性橡膠表面性能方面的應(yīng)用做了探索性研究。
1.1.1 等離子體物理概念
等離子體是電離到一定程度的氣體 ，即電離度超過0.1%的氣體，是由離子、電子和中性離子(原子和分子)所組成的集合體。等離子體整體呈中性，但有相當(dāng)數(shù)量的電子和離子，表現(xiàn)相應(yīng)的電磁學(xué)等性能，如等離子中有帶電粒子的熱運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散，也有電場(chǎng)作用下的遷移。等離子體是一種物質(zhì)能量較高的聚集狀態(tài)，它的能量范圍比氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)物質(zhì)都高，所以被稱為物質(zhì)的第四態(tài)。