CN105949490A - 用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法及应用。该表面处理方法包括对超高分子量聚乙烯骨架材料进行等离子体表面活性处理、涂硅烷偶联剂、烘烤、涂胶黏剂和干燥，在应用中通过热硫化的方式实现超高分子量聚乙烯与橡胶的有效粘接。采用本发明的表面处理方法，超高分子量聚乙烯骨架材料与橡胶的粘接强度可以达到30N/mm，覆胶率可以达到90％以上。本发明的表面处理方法特别适用于解决超高分子量聚乙烯表面与橡胶无法实现高粘接强度、高覆胶率粘接的情况。

Description

用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法及应用

技术领域

本发明属于橡胶减振制品领域，具体涉及一种用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法及应用。

背景技术

超高分子量聚乙烯极高的分子量赋予其优异的使用性能，具有耐磨、耐冲击、自润滑、耐腐蚀、吸收冲击能、耐低温、不易粘附、不易吸水、密度小等综合性能。近年来，在轨道交通橡胶减振制品领域，超高分子量聚乙烯因其密度小、耐磨等诸多优点，逐步作为骨架材料，引入橡胶减振制品中。

橡胶减振制品通常作用于存在相互运动的环境中，对于制品内部的粘接性能要求极高。超高分子量聚乙烯作为一种非极性材料，表面几乎没有活性官能团，表面吸附能力非常微弱，不易与其它物质发生物理作用和化学反应，因而不易与其他材料粘接。超高分子量聚乙烯的上述特性，将严重影响橡胶减振制品的使用性能和寿命，因此开展提高超高分子量聚乙烯与橡胶粘合性能的研究非常有必要。目前在橡胶减振制品领域中，超高分子量聚乙烯与橡胶还没有办法实现有效粘接。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种适用于橡胶减振领域、可使超高分子量聚乙烯骨架与橡胶实现有效粘接的用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法及应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法，包括以下步骤：

(1)等离子体表面活性处理：将用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面进行等离子体表面处理，使超高分子量聚乙烯骨架材料表面得到改性；

(2)涂硅烷偶联剂：在上述等离子体表面活性处理完毕后的3分钟以内，将所得超高分子量聚乙烯骨架材料的表面涂覆硅烷偶联剂，然后干燥；

(3)烘烤：将干燥后的超高分子量聚乙烯骨架材料进行烘烤；

(4)涂胶黏剂：将烘烤后的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面先涂覆底胶胶黏剂，待底胶胶黏剂干燥后，再涂覆面胶胶黏剂；

(5)干燥：将涂胶黏剂后的超高分子量聚乙烯骨架材料进行干燥，完成表面处理。

上述的用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法中，优选的，所述等离子体表面活性处理是在等离子体处理设备中进行，设备转速为200±20转/分钟，喷嘴距超高分子量聚乙烯骨架材料表面的距离为5mm～10mm。

上述的用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法中，优选的，所述等离子体表面活性处理的处理次数为5～10次，处理速度为0.05±0.01米/秒。

上述的用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法中，优选的，所述硅烷偶联剂包括KH550硅烷偶联剂或Si-69硅烷偶联剂；所述硅烷偶联剂是以硅烷偶联剂溶液的形式涂覆于超高分子量聚乙烯骨架材料的表面，所述硅烷偶联剂溶液中硅烷偶联剂的体积浓度为8％～12％，溶剂为无水乙醇或二甲苯。

上述的用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法中，优选的，所述底胶胶黏剂和面胶胶黏剂均为热硫化胶黏剂；所述底胶胶黏剂的涂覆厚度为15μm～30μm，所述面胶胶黏剂的涂覆厚度为40μm～70μm。

上述的用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法中，优选的，所述步骤(2)中，所述干燥为自然干燥；所述步骤(3)中，所述烘烤的温度为115±4℃，所述烘烤的时间为20min～25min；所述步骤(5)中，所述干燥的温度为70℃～85℃，所述干燥的时间为15min～20min。

上述的用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法中，优选的，所述表面处理方法还包括打磨和清洗，所述打磨和清洗在所述等离子体表面活性处理之前进行。

上述的用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法中，优选的，所述打磨过程为：将所述超高分子量聚乙烯骨架材料的表面进行打磨，使表面粗糙度Rz达到30μm～40μm；

所述清洗过程为：将打磨后的超高分子量聚乙烯骨架材料表面用有机溶剂进行清洗，以去除表面粘附物。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法在制备橡胶减振制品中的应用。

上述的应用中，优选的，所述应用包括以下步骤：

S1：按照上述的表面处理方法对超高分子量聚乙烯骨架材料进行表面处理；

S2：将表面处理后的超高分子量聚乙烯骨架材料置于模具中，然后向模具中加入预成型胶料，经硫化后，得到橡胶减振制品。

本发明中，超高分子量聚乙烯的粘均分子量优选在900万以上。

本发明的表面处理方法中，在进行等离子体表面活性处理时，各次的处理时间与骨架表面面积大小有关系，根据实际情况来定。

本发明的表面处理方法中，硅烷偶联剂的溶剂优选无水乙醇和/或二甲苯，但不限于此，能溶解硅烷偶联剂的有机溶剂均可使用。

本发明的表面处理方法中，热硫化胶黏剂能够实现橡胶与超高分子量聚乙烯骨架材料的热硫化粘接，其中底胶胶黏剂与骨架材料表面发生反应，面胶胶黏剂与底胶胶黏剂及橡胶发生反应。底胶胶黏剂与面胶胶黏剂通常需要配套使用，可商购。

本发明的应用中，硫化参数可根据选择的不同胶料来定，为常规技术。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明提供了一种用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法及其应用，可实现超高分子量聚乙烯骨架材料与橡胶的有效粘接，解决目前超高分子量聚乙烯骨架与橡胶没有办法实现有效粘接的难题。采用本发明的骨架材料表面处理方法，超高分子量聚乙烯骨架材料与橡胶的粘接强度可以达到30N/mm，覆胶率可以达到90％以上。

本发明的表面处理方法中，对超高分子量聚乙烯骨架材料的表面进行等离子体表面活性处理，使骨架材料表面发生了物理作用和化学变化，表面分子链结构得到了改变，可以建立羟基、羧基等自由基团，促进超高分子量聚乙烯骨架材料与橡胶材料的粘接。经等离子体处理后的超高分子量聚乙烯骨架表面活性保持时间非常短，为保持其表面活性，要严格控制时间，等离子处理完毕到涂硅烷偶联剂之间的时间间隔要控制在3分钟以内，否则会降低超高分子量聚乙烯骨架材料表面的活性。经过等离子体表面活性处理、涂硅烷偶联剂处理，可进一步改善超高分子量聚乙烯骨架表面活性和表面润湿性能，实现超高分子量聚乙烯骨架与橡胶的有效粘接，提高粘接强度和覆胶率。涂硅烷偶联剂后，超高分子量聚乙烯骨架材料必须经过烘烤的工序，加速超高分子量聚乙烯粘接面有机溶剂的挥发，且使涂硅烷偶联剂工序的物理变化、化学反应更加充分。

本发明的表面处理方法中，在进行等离子体表面活性处理之前，可先进行打磨、清洗处理，打磨是对超高分子量聚乙烯骨架材料表面进行物理机械清理，增大超高分子量聚乙烯骨架与橡胶的粘接面积。将打磨后的超高分子量聚乙烯粘接面进行清洗，可去除表面的灰尘等表面粘附物。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。

实施例：

一种本发明的用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法，包括以下步骤：

(1)打磨：将用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料表面(也是预与橡胶粘接的粘接面)进行机械打磨，使表面粗糙度Rz达到30μm。

(2)清洗：用无水乙醇对打磨后的超高分子量聚乙烯骨架材料粘接面进行清洗，以去除其表面的油污和灰尘等表面粘附物。

(3)等离子体表面活性处理：将清洗后的超高分子量聚乙烯骨架材料置于常规等离子体处理设备(如射流低温等离子表面处理设备)中，设置设备转速为200转/分钟，喷嘴距超高分子量聚乙烯骨架材料粘接面的距离为5mm，将超高分子量聚乙烯骨架材料的粘接面用等离子体表面处理方法处理8次，处理速度为0.05米/秒，使超高分子量聚乙烯骨架材料表面得到改性。

(4)涂硅烷偶联剂：在上述等离子体表面活性处理完毕后的3分钟以内(具体为2分钟)，在超高分子量聚乙烯骨架材料粘接面涂覆体积浓度为8％的硅烷偶联剂溶液，硅烷偶联剂型号为KH550(Si-69也可以)，溶剂为无水乙醇，涂一层即可。然后自然干燥。

(5)烘烤：将干燥后的超高分子量聚乙烯骨架材料置于烘箱中，设置烘箱温度为115℃，保持恒温，将超高分子量聚乙烯骨架材料烘烤20分钟。

(6)涂胶黏剂：对烘烤后的超高分子量聚乙烯骨架材料的粘接面先刷涂底胶胶黏剂，底胶涂覆厚度为15～20μm，待底胶干燥后，再刷涂面胶胶黏剂，面胶涂覆厚度为40～50μm。底胶与面胶均选用罗门哈斯系列热硫化胶黏剂，底胶名称为Thixon-p-11-EF，面胶名称为Megum 538。在使用胶黏剂前，需充分搅拌，搅拌时会有气泡产生，气泡消除之后再刷涂胶黏剂。

(7)干燥：将涂有底胶和面胶的超高分子量聚乙烯骨架材料置于烘干室内，在80℃下干燥15min，然后包装。

一种上述本实施例的用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法在制备橡胶减振制品中的应用，包括以下步骤：

以超高分子量聚乙烯作为橡胶复合制品的骨架材料，先进行上述表面处理方法的步骤(1)～(7)，得到表面处理后的超高分子量聚乙烯骨架材料试块。

(8)硫化：将表面处理后的超高分子量聚乙烯试块装入模具的底模，将预成型橡胶胶料(橡胶胶料主体为丁腈橡胶)放入模腔，盖好上模，硫化温度设定为165±3℃，硫化时间为65分钟，硫化压力为30MPa，进行加压硫化。

(9)硫化时间到，出模，取出超高分子量聚乙烯与橡胶复合制品。

按照以上制备工序，制备8组超高分子量聚乙烯与橡胶复合制品，试样在23±1℃，恒温24小时后，测量粘接强度与粘接面的覆胶率，数据如下表1所示。

表1超高分子量聚乙烯与橡胶复合制品的粘接强度与覆胶率

序号	粘接强度	覆胶率
			1#	30.3N/mm	100％
2#	29.4N/mm	100％
			3#	29.6N/mm	100％
4#	30.1N/mm	100％
			5#	30.5N/mm	100％
6#	29.3N/mm	100％
			7#	30.1N/mm	100％
8#	30.4N/mm	100％

由以上可见，采用本发明的表面处理方法，可使超高分子量聚乙烯与橡胶复合制品的粘接强度高，覆胶率稳定且能达到100％。由此表明超高分子量聚乙烯骨架材料与橡胶实现了有效粘接且粘接性能稳定。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法，包括以下步骤：

(1)等离子体表面活性处理：将用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面进行等离子体表面处理，使超高分子量聚乙烯骨架材料表面得到改性；

(2)涂硅烷偶联剂：在上述等离子体表面活性处理完毕后的3分钟以内，将所得超高分子量聚乙烯骨架材料的表面涂覆硅烷偶联剂，然后干燥；

(3)烘烤：将干燥后的超高分子量聚乙烯骨架材料进行烘烤；

(4)涂胶黏剂：将烘烤后的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面先涂覆底胶胶黏剂，待底胶胶黏剂干燥后，再涂覆面胶胶黏剂；

(5)干燥：将涂胶黏剂后的超高分子量聚乙烯骨架材料进行干燥，完成表面处理。

2.根据权利要求1所述的用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法，其特征在于，所述等离子体表面活性处理是在等离子体处理设备中进行，设备转速为200±20转/分钟，喷嘴距超高分子量聚乙烯骨架材料表面的距离为5mm～10mm。

3.根据权利要求2所述的用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法，其特征在于，所述等离子体表面活性处理的处理次数为5～10次，处理速度为0.05±0.01米/秒。

4.根据权利要求1所述的用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括KH550硅烷偶联剂或Si-69硅烷偶联剂；所述硅烷偶联剂是以硅烷偶联剂溶液的形式涂覆于超高分子量聚乙烯骨架材料的表面，所述硅烷偶联剂溶液中硅烷偶联剂的体积浓度为8％～12％，溶剂为无水乙醇或二甲苯。

5.根据权利要求1所述的用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法，其特征在于，所述底胶胶黏剂和面胶胶黏剂均为热硫化胶黏剂；所述底胶胶黏剂的涂覆厚度为15μm～30μm，所述面胶胶黏剂的涂覆厚度为40μm～70μm。

6.根据权利要求1所述的用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述干燥为自然干燥；所述步骤(3)中，所述烘烤的温度为115±4℃，所述烘烤的时间为20min～25min；所述步骤(5)中，所述干燥的温度为70℃～85℃，所述干燥的时间为15min～20min。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法，其特征在于，所述表面处理方法还包括打磨和清洗，所述打磨和清洗在所述等离子体表面活性处理之前进行。

8.根据权利要求7所述的用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法，其特征在于，所述打磨过程为：将所述超高分子量聚乙烯骨架材料的表面进行打磨，使表面粗糙度Rz达到30μm～40μm；

所述清洗过程为：将打磨后的超高分子量聚乙烯骨架材料表面用有机溶剂进行清洗，以去除表面粘附物。

9.一种如权利要求1～8中任一项所述的用于橡胶减振制品的超高分子量聚乙烯骨架材料的表面处理方法在制备橡胶减振制品中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用包括以下步骤：

S1：按照权利要求1～8中任一项所述的表面处理方法对超高分子量聚乙烯骨架材料进行表面处理；

S2：将表面处理后的超高分子量聚乙烯骨架材料置于模具中，然后向模具中加入预成型胶料，经硫化后，得到橡胶减振制品。