一种通过紫外光照表面改性促进橡胶粘接的方法与流程

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15.进一步地，经过紫外光辐照处理后，在20s之内将紫外光辐照处理后的表面压合在一起。
16.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：1. 本发明属于非极性橡胶粘接加工中的应用工艺技术，采用紫外光表面改性作为粘接处理工艺，无需使用任何胶粘剂以及有机溶剂，很好地解决了橡胶溶剂粘接和胶粘剂粘接过程中的环境污染问题。
17.2. 本发明的处理方法具有工艺简单、工艺条件方便控制等优点，并且无需其它辅助粘接剂，简化了粘接工艺，降低了粘接的成本，提高了生产效率。
附图说明
18.图1为对比例二中在80 ℃下直接粘接后橡胶的剥离效果图。
19.图2为对比例四中溶剂法粘接后橡胶的剥离效果图。
20.图3为实施例二中在80 ℃下，经辐照度为0.5 w/cm2的紫外灯辐照60 s后，间隔10s 后进行粘接处理得到的橡胶剥离效果图。
21.图4为实施例五中在80 ℃下，经辐照度为5.2 w/cm2的紫外灯辐照15 s后，间隔10 s后进行粘接处理得到的橡胶剥离效果图。
22.图5为实施例七中在80 ℃下，经辐照度为5.2 w/cm2的紫外灯辐照20 s后，间隔10 s后进行粘接处理得到的橡胶剥离效果图。
具体实施方式
23.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
24.如

背景技术：
所述，在橡胶与橡胶之间的粘接中，如非极性的三元乙丙橡胶，其本身的自粘合能力较差，因此工业生产中常通过溶剂粘接或胶粘剂粘接来提高三元乙丙橡胶的粘接性能。但是有机溶剂的大量使用不仅存在污染环境的问题，同时挥发的溶剂对工人的健康也产生了巨大的威胁；通过粘接剂粘接的方法往往存在成本与粘接效果无法兼顾的缺点，同时胶粘剂通常还存在粘接的持久力不强的问题。虽然有研究人员将等离子体处理用于硅橡胶件的粘接，但是等离子体表面处理存在电耗能较高、成本较高的缺点，因此限制了其在工业生产中的应用。
25.为了解决这一技术问题，发明人通过长期研究，发现了一种利用紫外光表面改性促进橡胶粘接的方法。
26.相比于等离子体表面处理，紫外光的能量偏低，研究人员普遍认为仅仅紫外光照并不会提高橡胶制品的粘接效果。但是发明人通过实验发现，一定功率下的紫外光也可对橡胶物体表面进行极化处理，从而提高粘接效果。紫外光虽能量偏低，但可在升温条件下提高紫外光表面极化处理的效率，从而在低成本、低能耗的条件下，实现橡胶制品的环保粘接，具有广泛的应用前景。
27.具体的，本发明的利用紫外光表面改性促进橡胶粘接的方法为：对待粘接橡胶的表面进行紫外光辐照处理，接着将紫外光辐照处理后的表面压合在一起，实现橡胶的粘接。
28.紫外光是波长为10~400 nm的电磁波的总称。相比于可见光，紫外光具有相对较高的能量，因此紫外光被广泛应用于杀菌、光固化以及鉴定透视等领域。同时高功率的紫外光还可使材料表面的化学键产生断裂，形成极性基团或反应性基团，从而改变材料的表面性质。
29.以三元乙丙橡胶为例，由于三元乙丙橡胶中多为非极性键，而强紫外线可使橡胶表面的碳-碳键、碳-氢键、碳-氧键等化学键发生化学变化或断裂解离，从而引入自由基或极性基团，提高橡胶的表面活性，使得橡胶表面之间可以发生反应进而粘接。因此，利用强紫外线对橡胶表面进行改性，可以在短时间内在其表面引入极性基团或反应性基团，可极大改善橡胶界面的粘接性能。但是，通过紫外光照引入的极性基团或反应性基团保持的时间较短，一般为几秒到几十秒，在这一时间内若将同时接收紫外线处理的橡胶压合在一起，即可实现良好的粘接效果。超出这一时间，则基本上会丧失粘接效果。基于这一原因，在之前的研究中，研究人员并未发现紫外光照可以提高橡胶制品的粘接效果。
30.发明人经过实验确定，经过紫外光照后，优选地在20s之内将橡胶压合在一起，这样才能起到较好的粘接效果；超过20s后，粘接效果大大降低。
31.本发明的方法不仅适用于三元乙丙橡胶，还适用于其他极性或非极性橡胶，例如丁苯橡胶、天然橡胶、顺丁橡胶等。
32.本发明中优选的方案为：待粘接的橡胶在接受紫外光辐照处理之前，先进行升温处理。升温处理能够提升橡胶表面的反应活性，在后续紫外光辐照处理过程中能够产生更多的自由基或极性基团，从而有利于提升粘接效果。
33.本发明中，对于上述升温处理的升温方式不限，例如可采用热交换升温方式或红外辐照升温方式。升温的温度范围可为25 ~ 110 ℃，例如可以为30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃、100 ℃等。
34.本发明中，所述紫外光的光源可采用紫外灯，紫外光的波长范围优选为200 ~ 400 nm。
35.本发明中，紫外光的辐照度为0.5~10 w/cm2，例如可以为1 w/cm2、2 w/cm2、3 w/cm2、4 w/cm2、5 w/cm2、6 w/cm2、7 w/cm2、8 w/cm2、9 w/cm2等。若低于0.5 w/cm2，则不能很好地使橡胶表面的化学键产生断裂形成极性基团或反应性基团，影响后续粘接的效果；若高于10 w/cm2，则容易使橡胶表面起泡变性，也会影响粘接的效果。
36.本发明中，紫外光辐照的时间以1~120 s为宜，例如可以为5 s、10 s、15 s、20 s、30 s、50 s、80 s、100 s等。辐照的时间过短，无法达到对橡胶表面进行改性的效果；而辐照的时间过长，并不会明显提高粘接的效果，反而会降低生产的效率。特别地，若在高功率的紫外光下辐照时间过长，会使橡胶表面起泡变性，从而影响粘接的效果。
37.本发明中，为了进一步提高粘接的效果，可以对粘合好的橡胶进行硫化处理。硫化处理的温度为130 ~ 170 ℃，硫化处理的时间为30 ~ 50 min。优选地，硫化处理的温度为140 ℃，硫化处理的时间为40 min。
38.因此，本发明利用了强紫外线的表面改性作用，提出一种全新的、低成本、对环境友好的、具有较高粘接性能的橡胶粘接工艺，该方法在实施过程中不使用任何胶水以及有
机溶剂，不仅简单高效、成本低，同时具有绿色环保的特点。
39.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
40.对比例一将表面洁净的三元乙丙胶条裁剪成规格为2 厘米
×
10厘米的矩形，然后将裁剪好的胶条直接压合在一起。最后将粘接良好的胶条在140 ℃条件下硫化40分钟。
41.胶条粘接效果：胶条之间并未粘接成功，大部分位置并未粘接在一起，仅有部分区域有轻微的粘接，剥离强度较小。
42.对比例二将表面洁净的三元乙丙胶条裁剪成规格为2 cm
×
10 cm的矩形，然后将裁剪好的胶条放入80 ℃的烘箱中保温半个小时左右，立即取出压合在一起。最后将粘接良好的胶条在140 ℃条件下硫化40分钟。
43.胶条粘接效果：如图1所示，胶条之间未充分接触并粘接在一起，剥离强度较低，在0.86 kn/m左右，粘接效果较差。
44.对比例三将表面洁净的三元乙丙胶条裁剪成规格为2 cm
×
10 cm的矩形，然后将裁剪好的胶条放入100 ℃的烘箱中保温半个小时左右，立即取出压合在一起。最后将粘接良好的胶条在140 ℃条件下硫化40分钟。
45.胶条粘接效果：胶条之间基本充分接触并粘接在一起，但剥离强度较低，在1.31 kn/m左右，粘接效果一般。
46.对比例四将表面洁净的三元乙丙胶条裁剪成规格为2 cm
×
10 cm的矩形，然后将甲苯溶液均匀喷涂在裁剪好的胶条上，待充分润湿后将胶条压合在一起。最后将粘接良好的胶条在140 ℃条件下硫化40分钟。
47.胶条粘接效果：如图2所示，胶条之间基本充分接触并粘接在一起，在1.94 kn/m左右，粘接效果良好。
48.实施例一将表面洁净的三元乙丙胶条裁剪成规格为2 cm
×
10 cm的矩形，然后将裁剪好的胶条放入80 ℃的烘箱中保温半个小时左右，将胶条取出放入辐照度为0.5 w/cm2的紫外灯下进行辐照30 s，10秒后进行压合粘接。最后将粘接良好的胶条在140 ℃条件下硫化40分钟。
49.胶条粘接效果：胶条之间粘接不完全，剥离过程中部分区域粘接不良，剥离强度在为1.41 kn/m，略高于仅升温处理的样品，表现出较好的粘接效果。
50.实施例二将表面洁净的三元乙丙胶条裁剪成规格为2 cm
×
10 cm的矩形，然后将裁剪好的胶条放入80 ℃的烘箱中保温半个小时左右，将胶条取出放入辐照度为0.5 w/cm2的紫外灯下进行辐照60 s，10秒后进行压合粘接。最后将粘接良好的胶条在140 ℃条件下硫化40分钟。
51.胶条粘接效果：如图3所示，胶条之间粘接效果良好，较难脱落，剥离过程呈现撕裂
痕迹，剥离强度为1.54 kn/m，表现出较好的粘接效果。
52.实施例三将表面洁净的三元乙丙胶条裁剪成规格为2 cm
×
10 cm的矩形，将胶条在辐照度为5.2 w/cm2的紫外灯下进行辐照15 s，10秒后进行压合粘接。最后将粘接良好的胶条在140 ℃条件下硫化40分钟。
53.胶条粘接效果：胶条之间粘接效果良好，剥离过程中未有撕裂痕的出现，剥离强度较高，在1.86 kn/m左右，表现出良好的粘接效果。
54.实施例四将表面洁净的三元乙丙胶条裁剪成规格为2 cm
×
10 cm的矩形，然后将裁剪好的胶条放入80 ℃的烘箱中保温半个小时左右，将胶条取出放入辐照度为5.2 w/cm2的紫外灯下进行辐照15 s，5秒后进行压合粘接。最后将粘接良好的胶条在140 ℃条件下硫化40分钟。
55.胶条粘接效果：胶条之间粘接效果良好。剥离过程中胶条并未被破坏，但剥离强度达到2.17 kn/m左右，表现出极好的粘接效果。
56.实施例五将表面洁净的三元乙丙胶条裁剪成规格为2 cm
×
10 cm的矩形，然后将裁剪好的胶条放入80 ℃的烘箱中保温半个小时左右，将胶条取出放入辐照度为5.2 w/cm2的紫外灯下进行辐照15 s，10秒后进行压合粘接。最后将粘接良好的胶条在140 ℃条件下硫化40分钟。
57.胶条粘接效果：如图4所示，胶条之间粘接效果良好。剥离过程中胶条并未被破坏，但剥离强度达到2.11 kn/m左右，表现出极好的粘接效果。
58.实施例六将表面洁净的三元乙丙胶条裁剪成规格为2 cm
×
10 cm的矩形，然后将裁剪好的胶条放入80 ℃的烘箱中保温半个小时左右，将胶条取出放入辐照度为5.2 w/cm2的紫外灯下进行辐照15 s，20秒后进行压合粘接。最后将粘接良好的胶条在140 ℃条件下硫化40分钟。
59.胶条粘接效果：胶条之间粘接效果一般。剥离过程中胶条并未被破坏，但剥离强度较低，在1.21 kn/m左右。
60.实施例七将表面洁净的三元乙丙胶条裁剪成规格为2 cm
×
10 cm的矩形，然后将裁剪好的胶条放入80 ℃的烘箱中保温半个小时左右，将胶条放在辐照度为5.2 w/cm2的紫外灯下进行辐照20 s，10秒后进行压合粘接。最后将粘接良好的胶条在140 ℃条件下硫化40分钟。
61.胶条粘接效果：如图5所示，胶条之间粘接效果极好，剥离强度可达2.55 kn/m，剥离过程中即使胶条被破坏，粘接处仍连接在一起，表现出优异的粘接效果。
62.对比例五将表面洁净的三元乙丙胶条裁剪成规格为2 cm
×
10 cm的矩形，然后将裁剪好的胶条放入80 ℃的烘箱中保温半个小时左右，将胶条取出放入辐照度为5.2w/cm2的紫外灯下进行辐照15 s，60秒后进行压合粘接。最后将粘接良好的胶条在140 ℃条件下硫化40分钟。
63.胶条粘接效果：胶条之间未充分接触并粘接在一起，剥离强度较低，在0.90 kn/m左右，粘接效果较差，与未进行紫外光照的对比例二相当。
64.参见图1-5，对照未经紫外线辐照的样条，紫外线改性后的胶条表面并未发生明显变化，色泽良好。对比紫外光辐照和未辐照的胶料可以看出，紫外光表面改性得到的橡胶，剥离强度更高，可达到与溶剂法相当或更好的粘接效果，而未经任何处理的胶条粘接效果较差。不同处理条件下的三元乙丙橡胶的剥离强度总结在表1中。
65.表1 不同处理条件下三元乙丙橡胶的剥离强度表1的结果表明：（1）未经紫外光辐照的三元乙丙橡胶不能够达到较高的剥离强度；（2）相同辐照条件下，相比于未升温的三元乙丙橡胶，升温后的橡胶粘接效果更好；（3）三元乙丙橡胶升温至一定温度后，经过紫外光表面改性，再进行硫化，能够极大地提高三元乙丙橡胶的自粘接性能；（4）紫外光表面改性粘接，在一定条件下可达到甚至优于溶剂粘接的效果；（5）紫外光辐照度越大，辐照时所用的时间越短，粘接效果越好；（6）紫外光表面改性粘接需要在短时间内完成（≤20秒），否则粘接效果将大大下降。
66.综上，本发明提供了一种通过紫外光照表面改性促进橡胶粘接的方法，简化了粘接工艺，提高了生产效率，降低了粘接的成本；同时由于该方法在粘接过程中不使用任何胶粘剂以及有机溶剂，解决了溶剂粘接和胶粘剂粘接过程中的污染问题，更加绿色环保。
67.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。