SUPERVISOR
عباس موید (استاد مشاور) روح اله باقری (استاد راهنما)
STUDENT
MOHAMMAD SOLTANI
محمد سلطانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Preparation of Acrylic Structural Adhesive using MMA having high Toughness and Environmental Resistance
In this study a number of two components acrylic structural adhesives were prepared. The two components which are called base and accelerator. The base part contains methyl methacrylate (MMA) (50 wt%), cumene hydroperoxide (0.5 wt %), ethylene glycol dimethacrylate as crosslinker (1.5 wt%), methacrylic acid (18 wt%) and 30 wt% of a raw rubber ( i.e., poly (Chloroperen), poly (Acrylonitrile Butadiene), poly (Chlorosulphonated Polyethylene) and natural rubber) as toughening agent. The accelerator part consists of N,N–dimethylaniline (60 wt%), butanalaniline (39 wt%) and Saccharin cupric salt (1 wt%). Butyralaniline was prepared in this work as powder, by reaction of aniline and butyraldehyde at room temperature in Stoichiometric ratio. Aluminium as metal substrate was pretreated mechanically and chemically accorrding to ASTM standard method. The two components of each adhesive using equal weight the components was mixed for one minute at room temperature. The mixed adhesive was a viscouse liquid was immediately applied on the aluminium surface to for a uniform film. Then, the second aluminium plate specimen was fitted on the substrate containnig adhesive layer. The two joint substrate were under a 250g load for 24h. During This time the curing was occurred and the adhesive layer was set. The kinetics of curing was investigated using a differential scanning calorimetric (DSC) by plotting degree of crosslink versus time. The degree of cure was followed by DSC dynamic experiments for different adhesives. The sample containing oly (Chloroperen) showed the highest crosslinking (65 %) at 2 min curing time. Scanning electron microscopy (SEM) micrographs of the adhesive with poly (Chloroperen) howed that rubber particle shape was spherical and size of them was between 0.7- 4.5 µm. Lap shear and peeling tests used to determine the strength of adhesive joints of the this sample. Lap shear strength and peeling strength of the sample were 14.9 MPa and 5.97 N/mm respectively. The effect of humidity ( 31 %) of the environment was studied on the sample containing poly (Chloroperen). The results of showed that the durability was higher for surfaces treated with sulfo-ferric etchant (P2 etch) than other surface treatments. The results methacrylic structural adhesive contain oly (Chloroperen) indicate that specimens surface treatment maintained 80% residual strength higher than non-treatment surface on humidity environment condition (room temperature at 31% RH). The lap shear strength of adhesive joints was determined at several time intervals during exposure to three different environments at two temperatures. The specimens were immersed into aqueous environments (deionized water and saline solution) or exposed to the humid environment at 25 and 50 ? C. The joints exposed to those immersed in deionized water and 5 wt% Nacl solution showed a higher reduction in adhesive strength. A significant percentage of its initial strength after 30 days was retained. The residual strength decreases below 50 percent after 10 days and drops to approximately 25 percent after 30 days. Lap shear of aging of methacrylic structural adhesive contain oly (Chloroperen) at 25 ? C for 240 hour data showed that strength 20 percent decreased in aqueous condition and 55 percent decreasd for saline solution and for 50 ? C, data showed 10 percent decreased for aqueous condition. Keyword : Structural acrylic adhesives, Lap-shear, peel, strength, surface treatment, adhesion, curing.
در این پژوهش چسبهای ساختاری دو قسمتی بر پایه متاکریلیک حاوی مقادیر مختلفی از یکی از مواد خام رابری شامل: پلی (کلرو پرن)، پلی(اکریلونیتریل بوتادیان)، پلی(اتیلن کلرو سولفونیت) و کائوچوی طبیعی، تهیه گردید. چسبهای ساختاری متاکریلیک از دو قسمت پایه و شتاب دهنده تشکیل شده است که با مخلوط شدن دو قسمت، پخت چسب توسط پلیمریزاسیون زنجیره ی انجام میشود. قسمت پایه شامل مونومر متیل متاکریلیک(50درصدوزنی)، متاکریلیک اسید(18درصدوزنی)، کیومن هیدروپراکساید (5/0درصد وزنی)، اتیلن گلیکول دی متاکریلیک(5/1درصدوزنی) ، کائوچو(30 درصد وزنی) و قسمت شتاب دهنده شامل ان و ان دی متیل آنیلین(60درصد وزنی)، بوتیرال آنیلین(39 درصد وزنی) و نمک مس ساخارین(1 درصد وزنی) میباشد. پراکندگی ذرات کائوچو در ساختار چسب به وسیله آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد ارزیابی قرار گرفت. تصاویر حاصل از SEM پراکندگی ذرات کائوچو در زمینه پلیمر و جدایی فازی بین ذرات کائوچو و پلیمر را به خوبی نشان داده است. این تصاویر نشان داد که ذرات کائوچو پلی (کلروپرن) در زمینه پلیمر کروی شکل و اندازه ذرات آن در ساختار زمینه پلیمر 7/0 تا 5/4 میکرومتر میباشد. روند پخت چسب با زمان توسط آزمون گرماسنج روبشی تفاضلی (DSC) بررسی گردید و نتایج نشان داد که چسب حاوی پلی (کلرپرن)در کمتر از 2 دقیقه با سرعت بیش از 65 درصد شبکه ای گردید و سپس با گذشت زمان و با سرعت کمی شبکه ای شدن ادامه یافته است و در زمان 90 دقیقه به مقدار ثابتی در حدود 88 درصد رسیده است. در این پژوهش آماده سازی سطح آلومینیوم به وسیله روش مکانیکی و شیمیایی انجام شد. با استفاده از بهترین روش آماده سازی سطح (P 2 etch) و طبق استاندارد ASTM D1002، چسب حاوی کائوچوی پلی (کلروپرن) افزایش 80 درصدی استحکام برشی را نسبت به اتصالات بدون آماده سازی سطح نشان داده است. سطوح آلومینیوم اتصال یافته به وسیله چسبهایی که تنها نوع کائوچوی بکار رفته در آنها متفاوت است، به وسیله آزمون لب به لب برشی و آزمون کندن (پیلینگ) مورد بررسی قرار گرفتند. از نتایج بدست آمده استحکام لب به لب برشی و کندگی (پیلینگ) برای چسب ساخته شده حاوی کائوچو پلی (کلرو پرن) به ترتیب 13/18 مگا پاسکال و 92/6 نیوتن بر میلیمتر گردید، که بالاترین خواص را در بین نمونهها داشته است. استحکام برشی لب به لب و کندگی (پیلینگ) برای نمونه شاهد (چسب ویکون) به ترتیب 9/14مگا پاسکال و 97/5 نیوتن بر میلیمتر گردید. به منظور بررسی اثر عوامل محیطی مانند رطوبت و دما بر روی استحکام اتصال چسب حاوی کائوچوی پلی (کلروپرن)- آلومینیوم در سه محیط مختلف شامل آب دی یونیزاسیون، آب حاوی 3 درصد وزنی نمک و محیط دارای 30 درصد رطوبت، در دو دمای 25 و 50 درجه سانتیگراد قرار داده شد. میزان استحکام اتصالات بعد از 240 ، 480 و 720 ساعت پس از قرار گرفتن در محیطهای مشخص، به وسیله آزمون لب به لب برشی مورد ارزیابی قرار گرفت. استحکام برشی اتصالاتی که در معرض آب یون زدایی شده و آب نمک نسبت به اتصالاتی که در محیط قرار داشتند، در دمای 25 درجه سانتیگراد و با گذشت 240 ساعت ، کاهش 20 و 55 درصدی را نشان دادهاند. همچنین در دمای 50 درجه سانتیگراد محیط آب بدون یون و زمان 240 ساعت، افت 10 درصدی و با افزایش زمان تا720 ساعت باعث افت 30 درصد در میزان استحکام برشی اتصالات چسبی مشاهده گردید. کلمات کلیدی : چسب ساختاری متاکریلیک ، پیوند فلز به فلز، استحکام چسبندگی،آزمون لب به لب برشی،اصلاح سطوح