SUPERVISOR
ولی جودکی (استاد مشاور) روح اله باقری (استاد راهنما)
STUDENT
Mohammad mahdi Ghazali
محمدمهدی غزالی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Investigation of Effective Parameters on Formation and Strength of Rubber - Steel Bonding of NR/SBR Blend
Rubber bonding to metal surface is essential for production of many rubber goods. Having enough practical information about the main factors effecting on strength of rubber – bonding can lead to a good performance of rubber – metal composites. These materials are widely used in automobile and tire industries. To achieve strong rubber – metal bonding, use of bonding agents in rubber compounds or primer / adhesive coating on the metal surface is essential. The main purpose of this work was to achieve a very strong bonding between rubber and steel surface by studying the effect of a number of bonding agents and adhesive coatings on the steel surface. A formulation (from Matinkimia Co. Isfahan) based on NR/SBR containing various bonding agents was used and the prepared compound were cured on the surface of the pretreated steel (first series of samples). Effect of curing temperature (135 ?C, 160 ?C, 180 ?C) on the properties of the compounds was studied. Temperature at 160 ?C was selected as the best. Pretreatment of the steel surfaces was carried out both chemically and mechanically.The effect of various temperature and humidity on adhesion strength of the samples containing bonding agent was studied. Another series of samples prepared using the base formulation and some adhesive coatings plus a primer coating (on the adhesive layer i.e. 2 layers) on the pretreated steel surface. The NR/SBR compound was cured on this substrate. Adhesion strength and stripping strength of the samples (2 series) were measured according to ASTM D 429 method D and ASTM D 429 method B-90? respectively. Humidity, thermal resistance, effect of adhesive thickness, surface pretreatment and curing temperature on these strengths were investigated. The presence of (resol + nickel naphthenate) in the samples caused 20% , 24% and 55% increase in adhesion strength , stripping strength and elongation at break respectively compared with the sample without bonding agents. Existence of zinc stearate in the sample could act as a protective factor against moisture, showing stripping strength up to 40% higher than the reference sample. Also the heating test results showed that the nickel naphthenate has been able to prevent decrease in adhesion strength. The adhesion strength test data showed that the 60 µm adhesive thickness led to the highest strength. Comparison of different adhesives showed that the presence of Chemosil adhesives (211,222) in the samples resulted in the highest strength (adhesion and stripping). The SEM micrographs of the stripping test samples showed that the samples containing resol and nickel naphthenate (or mixture of them) had a lower level and size of the voids. Keyword : Natural rubber, styrene butadiene rubber, rubber-steel bonding, adhesion, strength, stripping, bonding agent, humidity, curing.
پیوند لاستیک به فلز در تولید بسیاری از قطعات لاستیکی ضروری است و آشنایی و اطلاع کافی نسبت به عوامل موثر بر استحکام این پیوند منجر به تولید مواد مرکب لاستیک - فلز با کارایی مناسب می گردد. امروزه بیشترین کاربرد مواد مرکب لاستیک - فلز در ساختمان و بناها، صنایع خودرو سازی و تایر می باشد. از آنجا که لاستیک و فلز از لحاظ ساختار شیمیایی و خواص مکانیکی دو ماده متفاوت هستند ، برای استفاده از خواص مطلوب لاستیک در کنار فلز ناچار به استفاده از عامل پیوند می باشد. تشکیل پیوند بین لاستیک های طبیعی و استایرن بوتادی ان با سطح فولاد و به حداکثر رساندن استحکام پیوند برقرار شده بسیار ضروری است. ایجاد شرایط لازم برای تشکیل قوی ترین پیوند بین لاستیک طبیعی و لاستیک استایرن بوتادی ان با سطح فولاد هدف اصلی در انجام این پژوهش می باشد. در این پژوهش ابتدا با مطالعات میدانی فرمولاسیون مناسبی جهت برقراری این پیوند انتخاب گردید و به وسیله دستگاه بنبوری اختلاط صورت پذیرفته و آمیزههای لازم تهیه گردید. همزمان صفحات فلزی جهت پیوند به لاستیک آماده سازی شیمیایی و مکانیکی گردیدند و در ادامه به وسیله دستگاه پرس، عملیات پخت لاستیک بر روی فلز انجام شد. برای ایجاد پیوند لاستیک به فلز لازم است که یا عوامل پیوند در آمیزه قرار داده شود و یا اینکه از یک آستر بر روی سطح فلز، پیش از پیوند به لاستیک استفاده شود. در این پژوهش از استئارات روی ، نیکل نفتنات و رزین فنولی رزول جهت افزایش چسبندگی در آمیزه اولیه استفاده شده است و به کمک آنها شش آمیزه مختلف تهیه گردیده است. همچنین با استفاده از آمیزه اولیه و چسب های مختلف تأثیر تغییر چسب بر استحکام چسبندگی بررسی شده است. نمونه های لازم جهت انجام آزمون استحکام استریپینگ و آزمون استحکام چسبندگی فراهم شد. سایر آزمونهای لازم مانند مقاومت در برابر رطوبت، گرما، اثر ضخامت چسب، اثر آماده سازی سطح، اثر دمای پخت و ارزیابی به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام گرفت. با انجام این آزمون ها و ارزیابی نتایج آن مشخص گردید که رزین فنولی رزول به همراه نیکل نفتنات توانستند استحکام چسبندگی لاستیک – فلز را حدود 20 درصد و استحکام استریپینگ را به میزان 24 درصد نسبت به نمونه مرجع که به ترتیب استحکام چسبندگی 2/608 MPa و استحکام استریپینگ 14/74 N/mm را نشان داده بود، افزایش دهند و همچنین ازدیاد طول تا پارگی لاستیک که برای نمونه مرجع 594/5 درصد بود را 55 درصد بهبود بخشیدند. استئارات روی نیز توانست در آمیزه به عنوان یک عامل محافظت کننده در برابر رطوبت عمل نماید و استحکام استریپینگ را به مقدار 40 درصد نسبت به نمونه مرجع در برابر رطوبت افزایش دهد. نتایج آزمون های گرمایی مشخص نمود که نیکل نفتنات توانسته است مقاومت چسبندگی را پس از اعمال شرایط گرمایی تا حد زیادی حفظ نماید تا جایی که تنها 3 درصد کاهش استحکام چسبندگی در این نمونهها دیده شد ، در حالی که این مقدار برای نمونه مرجع حدود 12 درصد کاهش را نشان داد. همچنین نتایج آزمون اثر ضخامت و اثر دمای پخت لاستیک نشان داد که ضخامت بهینه چسب که بیشترین استحکام چسبندگی را ایجاد کرده است، mµ 60 و بهترین دمای پخت برای دست یافتن به بیشترین استحکام چسبندگی لاستیک - فلز ، C°160 بوده است. مقایسه چسب های مختلف نشان داد که چسب های کموزیل 211/222 استحکام چسبندگی و استریپینگ بهتری را بین فلز و لاستیک ایجاد می نمایند. مشاهدات نشان داد که شکست درون لاستیک روی داده است و تحلیل میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح شکست مشخص کرد که علت شکست و پارگی لاستیک میتواند به دلیل وجود حفره های زیاد درون لاستیک باشد که با افزودن نیکل نفتنات و رزین فنولی رزول این حفره ها کاهش یافته و استحکام استریپینگ افزایش نشان داد. کلمات کلیدی : لاستیک طبیعی، لاستیک استایرن بوتادی ان، چسبندگی لاستیک - فلز، استحکام چسبندگی، استحکام استریپینگ، عوامل پیوند.