铜丁腈双层复合材料制备及高温碱溶液中耐蚀性研究
钢厂连续生产带钢在热镀锌前，需要对带钢进行清洗处理，电解清洗则是带钢清洗的诸多方法中最有效、最常见的一种方法。国际上通常把电解清洗装置分为两种类型:电流密度在50A/dm2以下的称为普通电流密度电解清洗，电流密度在100～210A/dm2以上的称为高电流密度电解清洗。高电流密度电解清洗的电极板，需要长期浸泡在高温碱性溶液中，电极板通常采用Ni板，而电极板连接处的铜导电板的防腐蚀是关键问题。本课题根据鞍钢股份有限公司4号生产线实际要求，制备和研究高电流密度电极板导电铜板，表层用耐蚀性良好的丁腈橡胶包覆制备Cu/丁腈橡胶复合材料，以图提高导电铜板的使用寿命。在实验室条件下研究铜与丁腈橡胶制备而成的复合电极。详细研究了铜板和橡胶表面处理方式对Cu/橡胶结合的抗拉强度及剪切强度的影响，同时根据实际使用条件，在碱液浓度3%-5%，温度80℃下进行耐蚀性试验。通过拉伸强度、剪切强度的测试表面复合电极具有较好的力学性能，橡胶与铜的粘接面，橡胶达到了100﹪的内聚破坏。通过测试复合材料的耐蚀性能，复合材料在一个月的腐蚀过程中，没有发现橡胶与铜的粘接面开胶的现象，表明橡胶/铜复合材料达到了预期的效果。关键词: 铜；丁腈橡胶；胶黏剂；耐蚀性；清洗电极 目录
第一章 绪论 1
1、1 引言 1
1、2 电解清洗 2
1、3 电解清洗机理 3
1、4 电极板腐蚀的影响因素 4
1、5 铜/橡胶双层复合材料的制备 6
1、6 小结 7
第二章 实验材料与方法 8
2.1材料的选择及性能 8
2.1.1 铜 8
2.1.2 丁腈橡胶 9
2.1.3 胶黏剂 9
2.1.4 固化剂 10
2.1.5 促进剂 11
2.1.6 偶联剂 11
2.1.7 填料 12
2.2 实验仪器、设备与药品 14
2.2.1 实验仪器、设备 14
2.2.2 实验药品 14
2.3 复合电极的制备 14
2.3.1 铜板的制备与表面处理 14
2.3.2 丁腈橡胶板的裁剪与表面处理 15
2.
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11
2.1.6 偶联剂 11
2.1.7 填料 12
2.2 实验仪器、设备与药品 14
2.2.1 实验仪器、设备 14
2.2.2 实验药品 14
2.3 复合电极的制备 14
2.3.1 铜板的制备与表面处理 14
2.3.2 丁腈橡胶板的裁剪与表面处理 15
2.3.3 复合电极板的粘接 15
2.4 粘接拉伸强度实验 16
2.5 丁腈橡胶/铜板剪切强度实验 17
第三章 实验结果与讨论 18
3.1 实验内容 18
3.2 橡胶与铜的粘接强度实验 18
3.3 橡胶与铜的剪切强度实验 24
3.4 复合电极在强碱高温溶液中腐蚀浸泡实验 27
致谢 31
参考文献： 32
第一章 绪论
1.1 引言
目前科学技术正在不断的发展，因而为了满足生产生活需求，复合材料的应用越来越普遍，人们不仅在增强复合材料使用性能、简化其加工工艺方面要求越来越严苛，而且更加看重复合材料的综合性能。无论是从结构还是性能等方面来看，橡胶和金属都是两种完全不同的材料，它们的化学结构以及机械性能等各方面都不同，比如橡胶有较好的弹性，而金属的强度较高，各有其优缺点，人们便经常让两种材料结合起来使用以满足生产需求。用橡胶将金属表面包裹起来是最为常见的一种形式，这种复合材料应用非常广泛，如在汽车、阻尼装置、电线和减震器件等工业制作上。这样可以提高金属材料的耐蚀性，达到吸收冲击和振动，降低噪音的效果[1]。现在橡胶与金属的复合材料的制备以及使用以及相对比较成熟，尤其是欧美国家更是领先于国际水平，我们也在不断地努力争取缩短与发达国家之间的差距，已达到国际一流水平。
大部分钢厂在连续生产带钢的时候，热镀锌之前都需要对带钢的表面进行清洗[2]，用这种方法来去除表面的油污等杂质，以便增加镀层和带钢钢板之间的结合力，提高生产质量。大多所选的方法为电解清洗，这时候就会运用到复合电极，铜与橡胶的复合电极就比较常见。铜与橡胶的复合电极是通过使用胶黏剂将橡胶和铜粘结在一起，以达到对铜的保护作用，然而大多情况下由于没有正确地选择合适材料，且在长时间的服役在高温、高电流密度的强碱性溶液中，这种保护效果并不是很理想，往往金属和橡胶的复合电极会在使用几个月后发生脱落现象，铜就暴露在强碱溶液中，这便造成了清洗效果不佳的结果，严重地影响了之后热镀锌的质量[3]。为了能够提高效益和降低成本，这就对该项工艺提出了更高、更严格的要求了。本次本科生毕业设计所研究的便是制备该种复合电极，以及对它的剪切、拉伸强度进行测试，还有其在强碱高温环境下的耐腐蚀情况如何。
1.2 电解清洗
目前生产上所广泛使用的除油方法就是在碱性溶液的环境下进行化学除油[4]，这种碱性的清洗液温度通常要维持在6095℃左右的高温情况，之所以要维持这样一个高温的条件，是因为电解碱洗在高温的环境中，能够较好地加强乳化皂化作用[5]，从而能够提高除油的效率；当碱性清洗液的温度升高到一定的高温范围以内，这时碱性溶液的导电能力就会被提高，溶液的电阻便会减小，从而清洗效率会随之而提高；与此同时当碱液的温度升高时，金属表面对油脂的附着力便会降低，这样油脂更容易脱落[6]。
对电解液的选择应满足以下几点条件[7]：1、低的表面张力 2、良好的导电性 3、低泡性 4、对后续工艺和环境的不良影响降到最低。碱性清洗液的配方一般是用碱性成分和表面活性剂形成的，包括基本原料，氢氧化钠，碳酸钠，磷酸钠，硅酸钠等强碱性物质。表面活性剂包含：消泡剂、乳化剂、润湿剂、螯合剂等。这种方法的本质是依靠皂化和乳化作用来达到除油的效果[8]。皂化能够很好地将动植物油去除，这个反应的反应通式如下：
（1.1）
当钢材在碱性溶液中除油时，油污能够和溶液中的碱发生皂化反应，皂化反应所生成的肥皂和甘油具有良好的水溶性，能很好地溶于水中，从而除去钢材表面的油污。乳化是两种液体乳液混溶形成乳液。乳化剂只有添加利用乳化作用来除油的除油液当中，才能够有利于乳化作用进行。乳化剂可以归类为表面活性剂的一种，它之所以能够有利乳化作用进行，是因为它分布在液体中的时候是不均匀的，并且可以在界面粘附，以此来减少油污等界面的界面张力，从而使溶液与油的接触面积增加，最终把油膜变成细小的乳浊液滴分散在溶液当中。
氢氧化钠能够增进皂化反应的进行，但是它的含量要适中，含量太低时就会导致皂化反应无法彻底反应结束，可是当含量过高时就会导致溶解度降低，与此同时还会氧化金属的表面，黑色金属和有色金属以及轻金属的除油碱液的PH有所不同，期中黑色金属PH在12~14之间[9]，而有色金属和轻金属PH在10~11。其中的另外两种钠盐是碳酸钠和磷酸三钠，它们主要起一个缓冲的作用，主要反应方程式为：
（1.2）
（1.3）
硅酸钠一般是作为乳化剂而加入碱液中的，它虽然水溶性好，但是却不容易被去除。如果有一些残留在金属表面就会造成之
第一章 绪论 1
1、1 引言 1
1、2 电解清洗 2
1、3 电解清洗机理 3
1、4 电极板腐蚀的影响因素 4
1、5 铜/橡胶双层复合材料的制备 6
1、6 小结 7
第二章 实验材料与方法 8
2.1材料的选择及性能 8
2.1.1 铜 8
2.1.2 丁腈橡胶 9
2.1.3 胶黏剂 9
2.1.4 固化剂 10
2.1.5 促进剂 11
2.1.6 偶联剂 11
2.1.7 填料 12
2.2 实验仪器、设备与药品 14
2.2.1 实验仪器、设备 14
2.2.2 实验药品 14
2.3 复合电极的制备 14
2.3.1 铜板的制备与表面处理 14
2.3.2 丁腈橡胶板的裁剪与表面处理 15
2.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
11
2.1.6 偶联剂 11
2.1.7 填料 12
2.2 实验仪器、设备与药品 14
2.2.1 实验仪器、设备 14
2.2.2 实验药品 14
2.3 复合电极的制备 14
2.3.1 铜板的制备与表面处理 14
2.3.2 丁腈橡胶板的裁剪与表面处理 15
2.3.3 复合电极板的粘接 15
2.4 粘接拉伸强度实验 16
2.5 丁腈橡胶/铜板剪切强度实验 17
第三章 实验结果与讨论 18
3.1 实验内容 18
3.2 橡胶与铜的粘接强度实验 18
3.3 橡胶与铜的剪切强度实验 24
3.4 复合电极在强碱高温溶液中腐蚀浸泡实验 27
致谢 31
参考文献： 32
第一章 绪论
1.1 引言
目前科学技术正在不断的发展，因而为了满足生产生活需求，复合材料的应用越来越普遍，人们不仅在增强复合材料使用性能、简化其加工工艺方面要求越来越严苛，而且更加看重复合材料的综合性能。无论是从结构还是性能等方面来看，橡胶和金属都是两种完全不同的材料，它们的化学结构以及机械性能等各方面都不同，比如橡胶有较好的弹性，而金属的强度较高，各有其优缺点，人们便经常让两种材料结合起来使用以满足生产需求。用橡胶将金属表面包裹起来是最为常见的一种形式，这种复合材料应用非常广泛，如在汽车、阻尼装置、电线和减震器件等工业制作上。这样可以提高金属材料的耐蚀性，达到吸收冲击和振动，降低噪音的效果[1]。现在橡胶与金属的复合材料的制备以及使用以及相对比较成熟，尤其是欧美国家更是领先于国际水平，我们也在不断地努力争取缩短与发达国家之间的差距，已达到国际一流水平。
大部分钢厂在连续生产带钢的时候，热镀锌之前都需要对带钢的表面进行清洗[2]，用这种方法来去除表面的油污等杂质，以便增加镀层和带钢钢板之间的结合力，提高生产质量。大多所选的方法为电解清洗，这时候就会运用到复合电极，铜与橡胶的复合电极就比较常见。铜与橡胶的复合电极是通过使用胶黏剂将橡胶和铜粘结在一起，以达到对铜的保护作用，然而大多情况下由于没有正确地选择合适材料，且在长时间的服役在高温、高电流密度的强碱性溶液中，这种保护效果并不是很理想，往往金属和橡胶的复合电极会在使用几个月后发生脱落现象，铜就暴露在强碱溶液中，这便造成了清洗效果不佳的结果，严重地影响了之后热镀锌的质量[3]。为了能够提高效益和降低成本，这就对该项工艺提出了更高、更严格的要求了。本次本科生毕业设计所研究的便是制备该种复合电极，以及对它的剪切、拉伸强度进行测试，还有其在强碱高温环境下的耐腐蚀情况如何。
1.2 电解清洗
目前生产上所广泛使用的除油方法就是在碱性溶液的环境下进行化学除油[4]，这种碱性的清洗液温度通常要维持在6095℃左右的高温情况，之所以要维持这样一个高温的条件，是因为电解碱洗在高温的环境中，能够较好地加强乳化皂化作用[5]，从而能够提高除油的效率；当碱性清洗液的温度升高到一定的高温范围以内，这时碱性溶液的导电能力就会被提高，溶液的电阻便会减小，从而清洗效率会随之而提高；与此同时当碱液的温度升高时，金属表面对油脂的附着力便会降低，这样油脂更容易脱落[6]。
对电解液的选择应满足以下几点条件[7]：1、低的表面张力 2、良好的导电性 3、低泡性 4、对后续工艺和环境的不良影响降到最低。碱性清洗液的配方一般是用碱性成分和表面活性剂形成的，包括基本原料，氢氧化钠，碳酸钠，磷酸钠，硅酸钠等强碱性物质。表面活性剂包含：消泡剂、乳化剂、润湿剂、螯合剂等。这种方法的本质是依靠皂化和乳化作用来达到除油的效果[8]。皂化能够很好地将动植物油去除，这个反应的反应通式如下：
（1.1）
当钢材在碱性溶液中除油时，油污能够和溶液中的碱发生皂化反应，皂化反应所生成的肥皂和甘油具有良好的水溶性，能很好地溶于水中，从而除去钢材表面的油污。乳化是两种液体乳液混溶形成乳液。乳化剂只有添加利用乳化作用来除油的除油液当中，才能够有利于乳化作用进行。乳化剂可以归类为表面活性剂的一种，它之所以能够有利乳化作用进行，是因为它分布在液体中的时候是不均匀的，并且可以在界面粘附，以此来减少油污等界面的界面张力，从而使溶液与油的接触面积增加，最终把油膜变成细小的乳浊液滴分散在溶液当中。
氢氧化钠能够增进皂化反应的进行，但是它的含量要适中，含量太低时就会导致皂化反应无法彻底反应结束，可是当含量过高时就会导致溶解度降低，与此同时还会氧化金属的表面，黑色金属和有色金属以及轻金属的除油碱液的PH有所不同，期中黑色金属PH在12~14之间[9]，而有色金属和轻金属PH在10~11。其中的另外两种钠盐是碳酸钠和磷酸三钠，它们主要起一个缓冲的作用，主要反应方程式为：
（1.2）
（1.3）
硅酸钠一般是作为乳化剂而加入碱液中的，它虽然水溶性好，但是却不容易被去除。如果有一些残留在金属表面就会造成之
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