介绍
2-甲基丙烯酸锌盐（ZDMA）作为一种极性增强填料，能够加强热塑性硫化橡胶（TPV）与 6061 铝合金的焊接过程。它的外观为白色固体粉末。
图一 2-甲基丙烯酸锌盐
作用原理
2-甲基丙烯酸锌盐对 TPV / 铝合金焊接性能的提升，源于其对材料极性、尺寸稳定性及界面反应的多重调控作用。
TPV 基材（如 PP/EPDM 体系）本身极性较弱，与金属表面的相互作用有限。2-甲基丙烯酸锌盐分子中的羧酸盐基团（-COO-）为 TPV 引入极性位点，随着 ZDMA 添加量增加（0-30 phr），TPV 的表面自由能极性分量显著提升，接触角持续减小。这种极性增强使 TPV 与铝合金表面的润湿效果改善，接触角降至 90.6°。
聚合物与金属的热膨胀系数差异是导致焊接接头开裂的重要原因。2-甲基丙烯酸锌盐通过自聚合、接枝及离子键作用增强 TPV 分子链间相互作用，有效降低其线性热膨胀系数（CLTE）。在 30-150℃范围内，添加 30 phr ZDMA 的 TPV 比无 ZDMA 样品的 CLTE 显著降低，减少了焊接过程中因温度变化产生的界面应力，提升了接头的结构稳定性。同时，ZDMA 使 TPV 熔体指数（MI）下降，流动性降低，进一步减少焊接时的变形风险。
2-甲基丙烯酸锌盐的核心作用在于其在焊接过程中的界面迁移与反应活性。焊接时，ZDMA 中的 - COO - 倾向于向 TPV / 铝合金界面迁移，在高温作用下与空气中的水分反应生成羧基（-COOH）。这些羧基与 6061 铝合金表面的氧化铝（Al₂O₃）及羟基（-OH）发生化学反应，形成稳定的 C-O-Al 共价键，将聚合物与金属牢牢结合。30 phr ZDMA 样品的焊接界面中，C-O-Al 键的原子百分比达 5.04%，成为界面结合的核心作用力。
焊接性能提升
研究通过热压焊接（HPW）模拟热源实验与搅拌摩擦点焊（FSSW）实际焊接实验，系统验证了 ZDMA 的改性效果。
在 185℃、20 MPa、1 min 的优化工艺下，ZDMA 添加量与接头强度呈现显著正相关。当 ZDMA 添加量从 5 phr 增至 30 phr 时，接头拉剪载荷提升十倍，30 phr 样品的稳定拉剪载荷达 220 N。这种提升并非短期效应，经过 12 天静置后，接头强度仍能保持稳定，体现出良好的耐久性，这得益于2-甲基丙烯酸锌盐构建的多重界面作用有效缓解了聚合物的应力松弛效应。
在实际焊接场景中，ZDMA 改性的 TPV 与 6061 铝合金通过搅拌摩擦点焊实现了更高强度的结合。添加 20 phr 2-甲基丙烯酸锌盐的接头稳定拉剪载荷达 1000 N，30 phr 样品更是达到 1220 N，对应的接头强度分别约为 5 MPa 和 6.1 MPa。热压焊接模拟实验可靠，且 FSSW 工艺因摩擦生热更均匀，展现出比 HPW 更优异的焊接效果。
表征验证
SEM分析
经环己烷蚀刻去除未交联 EPDM 后，SEM 图像显示：焊接前 ZDMA 在 TPV 中均匀分布，未交联 EPDM 孔洞面积约 0.85 μm²；焊接后，孔洞面积向界面方向逐渐减小，表明 ZDMA 向界面迁移并促进了 TPV 的交联反应，使界面区域结构更致密，间接证实了2-甲基丙烯酸锌盐的界面富集效应。
FTIR分析
FTIR 测试显示，2-甲基丙烯酸锌盐与铝合金接触后，1656 cm⁻¹ 处羧酸盐的特征吸收峰强度增加，1728 cm⁻¹ 处羧酸特征峰强度降低，表明 ZDMA 水解生成的 - COOH 与铝合金表面发生反应，消耗了部分羧基并形成新的化学键。3670 cm⁻¹ 处金属氢氧化物的振动峰变化，发生了界面化学反应。
XPS分析
XPS 宽谱扫描显示，焊接后铝合金表面的碳元素含量增加 50%，铝元素含量下降，表明 TPV 与铝合金发生紧密结合。Al 2p 轨道的分峰拟合结果显示，除原有 Al₂O₃和 Al 的特征峰外，出现了 72.2 eV 的新峰，对应 C-O-Al 化学键，且该峰的强度随2-甲基丙烯酸锌盐添加量增加而增强，形成了界面化学键合[1]。
图二 增加2-甲基丙烯酸锌盐的XPS结果
参考文献
[1]Huan X ,Zhou G ,Wei L , et al.Enhancing welding strength of thermoplastic vulcanizate/aluminum alloy via adding zinc methacrylate[J].Materials Chemistry and Physics,2023,304DOI:10.1016/J.MATCHEMPHYS.2023.127839.