橡膠與金屬的粘合
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橡膠與金屬的粘合 |
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橡膠與金屬的粘合是橡膠製品製造過程中的重要環(huán)節(jié)，如果粘合不佳或無法粘合，一些橡膠製品如輪胎、鋼絲輸送帶、橡膠軟管，橡膠骨架油封、汽門油封，橡膠金屬組合墊圈、組合膠套等橡膠金屬複合製品就無法製作。就橡膠密封製品而言，上世紀(jì)80年代初，青島密封件廠協(xié)同青島化工廠研製成功了RM-1粘合劑，替代日本TD870成功生產(chǎn)出與國外同等水平的骨架油封，使引進(jìn)的國外技術(shù)得以消化吸收，開辟了骨架油封製作的新工藝。上世紀(jì)90年代，由於汽車工業(yè)的發(fā)展，不少廠家要求用氟橡膠製作骨架油封、汽車油封，但是粘合問題不好解決，嚴(yán)重的製約了該產(chǎn)品的開發(fā)，當(dāng)時青島雙星集團(tuán)密封件廠成功的研製了FG-1氟橡膠與黑色金屬的熱硫化粘合劑，使氟橡膠與金屬骨架牢牢的粘合成一體，順理成章的研發(fā)成功斯太爾發(fā)動機(jī)曲軸前後油封和氣門油封替代了進(jìn)口，滿足了配套需要，該粘合劑一直使用至今。因此橡膠與金屬粘合是極其重要的應(yīng)用技術(shù)，應(yīng)引起生產(chǎn)企業(yè)的高度重視。 1 金屬骨架的表麵處理 骨架表麵無油汙、無鏽蝕，有一定粗糙度的新鮮表麵才能有效的與金屬粘合，因此骨架必須進(jìn)行表麵處理，處理大體有兩種方法：一是機(jī)械法處理。如采用履帶式的拋丸清理機(jī)326或滾筒式的拋丸清理機(jī)Q3110，將粒徑0.5mm的鋼砂噴射到骨架表麵，將表麵的鏽蝕等有害物料噴掉，使表麵新鮮並增大表麵積，加大骨架與膠粘劑間的接觸麵；二是化學(xué)法。即酸洗處理，磷化鈍化處理，其工藝過程是堿液去油，酸液去鏽，磷化上磷化膜，然後進(jìn)行鈍化烘乾，堿液是有多種材料如苛性鈉、矽酸鈉(表麵濕潤劑)、焦磷酸鈉(陰離子表麵活性劑)、烷基磺酸鈉組成的水溶液，清洗溫度80-90℃，時間視表麵的油汙多少而有差異，一般是5min左右。去油汙的骨架經(jīng)流動的自來水衝洗後，進(jìn)行酸洗處理，而不同的金屬去鏽時對酸的品種是有選擇性的。例如，鐵件要用鹽酸清洗處理。銅件和不鏽鋼骨架采用硫酸、硝酸混合液協(xié)同去鏽。鋁件用硫酸、鉻酸混合液進(jìn)行處理。要求對周圍環(huán)境不產(chǎn)生或少產(chǎn)生腐蝕時，而金屬骨架鏽蝕較輕的骨架，可采用以草酸為主，摻用少量硫酸和加入緩鈍劑的水溶液進(jìn)行處理。磷化是黑色金屬表麵處理的重要方法。磷化液的品種很多，如常溫磷化液，采用的是鐵係磷化液，骨架經(jīng)酸洗後進(jìn)行表調(diào)，放入常溫磷化液中(溫度30℃左右)處理5-6min；中溫磷化是采用鋅係或鋅鈣係的磷化液，骨架在65-75℃下處理6min左右；高溫磷化液是錳係磷化液，骨架在80-90℃下處理3-4min，目前采用中溫磷化液較好，因常溫磷化表麵磷化膜磷化後停放時容易造成再生鏽，高溫磷化的骨架表麵磷化膜粗糙而且較厚，易造成脫落，中溫磷化，磷化膜細(xì)致而牢固有利於粘合。磷化後的骨架要進(jìn)行鈍化處理，主要是通過鈍化液的表麵處理，封閉骨架表麵的易氧化離子，防止骨架再生鏽。鈍化液的品種很多，如以鉻酸鹽類、硝酸鹽類，三乙酸胺為代表的有機(jī)胺類，其中鉻酸鹽類鈍，化效果好，表麵的鉻離子有利於與橡膠的粘合，但鉻酸鹽類**控製較嚴(yán)格，需進(jìn)行廢液的處理，對於難粘合如不鏽鋼骨架除混合酸清冼後進(jìn)行表麵鈍化後還需進(jìn)行偶化處理，這有利於提高粘合強(qiáng)度。如無錫威力達(dá)公司生產(chǎn)的全電腦控製雙勾磷化處理線，溫度、浸洗時間、烘乾時間、停放滴水時間等全部自動控製，可有效的保證處理質(zhì)量。其工藝過程是堿液去鏽(5℃×3min)，吊起滴水(常溫×1min)→自來水衝洗(常溫×1min)→酸液去鏽(常溫×3min)→吊起滴液(常溫×1min)→流動自來水衝洗(常溫×0.5min)→磷化處理(65-70℃×5-6min)→吊起滴液(常溫×1min)→流動自來水衝洗(常溫×1min)→吊起滴液(常溫×1min)→鈍化(90℃×0.5min)→烘乾備用。 2 粘合膠、膠料配方的設(shè)計(jì) 要使橡膠與金屬骨架產(chǎn)生良好的粘合強(qiáng)度，必須要在粘合劑與金屬界麵上和粘合劑與橡膠界麵上，具有良好的擴(kuò)散、濕潤、吸附、滲透能力，大的分子間的引力(即範(fàn)德華引力)和密集的化學(xué)鍵及良好的共硫化效應(yīng)，要達(dá)到上述要求，除選擇高活性的粘合劑、嚴(yán)格的金屬骨架表麵處理工藝和正確的配製浸塗、預(yù)固化粘合劑之外，橡膠配方是極其重要的因素，若膠料配方不當(dāng)，其粘著強(qiáng)度低而且適應(yīng)性也差。丁腈橡膠與鐵骨架浸塗酚類粘合劑，以進(jìn)行熱硫化為例，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)丁腈橡膠隨著丙烯腈含量的增加，粘合強(qiáng)度隨之提高(見表1)。 表1 不同丙烯腈含量丁腈橡膠的粘合強(qiáng)度
試驗(yàn)配方：丁腈橡膠 變量，氧化鋅5；硬脂酸 防老劑RD 2；MB 二辛酯 15；炭黑95；硫黃 0.5；TMTD 1；TETD 1份；DM 2.5。從表1可看出不同品種的丁腈橡膠，粘著強(qiáng)度的差異很大，丁腈橡膠40好，230尚可，中低丙烯腈含量的膠料粘著強(qiáng)度差。 試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)丁腈橡膠的硫化體係對粘合強(qiáng)度有較大影響(見表2)。 表2 不同硫化體係的丁腈膠與鐵骨架的粘合強(qiáng)度
試驗(yàn)配方組成：丁腈橡膠26 100；氧化鋅5；硬脂酸 1；炭黑90；二辛酪 15；凡士林 3；防老劑 3。 骨架噴砂後，浸塗RM-1粘合劑經(jīng)145℃預(yù)固化15min進(jìn)行熱硫化粘著。從表2中看出過氧化物硫化體係的粘著強(qiáng)度>硫黃體係的粘著強(qiáng)度>低硫高促硫化體係的粘著強(qiáng)度。在試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐中還發(fā)現(xiàn)，中低丙烯腈含量的生膠采用過氧化物硫化體係的膠料配方，其補(bǔ)強(qiáng)劑對粘著強(qiáng)度的影響也很大。白炭黑膠料的粘著強(qiáng)度>白炭黑+噴霧炭黑(1：2)>噴霧炭黑+半補(bǔ)強(qiáng)，炭黑(1：1)。在丁腈橡膠26中在硫黃1.5份，DM1.5份的配方中加入間甲白體係(即RS2，RH2.5，白炭黑15)的粘合強(qiáng)度較高，拉力機(jī)無法拉斷，在白炭黑的膠料中加入凡土林有助於粘合，若加入適量的矽烷偶聯(lián)劑可進(jìn)一步提高粘合強(qiáng)度。其他通用性非極性橡膠與金屬的粘合與丁腈橡膠相類似。如天然橡膠與銅嘴的直接粘合配方(不塗粘合劑)采用高氧化鋅40份、硫黃3.5-份，添加適量的增粘劑鬆焦油、黃油、氧化鐵紅可使酸液清洗後的銅嘴骨架直接進(jìn)行熱硫化粘著，其他通用型橡膠如丁苯橡膠、氯丁橡膠、三元乙丙橡膠、順丁橡膠添加上述材料也可提高橡膠與金屬的粘合強(qiáng)度。 3 粘合劑的選擇和應(yīng)用 粘合劑主要分五大類：(1)異氰酸酯類，如列克鈉；(2)樹脂類如RM-1、TD870，GN-1等：(3)鹵化橡膠或環(huán)化橡膠類如開姆洛克220，開姆希爾211等；(4)矽烷類如3290、5150和GF-1等；(5)矽烷和樹脂混合類如512、PC-22等。目前市場銷售較多的是美國開姆洛克係列粘合劑，德國漢高的開姆希爾係列粘合劑。該係列粘合劑為開姆洛克新品，另外還有麥加母係列粘合劑，國內(nèi)青島化工廠的BM-1和青島魯中泰化工公司的GF-1和GN-1粘合劑等。 氟橡膠與金屬的粘合可選擇德國漢高公司開姆希爾512、保樂固PC-22、美加母3290和青島魯中泰的GF-1。丁腈橡膠、ACM膠、聚氨酯橡膠可選擇韓國產(chǎn)的TD870，青島化工廠的RM-1，青島魯中泰公司的GN-1，無色製品可選擇透明粘合劑PC-35。其他通用類型的橡膠，如天然橡膠、丁苯，橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠、三元乙丙橡膠等，可選擇樹脂類的粘合劑做底膠如開姆希爾211，麥加母的3270/3276，開姆洛克205然後再塗如開姆希爾225，美加母100、115，開姆洛克250、252。矽橡膠與金屬的粘合，可選擇3290，過氧化矽烷VTPS和GF-1進(jìn)行熱硫化粘合。 粘合劑的應(yīng)用工藝也很重要，用於TD870粘合劑的溶劑和稀釋劑必須用甲醇或乙醇做溶劑。粘合劑與溶劑的配比，因金屬骨架板材的料厚有所差彆，料厚0.3-0.8mm的配比(粘合劑：溶劑)是1：8-1：12；料厚0.8-1.2mm配比是1：8-1：6)；1.2以上的是1：6-1：4，512和PC-22必須用甲乙酮做溶劑配比是1：4-1：8。3290必須，用無水乙醇做溶劑，配比是1：3-1：4。橡膠類的粘合劑如開姆希爾411，開姆洛克250，麥加母14450，可用甲苯、二甲苯做稀釋劑，用量20%左右，金屬骨架浸塗粘合劑和浸塗後的預(yù)固化停放時間也很重要，一般樹脂類、矽烷類、矽烷和樹脂混合類的粘合劑，可將骨架全部浸到粘合劑溶劑溶液中進(jìn)行離心浸塗，橡膠類粘合劑因粘度高，必須進(jìn)行刷塗或噴塗，塗後的金屬骨架必須進(jìn)行常溫停放，揮發(fā)掉溶劑後進(jìn)行預(yù)固化。如TD870、RM-1、GN-1粘合劑需徑145±3℃×10min的預(yù)固化。3290和GF-1粘合劑常溫停放5min後，須經(jīng)150℃×10min的預(yù)固化。橡膠類的粘合劑可常溫停放待溶劑揮發(fā)後，即可進(jìn)行熱硫化，預(yù)固化後的骨架要放置在於燥清潔場地，TD870的骨架可放置於3周左右，3290和GF-1骨架不宜超過5天。 4 結(jié)論 1.金屬骨架表麵必須進(jìn)行噴砂處理或化學(xué)處理，才能與金屬進(jìn)行熱硫化粘著。 2.一般通用型橡膠如丁腈橡膠、丁苯橡膠等采用過氧化物硫化體係或硫黃硫化體係，有利於粘合，配方中加入適量的白炭黑、矽烷偶聯(lián)劑、增粘樹脂、氧化鐵紅等可提高粘合強(qiáng)度。 3.開姆希爾新品種粘合劑可應(yīng)用於橡膠與金屬的熱硫化粘著。粘合劑與溶劑的配比及其浸塗工藝、預(yù)固化工藝是熱硫化粘著的重要工藝過程，必須嚴(yán)格控製。
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