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節，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80年代初，青島密封件廠協同青島化工廠研製成功了RM-1粘合劑，替代日本TD870成功生產出與國外同等水平的骨架油封，使引進的國外技術得以消化吸收，開辟了骨架油封製作的新工藝。上世紀90年代，由於汽車工業的發展，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，嚴重的製約了該產品的開發，當時青島雙星集團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，順理成章的研發成功斯太爾發動機曲軸前後油封和氣門油封替代了進口，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用技術，應引起生產企業的高度重視。 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，因此骨架必須進行表麵處理，處理大體有兩種方法：一是機械法處理。如采用履帶式的拋丸清理機326或滾筒式的拋丸清理機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。去油汙的骨架經流動的自來水衝洗後，進行酸洗處理，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、硝酸混合液協同去鏽。鋁件用硫酸、鉻酸混合液進行處理。要求對周圍環境不產生或少產生腐蝕時，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，骨架經酸洗後進行表調，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，磷化膜細致而牢固有利於粘合。磷化後的骨架要進行鈍化處理，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，但鉻酸鹽類環保控製較嚴格，需進行廢液的處理，對於難粘合如不鏽鋼骨架除混合酸清冼後進行表麵鈍化後還需進行偶化處理，這有利於提高粘合強度。如無錫威力達公司生產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、膠料配方的設計 要使橡膠與金屬骨架產生良好的粘合強度，必須要在粘合劑與金屬界麵上和粘合劑與橡膠界麵上，具有良好的擴散、濕潤、吸附、滲透能力，大的分子間的引力(即範德華引力)和密集的化學鍵及良好的共硫化效應，要達到上述要求，除選擇高活性的粘合劑、嚴格的金屬骨架表麵處理工藝和正確的配製浸塗、預固化粘合劑之外，橡膠配方是極其重要的因素，若膠料配方不當，其粘著強度低而且適應性也差。丁腈橡膠與鐵骨架浸塗酚類粘合劑，以進行熱硫化為例，通過試驗發現丁腈橡膠隨著丙烯腈含量的增加，粘合強度隨之提高(見表1)。 表1 不同丙烯腈含量丁腈橡膠的粘合強度
試驗配方：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度差。 試驗中還發現丁腈橡膠的硫化體係對粘合強度有較大影響(見表2)。 表2 不同硫化體係的丁腈膠與鐵骨架的粘合強度
試驗配方組成：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145℃預固化15min進行熱硫化粘著。從表2中看出過氧化物硫化體係的粘著強度>硫黃體係的粘著強度>低硫高促硫化體係的粘著強度。在試驗和生產實踐中還發現，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，其補強劑對粘著強度的影響也很大。白炭黑膠料的粘著強度>白炭黑+噴霧炭黑(1：2)>噴霧炭黑+半補強，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)的粘合強度較高，拉力機無法拉斷，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劑可進一步提高粘合強度。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度。 3 粘合劑的選擇和應用 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進行熱硫化粘合。 粘合劑的應用工藝也很重要，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行離心浸塗，橡膠類粘合劑因粘度高，必須進行刷塗或噴塗，塗後的金屬骨架必須進行常溫停放，揮發掉溶劑後進行預固化。如TD870、RM-1、GN-1粘合劑需徑145±3℃×10min的預固化。3290和GF-1粘合劑常溫停放5min後，須經150℃×10min的預固化。橡膠類的粘合劑可常溫停放待溶劑揮發後，即可進行熱硫化，預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 結論 1.金屬骨架表麵必須進行噴砂處理或化學處理，才能與金屬進行熱硫化粘著。 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、矽烷偶聯劑、增粘樹脂、氧化鐵紅等可提高粘合強度。 3.開姆希爾新品種粘合劑可應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、預固化工藝是熱硫化粘著的重要工藝過程，必須嚴格控製。
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