橡膠與金屬骨架粘合失效原因分析及解決方法探討

1、橡膠與金屬骨架粘合失效原因分析及解決方法探討來(lái) 源：溫州橡膠網(wǎng) 日 期：2007-02-01瀏覽次數(shù)：2119隨著現(xiàn)代化車(chē)輛的高速發(fā)展，車(chē)輛上使用的減震器也日益受到人們的重視。車(chē)輛上普 遍使用的橡膠一金屬?gòu)?fù)合減震器，由于兼顧金屬的高強(qiáng)度及橡膠的高彈性，也成為了 減震器領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。然而，由于橡膠與金屬的表面結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能有著根本性的 區(qū)別，使得橡膠與金屬的粘合始終是橡膠減震器生產(chǎn)中的難點(diǎn)及重點(diǎn)。一、橡膠與金屬粘合的機(jī)理簡(jiǎn)述所謂粘合是指兩種相同或不同材料的表面通過(guò)各種界面力而結(jié)合在一起的狀 態(tài)。對(duì)于橡膠與金屬的粘合，其理論的解釋有熱力學(xué)理論、吸附理論、擴(kuò)散理論、靜 電理論、界面化學(xué)理論等。各個(gè)

2、理論均有其合理及不足之處。目前普遍認(rèn)為，粘合過(guò) 程一般分為兩個(gè)階段，第一階段是粘合物（即橡膠）流動(dòng)、擴(kuò)散、浸潤(rùn)于金屬表面；第二階段是橡膠與金屬表面發(fā)生硫化反應(yīng)及其他化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)各種化學(xué)鍵及界面力的作 用，使得橡膠與金屬粘合成一體。目前，橡膠一金屬?gòu)?fù)合減震器普遍使用的膠粘體系為膠粘劑法。廣泛使用的 膠粘劑如MEGU系列，其主要成分為酚醛樹(shù)脂、鹵化橡膠，還包含有粘合增進(jìn)劑、硫 化劑、溶劑等。其實(shí)現(xiàn)熱硫化粘接的機(jī)理為膠粘劑中的鹵素分子（在鹵化橡膠的分子鏈上）。如氯、溴分子，以共價(jià)鍵、離子鍵的形式，將金屬原子（如鐵原于）與鹵化橡膠結(jié)合，同時(shí)，在熱硫化的作用下。膠粘劑與橡膠產(chǎn)生共交聯(lián)，從而完成粘合過(guò)程

3、。本 文主要以此類(lèi)膠粘劑為例，從橡膠一金屬?gòu)?fù)合減震器的生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，探討粘合失效 的原因及解決辦法。粘合失效的原因及解決辦法本企業(yè)橡膠減震器生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。金屬骨架的處理（1）金屬骨架脫脂。在生產(chǎn)過(guò)程中，金屬骨架在倉(cāng)存時(shí)往往表面附著大量的油脂，骨架本身也有 銹蝕，這兩類(lèi)污染物如不徹底清理干凈，膠粘劑將無(wú)法在骨架表面充分結(jié)合、擴(kuò)散、 浸潤(rùn)，不易形成金屬骨架一膠粘劑之間的有效粘接。解決辦法：規(guī)范金屬骨架脫脂操作。金屬骨架利用脫脂劑。有效脫除油脂。金屬骨架在脫脂機(jī)內(nèi)必須合理放置，避免形成脫脂死點(diǎn)。造成骨架內(nèi)部分油脂清除不干凈；脫脂操作后，用大量的清水清除殘余的油脂及脫脂劑。薄型金屬骨架可用酸洗一

4、磷化法，厚型金屬骨架用拋丸法（噴砂法）來(lái)清除骨架表面的銹蝕。無(wú)論采取哪種形式，均以完全清除掉骨架表面的銹蝕，使金屬骨架有一個(gè)干凈、清潔的表面， 同時(shí)又不過(guò)多損傷金屬骨架表面的結(jié)構(gòu)為宜。(2) 金屬骨架過(guò)度拋丸。金屬骨架在采用拋丸法(噴砂法)時(shí)，金屬骨架表面也因鋼丸的噴射受到破壞， 在表面形成肉眼不可見(jiàn)的裂紋。這些細(xì)小的裂紋對(duì)橡膠減震器的生產(chǎn)過(guò)程并沒(méi)有影響，但減震器在惡劣的工作環(huán)境下。金屬骨架表面裂紋的存在，會(huì)使其在垂直/扭轉(zhuǎn)的拉力下迅速擴(kuò)大，而導(dǎo)致金屬一金屬分離，造成重大事件。解決辦法： 選用合適粒徑的鋼丸。鋼丸粒徑大，則其沖擊力強(qiáng)，除銹速度快，但也會(huì)使金屬件表面形成很多細(xì)小的裂紋，并且會(huì)對(duì)金

5、屬件造成較大的變形。這對(duì)隨后的金 屬件校證帶來(lái)很大麻煩。鋼丸粒徑過(guò)小，對(duì)金屬件表面除銹均勻，但速度較慢。同時(shí) 其粉塵很大，很容易被抽風(fēng)機(jī)抽出。通過(guò)對(duì)比，我們認(rèn)為粒徑在0.6-1mm之間的鋼丸效率最佳。 根據(jù)金屬骨架銹蝕的多少，合理制定拋丸時(shí)間。應(yīng)使金屬件表面的銹剛好 除掉，而又不過(guò)多損傷金屬件表面為宜。若部分金屬件仍有大面積銹跡，應(yīng)單獨(dú)將此 金屬件平置。靜止拋丸 60-100S。(3) 膠粘劑涂刷、干燥過(guò)程中的問(wèn)題。金屬骨架在涂刷膠粘劑時(shí)，為了提高工作效率，往往在剛涂完底層膠粘劑不久，就開(kāi) 始涂刷面膠，造成底膠未達(dá)到干燥。使面膠融入底膠內(nèi)。滲透至金屬一底膠結(jié)合處。 由于面膠與金屬的粘合性較差，

6、極易導(dǎo)致多處粘合失效。解決辦法：底膠充分干燥后，再涂刷面膠。一般來(lái)說(shuō)，常用的膠粘劑如底膠MEGUMI1O0GHEWLOK205在常溫(20 C -30 C)下，干燥 30-40min，或在烘箱(40 C -50 C )里，干燥 仍-20min，即可達(dá)到干燥效果。(4) 金屬骨架、膠粘劑受到污染。 鐵骨架在拋丸后，表面已露出金屬原色。長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，會(huì)在氧、 水分的作用下生銹，在鐵骨架表面形成疏松的氧化層。疏松的氧化層成為底膠在金屬 骨架表面充分結(jié)合、擴(kuò)散的障礙。 我們常用聚乙烯、聚丙烯塑料袋來(lái)裝載涂刷膠粘劑的金屬骨架。由于塑料袋與金屬骨架表面的膠粘劑充分摩擦，會(huì)給膠粘劑表面帶來(lái)聚乙烯(聚丙

7、烯)分子和其他雜質(zhì)。這些物質(zhì)會(huì)阻礙膠粘劑與橡膠的交聯(lián)，從而造成粘合失效。表I為待涂刷膠粘劑的金屬骨架在充分摩擦聚乙烯塑料袋后對(duì)粘合的影響。表1聚乙烯塑料袋對(duì)金屬骨架材料與橡膠粘合的影晌項(xiàng)目膠粘劑體系拉斷強(qiáng)度/MPa膠一鐵分離類(lèi)型%止常涂膠底膠MEGUM3270膠一膠98963面膠WECUM3270膠一膠粘劑涂層充分摩擦塑料袋底膠MEGUM32707.85膠一膠80面膠NEGUM3270膠一鐵20注所用膠料為天然膠粘接性能試驗(yàn)按ASTM D429 1998標(biāo)準(zhǔn).從表1可以看出。聚乙烯塑料袋在充分摩擦膠粘劑層后，對(duì)金屬骨架與膠料 的粘合影響是不可忽視的。事實(shí)上聚乙烯塑料袋有著價(jià)廉、使用方便的優(yōu)點(diǎn)，

8、只要使 用得當(dāng)，不與膠粘劑層過(guò)分的摩擦、粘連，還是可以采用的。磷化層失效采用磷化法來(lái)處理金屬骨架，可在骨架表面形成一層磷化膜。磷化膜的主要成分為鐵、鋅一磷酸鹽晶體。磷化膜一般耐溫不太高。在硫化溫度超過(guò)150 C時(shí)。磷化膜在高溫下就會(huì)失去結(jié)晶水，導(dǎo)致膜層干燥、變脆。以至脫落。從而造成骨架一膠 粘劑粘合失效。解決辦法： 換用磷化液，采用能形成耐較高溫度磷化膜的牌號(hào)。 控制磷化溫度與磷化液濃度，在磷化過(guò)程中形成以HP02 一為主的磷化膜，盡量避免形成H2PO3"與pO35 一為主的磷化膜，這是因?yàn)楹?HP02 一比H2PO3"與pO33 一形成 的鐵、鋅一磷酸鹽晶體更致密的緣故。

9、2.膠粘劑選型與橡膠品種。配方的匹配()膠粘劑與橡膠品種的匹配。常用的橡膠品種如 NBR CR為極性橡膠，NR SBR EPDM IIR為非極性橡膠，一般來(lái)說(shuō)，極性較高的橡膠易于與金屬骨架粘合；NR、SBR分子鏈中含有大量雙鍵，粘合也很容易；非極性橡膠如EPDMIIR由于活性低。分子鏈中的雙鍵少，難與膠粘劑粘 合。對(duì)此，除了改進(jìn)硫化體系外， 采用高活性的膠粘劑也是必不可少的。如MEGUM704MEGUWI4550 CHEMLOK234等。對(duì)于 ACM NBR等特種橡膠。則需使用特殊的膠粘劑。表2、3為常見(jiàn)MEGU系列與CHEMLO系列膠粘劑的型號(hào)及其適用的膠種。(2) 硫化體系的選擇有的時(shí)候，

10、即使工確選用了與膠種相適應(yīng)的膠粘劑品種，仍然末能獲得滿意的粘合效果。這種情況在非極性橡膠的特種橡膠中尤為突出。此時(shí)，選用合適的硫化體系或換用橡膠牌號(hào)就成為我們的必然選擇。如EPDMt膠的粘合。采用普遍硫黃硫化體系時(shí)，即使使用 MEGUM1455等高反應(yīng)性的膠粘劑，也存在粘合失效的問(wèn)題。此時(shí)， 可采用過(guò)氧化物硫化體系。由于反應(yīng)形成的交聯(lián)鏈為碳一碳鍵，反應(yīng)點(diǎn)大大增加，粘 合效果也隨之大為改善。表 4為硫黃硫化體系與過(guò)氧化物硫化體系的粘合試驗(yàn)對(duì)比。表4硫黃硫化體系與過(guò)氧化物硫化體系的粘臺(tái)試驗(yàn)對(duì)比膠料配方主要成分。硫黃硫化體系：EPDM(EP35) 1OO S 1.6促進(jìn)劑CZ O.5促進(jìn)劑TMTD

11、1。氧化鋅5;硬脂酸 1；HAF 35。過(guò)氧化物硫化體系：EPDM(EP35)1OO S 0.3，DCP 4,氧化鋅5，硬脂酸 l,HAF35。(3) 配合劑對(duì)粘合體系的影響。有些配合齊U對(duì)金屬骨架一橡膠的粘合影響較大。在不影響產(chǎn)品性能的情況下，對(duì)配合劑的種類(lèi)、份量作出調(diào)整，就可獲得滿意的粘合效果。古馬龍可增加膠料的粘性，使膠料與膠粘劑表層充分結(jié)合。適當(dāng)使用(不多于 5份)，對(duì)增加粘合效果很好； 在配方中使用白炭黑。白炭黑粒子表面是一個(gè)反應(yīng)活性很強(qiáng)的以硅烷醇結(jié)構(gòu)為特征的酸性面，水分吸附于白炭黑離子的活性面，將水分以液態(tài)水的形式固定下來(lái)，將水束縛并均勻分布于整個(gè)膠料中，減少了水在橡膠與膠粘劑之間

12、的界面上富集，阻止了水對(duì)粘合結(jié)構(gòu)的破壞。因此，使用白炭黑對(duì)粘合是非常有利的。 石蠟、芳烴油、烷烴油。由于這些填充劑容易噴出，并在橡膠一膠粘劑界面富集，阻礙了橡膠一膠粘劑界面富集，阻礙了橡膠一膠粘劑的充分反應(yīng)。因此，在滿足使用要求的情況下，應(yīng)盡量少用； 硫黃對(duì)于極性橡膠而言，如NR SBR等，采用普遍硫黃硫化體系比采用半有效硫黃硫化體系、有效硫黃硫化體系更有利于粘合； 對(duì)于促進(jìn)劑的使用，自然以硫化誘導(dǎo)期較長(zhǎng)、硫化平坦較寬，硫化速度較快的CZ DM NOBS宜，事實(shí)上，由于膠粘劑如MEGUM10OCHEMLOK-220勺適應(yīng)期比較長(zhǎng)，只要保證有較快的裝模速度，膠料沒(méi)有焦燒，就不會(huì)影響粘合質(zhì)量。3?

13、模具與硫化(1) 模具的分型面設(shè)置不當(dāng)。如果模具設(shè)計(jì)從橡膠一金屬骨架結(jié)合處溢膠，在分型面處不可避免的存在膠料流動(dòng)的問(wèn)題。在硫化初期，橡膠尚未與膠粘劑形成充分的共交聯(lián)，便因橡膠從分型 面的流動(dòng)，也就是橡膠一金屬骨架結(jié)合處溢出，橡膠將在橡膠一膠粘劑處移動(dòng)，影響 了橡膠與膠粘劑的共交聯(lián)。解決辦法：模具分型面不要設(shè)置在橡膠一金屬骨架結(jié)合處，應(yīng)設(shè)在其他部位。(2) 膠料膨脹造成的粘合失效。膠料在加熱硫化時(shí)，由于膠料內(nèi)部加熱而形成熱膨脹，同時(shí)發(fā)生的交聯(lián)反應(yīng)，產(chǎn)生的應(yīng)力造成了膠料在金屬骨架表面的滑移，阻止了膠料與膠粘劑的充分反應(yīng)。這 類(lèi)膨脹在膨脹率大的膠種，如EPD M表現(xiàn)得尤為突出。解決辦法：模壓法，稱料

14、時(shí)只稱取與產(chǎn)品成品質(zhì)量相當(dāng)?shù)哪z料進(jìn)行模壓；移模注壓法，注膠完畢后，需在模腔內(nèi)取出約為產(chǎn)品成品1 % -2 %重量的膠料。這兩種做法均減少了膠料的膨脹而帶來(lái)的應(yīng)力，防止膠料在金屬骨架表面的滑移。同時(shí)還必須 增加排氣次數(shù)，以利于膠料溢出。(3) 產(chǎn)品硫化前裝模時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。產(chǎn)生這個(gè)原因的因素有很多，如模具復(fù)雜，操作工的操作不熟練，膠料粘度太 大、流動(dòng)困難或硫化速度過(guò)快等。產(chǎn)品硫化時(shí)膠料尚未充滿整個(gè)模腔的時(shí)候，膠粘劑 已經(jīng)開(kāi)始起交聯(lián)反應(yīng)。膠粘劑與膠料不能充分共交聯(lián)，從而造成粘合失效。解決辦法： 提高操作工操作水平，加快裝模速度； 調(diào)整膠料配方，使硫化速度與膠料的粘度適當(dāng)。一般而言，通用性的膠粘劑 如MEGUM10OCHEMLOK22等，只要在3min內(nèi)裝模完畢，就沒(méi)有預(yù)交聯(lián)的危險(xiǎn)。(4) 膠料放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成的粘合失效膠料在出片后，暴露