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制品制造過程中的重要環節，如果粘合不佳或無法粘合，一些橡膠制品如輪胎、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復合制品就無法制作。就橡膠密封制品而言，上世紀80年代初，青島密封件廠協同青島化工廠研制成功了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，開辟了骨架油封制作的新工藝。上世紀90年代，由于汽車工業的發展，不少廠家要求用氟橡膠制作骨架油封、汽車油封，但是粘合問題不好解決，嚴重的制約了該產品的開發，當時青島雙星集團密封件廠成功的研制了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后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 金屬骨架的表面處理 骨架表面無油污、無銹蝕，有一定粗糙度的新鮮表面才能有效的與金屬粘合，因此骨架必須進行表面處理，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面，將表面的銹蝕等有害物料噴掉，使表面新鮮并增大表面積，加大骨架與膠粘劑間的接觸面；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，酸液去銹，磷化上磷化膜，然后進行鈍化烘干，堿液是有多種材料如苛性鈉、硅酸鈉(表面濕潤劑)、焦磷酸鈉(陰離子表面活性劑)、烷基磺酸鈉組成的水溶液，清洗溫度80-90℃，時間視表面的油污多少而有差異，一般是5min左右。去油污的骨架經流動的自來水沖洗后，進行酸洗處理，而不同的金屬去銹時對酸的品種是有選擇性的。例如，鐵件要用鹽酸清洗處理。銅件和不銹鋼骨架采用硫酸、硝酸混合液協同去銹。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，而金屬骨架銹蝕較輕的骨架，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。磷化是黑色金屬表面處理的重要方法。磷化液的品種很多，如常溫磷化液，采用的是鐵系磷化液，骨架經酸洗后進行表調，放入常溫磷化液中(溫度30℃左右)處理5-6min；中溫磷化是采用鋅系或鋅鈣系的磷化液，骨架在65-75℃下處理6min左右；高溫磷化液是錳系磷化液，骨架在80-90℃下處理3-4min，目前采用中溫磷化液較好，因常溫磷化表面磷化膜磷化后停放時容易造成再生銹，高溫磷化的骨架表面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于粘合。磷化后的骨架要進行鈍化處理，主要是通過鈍化液的表面處理，封閉骨架表面的易氧化離子，防止骨架再生銹。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，表面的鉻離子有利于與橡膠的粘合，但鉻酸鹽類**控制較嚴格，需進行廢液的處理，對于難粘合如不銹鋼骨架除混合酸清冼后進行表面鈍化后還需進行偶化處理，這有利于提高粘合強度。如無錫威力達公司生產的全電腦控制雙勾磷化處理線，溫度、浸洗時間、烘干時間、停放滴水時間等全部自動控制，可有效的保證處理質量。其工藝過程是堿液去銹(5℃×3min)，吊起滴水(常溫×1min)→自來水沖洗(常溫×1min)→酸液去銹(常溫×3min)→吊起滴液(常溫×1min)→流動自來水沖洗(常溫×0.5min)→磷化處理(65-70℃×5-6min)→吊起滴液(常溫×1min)→流動自來水沖洗(常溫×1min)→吊起滴液(常溫×1min)→鈍化(90℃×0.5min)→烘干備用。 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面上和粘合劑與橡膠界面上，具有良好的擴散、濕潤、吸附、滲透能力，大的分子間的引力(即范德華引力)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、嚴格的金屬骨架表面處理工藝和正確的配制浸涂、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涂酚類粘合劑，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系對粘合強度有較大影響(見表2)。 表2 不同硫化體系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。 骨架噴砂后，浸涂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系的粘著強度>硫黃體系的粘著強度>低硫高促硫化體系的粘著強度。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系的膠料配方，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系(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于粘合，若加入適量的硅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(不涂粘合劑)采用高氧化鋅40份、硫黃3.5-份，添加適量的增粘劑松焦油、黃油、氧化鐵紅可使酸液清洗后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)硅烷類如3290、5150和GF-1等；(5)硅烷和樹脂混合類如512、PC-22等。目前市場銷售較多的是美國開姆洛克系列粘合劑，德國漢高的開姆希爾系列粘合劑。該系列粘合劑為開姆洛克新品，另外還有麥加母系列粘合劑，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，無色制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然后再涂如開姆希爾225，美加母100、115，開姆洛克250、252。硅橡膠與金屬的粘合，可選擇3290，過氧化硅烷VTPS和GF-1進行熱硫化粘合。 粘合劑的應用工藝也很重要，用于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別，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，金屬骨架浸涂粘合劑和浸涂后的預固化停放時間也很重要，一般樹脂類、硅烷類、硅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涂，橡膠類粘合劑因粘度高，必須進行刷涂或噴涂，涂后的金屬骨架必須進行常溫停放，揮發掉溶劑后進行預固化。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后，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后，即可進行熱硫化，預固化后的骨架要放置在于燥清潔場地，TD870的骨架可放置于3周左右，3290和GF-1骨架不宜超過5天。 4 結論 1.金屬骨架表面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系或硫黃硫化體系，有利于粘合，配方中加入適量的白炭黑、硅烷偶聯劑、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于橡膠與金屬的熱硫化粘著。粘合劑與溶劑的配比及其浸涂工藝、預固化工藝是熱硫化粘著的重要工藝過程，必須嚴格控制。
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