橡膠與金屬骨架粘合失效原因分析及解決方法探討

橡膠與金屬骨架粘合失效原因分析及解決方法探討橡膠與金屬骨架粘合失效原因分析及解決方法探討來源：溫州橡膠網(wǎng)日期：2007-02-01瀏覽次數(shù)：2119隨著現(xiàn)代化車輛的高速發(fā)展，車輛上使用的減震器也日益受到人們的重視。車輛上普遍使用的橡膠一金屬復合減震器，由于兼顧金屬的高強度及橡膠的高彈性，也成為了減震器領(lǐng)域研究的熱點。然而，由于橡膠與金屬的表面結(jié)構(gòu)、力學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)中的難點及重點。

一、橡膠與金屬粘合的機理簡述

所謂粘合是指兩種相同或不同材料的表面通過各種界面力而結(jié)合在一起的狀態(tài)。對于橡膠與金屬的粘合，其理論的解釋有熱力學理論、吸附理論、擴散理論、靜電理論、界面化學理論等。各個理論均有其合理及不足之處。目前普遍認為，粘合過程一般分為兩個階段，第一階段是粘合物(即橡膠)流動、擴散、浸潤于金屬表面;第二階段是橡膠與金屬表面發(fā)生硫化反應及其他化學反應，通過各種化學鍵及界面力的作用，使得橡膠與金屬粘合成一體。

目前，橡膠一金屬復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MEGUM系列，其主要成分為酚醛樹脂、鹵化橡膠，還包含有粘合增進劑、硫化劑、溶劑等。其實現(xiàn)熱硫化粘接的機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，在熱硫化的作用下。膠粘劑與橡膠產(chǎn)生共交聯(lián)，從而完成粘合過程。本文主要以此類膠粘劑為例，從橡膠一金屬復合減震器的生產(chǎn)實際出發(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)工藝流程見圖1。

金屬骨架的處理

(1)金屬骨架脫脂。

在生產(chǎn)過程中，金屬骨架在倉存時往往表面附著大量的油脂，骨架本身也有銹蝕，這兩類污染物如不徹底清理干凈，膠粘劑將無法在骨架表面充分結(jié)合、擴散、浸潤，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。金屬骨架在脫脂機內(nèi)必須合理放置，避免形成脫脂死點。造成骨架內(nèi)部分底膠

MEGUM3270

7.85

膠一膠80

面膠

NEGUM3270

膠一鐵20

注①所用膠料為天然膠②粘接性能試驗按ASTM

D429

1998標準.

從表1可以看出。聚乙烯塑料袋在充分摩擦膠粘劑層后，對金屬骨架與膠料的粘合影響是不可忽視的。事實上聚乙烯塑料袋有著價廉、使用方便的優(yōu)點，只要使用得當，不與膠粘劑層過分的摩擦、粘連，還是可以采用的。

⑤磷化層失效

采用磷化法來處理金屬骨架，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150℃時。磷化膜在高溫下就會失去結(jié)晶水，導致膜層干燥、變脆。以至脫落。從而造成骨架一膠粘劑粘合失效。

解決辦法:

①換用磷化液，采用能形成耐較高溫度磷化膜的牌號。

②控制磷化溫度與磷化液濃度，在磷化過程中形成以HPO32ˉ為主的磷化膜，盡量避免形成H2PO3ˉ與pO33ˉ為主的磷化膜，這是因為含HPO32ˉ比H2PO3ˉ與pO33ˉ形成的鐵、鋅一磷酸鹽晶體更致密的緣故。

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，一般來說，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EPDM、lIR由于活性低。分子鏈中的雙鍵少，難與膠粘劑粘合。對此，除了改進硫化體系外，采用高活性的膠粘劑也是必不可少的。如MEGUM704、MEGUWl4550、CHEMLOK234B等。對于ACM、NBR等特種橡膠。則需使用特殊的膠粘劑。表2、3為常見MEGUM系列與CHEMLOK系列膠粘劑的型號及其適用的膠種。

(2)硫化體系的選擇

有的時候，即使工確選用了與膠種相適應的膠粘劑品種，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，選用合適的硫化體系或換用橡膠牌號就成為我們的必然選擇。如EPDM橡膠的粘合。采用普遍硫黃硫化體系時，即使使用MEGUM14550等高反應性的膠粘劑，也存在粘合失效的問題。此時，可采用過氧化物硫化體系。由于反應形成的交聯(lián)鏈為碳一碳鍵，反應點大大增加，粘合效果也隨之大為改善。表4為硫黃硫化體系與過氧化物硫化體系的粘合試驗對比。

表4硫黃硫化體系與過氧化物硫化體系的粘臺試驗對比

膠料配方主要成分。硫黃硫化體系:EPDM(EP35)

1OO，S

1.6促進劑CZ

O.5促進劑TMTD

1。氧化鋅

5;硬脂酸

1;HAF

35。

過氧化物硫化體系:EPDM(EP35)

1OO，S

0.3，DCP

4,氧化鋅5，硬脂酸

l,HAF

35。

(3)配合劑對粘合體系的影響。

有些配合劑對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，對配合劑的種類、份量作出調(diào)整，就可獲得滿意的粘合效果。

①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。適當使用(不多于5份)，對增加粘合效果很好;

②在配方中使用白炭黑。白炭黑粒子表面是一個反應活性很強的以硅烷醇結(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，將水束縛并均勻分布于整個膠料中，減少了水在橡膠與膠粘劑之間的界面上富集，阻止了水對粘合結(jié)構(gòu)的破壞。因此，使用白炭黑對粘合是非常有利的。

③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。因此，在滿足使用要求的情況下，應盡量少用；

④硫黃對于極性橡膠而言，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;

⑤對于促進劑的使用，自然以硫化誘導期較長、硫化平坦較寬，硫化速度較快的CZ、DM、NOBS為宜，事實上，由于膠粘劑如MEGUM100、CHEMLOK-220的適應期比較長，只要保證有較快的裝模速度，膠料沒有焦燒，就不會影響粘合質(zhì)量。

3?模具與硫化

(1)模具的分型面設(shè)置不當。

如果模具設(shè)計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的問題。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，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，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，由于膠料內(nèi)部加熱而形成熱膨脹，同時發(fā)生的交聯(lián)反應，產(chǎn)生的應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。這類膨脹在膨脹率大的膠種，如EPDM，表現(xiàn)得尤為突出。

解決辦法:模壓法，稱料時只稱取與產(chǎn)品成品質(zhì)量相當?shù)哪z料進行模壓;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的應力，防止膠料在金屬骨架表面的滑移。同時還必須增加排氣次數(shù)，以利于膠料溢出。

(3)產(chǎn)品硫化前裝模時間過長。

產(chǎn)生這個原因的因素有很多，如模具復雜，操作工的操作不熟練，膠料粘度太大、流動困難或硫化速度過快等。產(chǎn)品硫化時膠料尚未充滿整個模腔的時候，膠粘劑已經(jīng)開始起交聯(lián)反應。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:

①提高操作工操作水平，加快裝模速度;

②調(diào)整膠料配方，使硫化速度與膠料的粘度適當。一般而言，通用性的膠粘劑如MEGUM100、CHEMLOK220等，只要在3min內(nèi)裝模完畢，就沒有預交聯(lián)的危險。

(4)膠料放置時間過長造成的粘合失效膠料在出片后，暴露在空氣中，一方面在氧氣的作用下，表層膠料與氧氣發(fā)生化學反應而失去活性;另一方面，膠料里的配合劑如硫黃、芳烴油、石蠟等，就會噴出膠料表面。在這