硫化工藝對天然橡膠雙涂層膠粘劑粘接的影響

王亞楠，陳 森，趙付良，張鵬程，陳 建

保定市諾博橡膠制品有限公司

硫化工藝對天然橡膠雙涂層膠粘劑粘接的影響

王亞楠，陳 森，趙付良，張鵬程，陳 建

保定市諾博橡膠制品有限公司

針對天然橡膠的硫化工藝，分析了硫化溫度、裝件時間對天然橡膠雙涂層膠粘劑粘接的影響，并針對粘接不良給出了相應(yīng)的解決對策。

天然橡膠；粘接失效；解決對策；雙涂層膠粘劑

天然橡膠因其具有很強的彈性和良好的絕緣性、可塑性、隔水隔氣、抗拉和耐磨等特點廣泛應(yīng)用于汽車減震器行業(yè)，而現(xiàn)在汽車減震器以金屬-橡膠粘合的減震器居多，如軸套、發(fā)動機懸置、車身懸置等。由于金屬與橡膠為兩種不同性質(zhì)的材料，在實際生產(chǎn)中容易發(fā)生橡膠與金屬剝離的現(xiàn)象，造成橡膠-金屬剝離的原因有很多，比如表面處理問題、粘合劑問題、硫化工藝問題等，本文根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，整理研究了硫化溫度、金屬骨架裝模時間對雙涂層膠粘劑橡膠-金屬粘接的影響，并給出了相應(yīng)的解決對策。

1.雙涂層膠粘劑粘接機理

圖1 雙涂層膠粘劑粘接原理示意圖

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)[1]。雙涂層膠粘劑，一般來說其底涂C1對金屬的粘接性能要優(yōu)于面涂C的，同時面涂C對橡膠的粘接性能優(yōu)于底涂C1的，這樣，在實際作用時依靠面涂C來提高橡膠R和底涂C1的粘接強度，同時依靠底涂C1來提高金屬M和面涂C的粘接強度，達到橡膠R和金屬M粘接的目的（見圖1）[2]。

2.金屬-橡膠雙涂層膠粘劑熱硫化粘接處理工藝

常用的雙涂層膠粘劑熱硫化粘接處理工藝如下：金屬清洗→拋丸（噴砂）→磷化→噴涂底膠膠粘劑→噴涂面膠膠粘劑→硫化

現(xiàn)廣泛使用的膠粘劑品牌有美國的Chemlok(開姆洛克)系列、Thixon(羅門哈斯)系列,德國的Chemosil(漢高)系列、Megum(麥固姆)系列等（我公司使用的是Chemlok系列）。這類膠粘劑成分主要包括酚醛樹脂、多異氰酸酯及鹵化聚合物。粘合過程為在加溫、加壓狀態(tài)下以膠粘劑為中間體實現(xiàn)金屬與橡膠之間的有效粘接[3]。

3.粘接失效模式定義[4]

ASTM國際標準針對膠粘劑粘接的破壞類型給出了明確的描述，涵蓋了近80%的粘接破壞情形。ASTM4種基本破壞標示的定義為：

(I)RC破壞：發(fā)生在橡膠和粘接劑(主要是面膠)之間的破壞。

(2)CM破壞：發(fā)生在金屬和底膠之間的破壞。

(3)CP破壞：發(fā)生在面膠和底膠之間的破壞

(4)R破壞：橡膠破壞

4.硫化工藝對橡膠粘接的影響

4.1 硫化溫度對橡膠粘接的影響

4.1.1 原理分析

硫化溫度要保證能夠克服化學反應(yīng)位壘，同時引發(fā)膠粘劑的固化反應(yīng)和膠料的硫化反應(yīng)[5]。通過實際生產(chǎn)試驗，天然橡膠在149℃-177℃硫化時與金屬粘接良好，而在硫化溫度＜149℃時或硫化溫度≥177℃時，會出現(xiàn)粘接不良的現(xiàn)象，當溫度≥184℃時更會100%出現(xiàn)粘接不良現(xiàn)象。這是因為大部分膠粘劑體系的交聯(lián)劑活化溫度在125-140℃左右，若溫度太低膠粘劑無法有效活化，不能與橡膠產(chǎn)品粘接反應(yīng)；若溫度過高，膠粘劑會發(fā)生熱降解且天然橡膠會發(fā)生過硫化現(xiàn)象，導(dǎo)致膠粘劑與橡膠無法有效粘接且影響天然橡膠自身的性能。

4.1.2 解決對策

推薦硫化溫度為149-177℃，具體硫化溫度結(jié)合橡膠配方及生產(chǎn)效率在此區(qū)間內(nèi)進行選擇。

4.2 硫化前金屬骨架裝模時間過長

4.2.1 數(shù)據(jù)分析

橡膠-金屬粘接時應(yīng)盡量保證膠粘劑活化反應(yīng)與橡膠硫化反應(yīng)同步進行，當由于模具結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等原因造成骨架長時間置于模具中時，金屬骨架表面膠粘劑已開始發(fā)生預(yù)交聯(lián)，橡膠開始硫化時膠粘劑已不能與橡膠發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致骨架與橡膠粘接力低。通過生產(chǎn)試驗，推薦金屬骨架裝模時間應(yīng)＜3分鐘。

4.2.2 解決對策

a合理設(shè)計模具結(jié)構(gòu)、模腔數(shù)等，若一件產(chǎn)品金屬骨架數(shù)量≥3件，不應(yīng)將模腔數(shù)設(shè)計過多，盡量不超過24個模腔；

b優(yōu)化裝模方法、設(shè)計簡單易用的上料工裝，用以減少金屬骨架的上料時間

（1）解決對策

a設(shè)定合理的硫化溫度，保證膠粘劑與橡膠的反應(yīng)同步進行

b合理設(shè)定模腔數(shù)、優(yōu)化裝模方法、增加上料工裝等，以此提高員工的裝模速度

5 小結(jié)

隨著人們對舒適性要求的提高，橡膠-金屬復(fù)合件的應(yīng)用將會越來越廣泛。本文根據(jù)實際生產(chǎn)的經(jīng)驗，對硫化溫度與裝模時間對橡膠-金屬的粘接影響，其進行了試驗研究，為其它企業(yè)的生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

[1]朱貴明.橡膠與金屬骨架粘合失效原因分析及解決方法探討[J].科技信息（學術(shù)版）,2007(13),70.

[2]孟憲印,張會蓮,胡雅婷.不同膠粘劑對天然橡膠粘接性能的影響[J].世界橡膠工業(yè),2014,41(2)：31-33.

[3]伍華東.橡膠與金屬骨架粘合失效的原因分析及解決方法[J].特種橡膠制品,2005,26(4)：39-40.

[4]陳國棟,滿敬國,錢偉國,陳至芳,郭德益.硫化溫度對橡膠和金屬粘接強度的影響[J].世界橡膠工業(yè),2009,36(9)：40-42.

[5]王勇,瞿連輝,曾飛.橡膠/金屬硫化粘接失效原因分析及對策[J].特種橡膠制品,2008,29(4)：31-32.