弹性体(橡胶)粘接原理

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弹性体和胶粘剂-选择正确的组合

高质量粘合零件的生产从两种选择开始:弹性体和粘合剂体系。

1.弹性体 -首选是弹性体。 胶基糖的类型及其配方的细节将由粘合组件的预期功能决定。 选择用于高度工程化的汽车发动机支架的橡胶,是因为其在控制振动方面的动态性能以及在引擎盖下可承受的工作条件的能力。 相反,用于发动机密封件的弹性体必须提供极好的抵抗发动机流体侵蚀的能力。

2.粘合剂系统-第二个选择是粘合剂系统。 胶粘剂系统必须在指定的硫化条件下提供出色的粘合力,并在使用条件下保持其粘合力。

弹性体

天然橡胶和许多合成弹性体构成了可用于制造的橡胶聚合物范围。 选择弹性体时要考虑的因素是零件的性能要求,易于混合,加工和成型。

硫化粘合组件中最大的百分比使用:

  • 天然橡胶(NR)
  • 苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR)
  • 聚氯丁二烯(CR)
  • 丙烯腈-丁二烯共聚物(NBR)

其他常用的合成弹性体包括:

  • 丁基橡胶(IIR)
  • 合成异戊二烯(IR)
  • 聚丁二烯(BR)
  • 氯磺化聚乙烯(CSM)
  • 聚丙烯酸酯(ACM)
  • 丙烯酸乙烯酯(AEM)
  • 各种浇铸聚氨酯(AU或EU)

在要求耐用性和极端使用条件的情况下,指定了高性能和超高性能弹性体。 这些包括各种含氟弹性体(FKM)和有机硅(MQ)类型,以及氢化NBR(HNBR)。

零件设计者开始将可熔融加工的或热塑性的弹性体用于主要功能是缓冲或减震的组件。 这些弹性体包括各种聚烯烃(TPO),苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和热塑性聚氨酯。 这些材料对于粘合组件来说是非典型的,因为它们不需要硫化,但是它们易于加工,并且可以回收废物。 最终用途通常需要在环境温度下维修。

上述许多弹性体具有满足特定最终用途要求的特征:耐油和有机流体,耐热性,耐化学侵蚀性,高强度,优异的动态性能和/或易于加工。

复合效应

LORD技术服务实验室生成的数据与客户输入相结合,提供了理解复合变量和粘合所需的信息。 这些配方指南主要涉及非极性二烯弹性体:EPDM,IIR和NR,并且在较小程度上更易于键合和极性更大,例如CR和NBR。

以下配合成分,固化体系,填充剂,增量油/增塑剂和抗降解剂均在不同程度上影响“粘合性”。 这些成分的作用如下:

  • 硫含量–化合物中的硫含量起重要作用:硫含量为1 phr或更高对粘合性有有利影响。 硫很少或没有硫导致化合物更难以键合。
  • 促进剂–在更常用的促进剂中,MBT通常具有良好的粘合性。 ZDMC和诸如TMTD之类的超促进剂会降低粘合能力,尤其是在“ EV”或“半EV”固化体系中。 通常将预硫化抑制剂(PVI)添加到快速硫化的原料中,以提高加工安全性。 但是,使用超级加速器时。 NR配方中的高含量PVI不利于粘接。 低于0.15 phr的PVI量通常可以令人满意地粘合。
  • 填料–填料的类型和数量至关重要。 碳黑含量为40至80 phr的化合物比黑度较低的化合物更易于键合。 非黑色填料,例如粘土和二氧化硅,也有助于粘合。
  • 蜡和油-迁移到硫化弹性体表面的蜡状或油性配料会造成粘结困难。 这些包括低分子量聚烯烃助剂(即低熔点聚乙烯和聚丙烯加工助剂/润滑剂),芳香油和脂肪酸酯(即蓖麻油酸酯)。 环烷或石蜡油的问题较少。
  • 邻苯二甲酸酯增塑剂–尽管通常建议使用邻苯二甲酸酯(例如邻苯二甲酸二辛酯)来保持聚烯烃弹性体(EPDM和IIR)在低温,最终用途中的机械性能,但它们不利于粘合。 使用邻苯二甲酸酯会损害NBR胶料的粘合性。 但是,掺入高表面积的无机填料(例如二氧化硅)有时可以抵消邻苯二甲酸酯增塑剂的负面影响。
  • 抗臭氧剂–高含量的抗臭氧剂和某些抗氧化剂,尤其是对苯二胺类,可能会降低粘合性。
  • 非二烯弹性体–未用硫和促进剂固化的弹性体更容易通过包含高表面积填料进行粘结。 当与某些油,增塑剂和蜡混合时,它们变得更难以粘合。

弹性体混合物

选择两种或多种树胶的共混物(例如NR-SBR混合物,NBR与IR研磨混合),以便获得每种组分最理想的特性或性能。 还选择了共混物,以提高原材料的经济性,同时又不影响成品零件的质量。

弹性体混合物几乎总是多相体系,即一种弹性体在另一种的连续体或基质中的分散体。 这种异质性是因为大多数弹性体对都不互溶。 共混导致配混成分的分布不均匀,这通常会使弹性体之一优先被硫和促进剂硫化。

弹性体共混的整体效果会影响可粘合性和粘合剂的选择。 例如,与完全由腈弹性体组成的化合物相比,NBR和NR的共混物将更难以键合。 有关更多详细信息,请查看弹性体性能评估表格。

其他注意事项

粘合剂选择的优点包括有关零件设计,模塑方法和化合物配方的考虑。

  • 零件设计–组件的设计或几何形状将影响粘结以及该零件承受服务环境的程度。 流体发动机支架或衬套(即那些装有流体的衬套)可能对固化胶粘剂的耐环境性提出非典型要求。 如果将弹性体-金属界面暴露于诸如热乙二醇/水混合物之类的密闭流体中,则粘合剂体系将需要承受这种特殊的使用暴露(即,Chemlok 259粘合剂与Chemlok 207底漆结合使用)。
  • 成型方法–成型方法将影响不希望的粘合剂擦拭或刮擦的趋势。 当熔融的弹性体化合物在硫化之前穿过涂有粘合剂的金属零件表面移动时,有时会出现这种现象。 在这些条件下,一些粘合剂可以从需要它们的界面上清除掉。 Chemlok 220胶粘剂具有良好的抗刮擦性。 相比之下,如果清扫容易出现问题,则不应选择Chemlok 234B粘合剂。
  • 预烘烤–预烘烤公差是指粘合剂在接触硫化弹性体之前能够承受高温的能力。 结合取决于在高温下在粘合剂和硫化弹性体化合物之间(即,穿过粘合剂-弹性体界面)发生的化学反应。 如果在弹性体接触之前粘合剂中开始发生化学反应,则可能会损失大量粘合剂的粘合能力。 关键粘合剂成分从涂有粘合剂的金属表面起反应会导致粘合剂失去某些粘合活性。 反应可能导致高反应性物质迁移到化合物表面。 然后,在粘合剂弹性体接触之前,关键成分的预反应会在弹性体的外层发生。

粘接工艺

粘合过程分为四个阶段:

  1. 基板准备
  2. 底漆和粘合剂的应用
  3. 弹性体制备
  4. 成型,固化和精加工

有关更多详细信息,请查看弹性体粘合流程图。

基板准备

正确的表面准备对于实现最大的粘结强度至关重要。 使用下面的表面准备表确定适当的表面清洁程序以及对金属和非金属表面的建议。

弹性体(橡胶)粘接原理

在表面准备期间,需要考虑某些控制参数。 这些列在过程控制检查点图表中。

弹性体(橡胶)粘接原理

  • 去除油性污染物–通过碱性脱脂去除切削油,模具润滑剂和颗粒污染物。 碱浴必须具有温度和浓度控制装置,并具有溢流系统。 需要冷水和热水冲洗水箱,以确保去除碱和清洁剂的痕迹。
  • 去除不溶物–通过机械或化学处理去除水垢,铁锈或其他氧化物涂层。 机械处理包括喷砂,研磨,机械加工或研磨。 必须使用干净的砂粒或研磨剂。 喷砂之前和之后的碱性清洁是优选的。 这些方法去除了干燥的土壤和腐蚀,增加了表面积并提供了用于粘合的活性表面。 化学处理包括磷化或转化涂层,以提供清洁的表面。 治疗溶液必须加以控制。 冲洗水和干燥空气必须保持纯净。
  • 维护准备好的基板–防止暴露于灰尘,湿气,化学烟雾,霉菌喷雾和其他污染物。 表面处理后尽快涂底漆。

胶粘剂的应用

在施工之前和施工期间,应彻底混合着色的粘合剂。 均匀涂底漆,并使其完全干燥后再进行面漆。 优选的是底漆的薄涂层,因为厚涂层可能导致溶剂截留并随后在模塑过程中失效。 通过控制湿粘合剂或底漆的温度和粘度来保持薄膜均匀性。 当涂覆一层以上的粘合剂时,请在各层之间留出足够的时间和温度,以确保溶剂完全蒸发。

通过浸涂,喷涂,刷涂,辊涂或翻滚涂底漆或粘合剂。 涂覆方法的选择取决于零件的尺寸,形状和被涂覆的件数。 下面列出了五种应用方法的功能:

  1. 浸渍–用于溶剂和水性粘合剂。 浸入可适应大型和小型生产运行,具体取决于自动化水平。
  2. 喷涂–提供最高水平的粘结性能和最快的载体溶剂蒸发速率。
  3. 刷涂–仅推荐用于溶剂型粘合剂。 适用于小批量生产或不连续的生产。
  4. 辊涂–提供出色的方法来涂布大的平面区域以及圆柱形物体。
  5. 翻滚–经济地将零件在旋转的枪管中。 可以通过将零件排放到干燥托盘中,使热空气循环通过翻滚鼓或在烤箱中干燥来干燥粘合剂。

在Chemlok Adhesives应用指南中可以找到控制应用过程的精确指南。

成型和精加工操作

模制是粘合过程中最重要的步骤。 各个成型参数的任何变化都可能导致粘结失败或高废品率。 在设计模具时,请做好准备,以便于容易地装载涂有粘合剂的金属以及易于取出硫化零件。

将涂有粘合剂的金属和橡胶混合物放入模腔中。 使用正确的时间,温度和压力来形成优质的粘合组件。 使用热电偶,高温计,Tempilsticks®或选择性熔点蜡笔定期检查模腔温度。 漏模,温度变化,缺乏固化或过度固化都会对粘结完整性产生不利影响。

当弹性体在硫化和固化过程中处于最大压力和最小粘度时,就会出现理想的粘合环境。 要获得这些条件,请遵循要固化的弹性体的指定时间和温度要求。 下图列出了成型和精加工操作的过程控制检查点。

Tempilsticks®是Tempil,Inc.的商标。

弹性体(橡胶)粘接原理

成型方法–成型技术有三种:传递成型,注射成型和压缩成型。 传递和注射成型占所有制造的橡胶到金属零件的大部分。 下表列出了为获得令人满意的硫化粘合而施加的典型条件。

弹性体(橡胶)粘接原理

精加工操作–通常需要对粘合的零件进行额外的处理。 与这些其他处理方式相关的常见粘合失败:

  • 用干冰或氮气去毛刺–长时间在太低的温度下,大重量的杯子盛在滚筒中时,金属和橡胶材料之间会发生故障。
  • 钢丝刷,打磨或机加工–粘合部件由于生热而失效。
  • 涂装后–涂装后粘合剂不能抵抗溶剂时失败。

故障排除

ASTM International为粘结失效提供了一组详细的症状描述。 这些描述可用于评估问题并采取迅速的纠正措施。 在本文中,术语“弹性体”和“粘合剂”应分别解释为“橡胶”和“水泥”。

涵盖大约80%的所有粘合失效,ASTM的四个基本名称为:

  • R –橡胶故障。 可以将该分类进一步细分为如下所述的其他子分类。
  • RC –橡胶-水泥界面出现故障。
  • CM –覆盖层水泥-金属界面失效; 或在底漆-金属界面处。
  • CP –胶合剂底漆界面发生故障。

橡胶(R)失效–橡胶失效类型的常用行业名称包括:

  • SR(斑点橡胶)–看起来像飞溅的橡胶,出现在金属表面上。 通常是由于金属表面在粘结之前被灰尘或其他异物污染了。 胶粘剂离开喷嘴时的超快干燥也可能导致SR破裂(蛛网状)。
  • TR(薄橡胶)–金属表面上均匀但很细的橡胶残留物。 通常发生在充油量很高的丁基或橡胶原料中。 当油迁移到RC界面时,它们会形成一个粘结层,该粘结层是一部分粘合剂,一部分油和一部分橡胶。 当零件受力时,该薄弱层很容易失效。
  • HR(重橡胶)–残留在金属表面的厚或重橡胶层表明粘合性极好。 该股票失败,因为它承受的压力超出其凝聚力。
  • SB(断头)–橡胶的故障使弹性体看起来已经向后折叠,然后折断了。 断口呈锯齿状,与金属表面成锐角。

弹性体(橡胶)粘接原理

橡胶-水泥(RC)故障–橡胶和水泥之间的分离通常以金属上相对光滑,坚硬的表面为特征,几乎看不见或没有橡胶。 RC失效的常见原因有:在橡胶与胶粘剂接触之前对胶粘剂或橡胶进行预固化; 水泥膜厚度不足; 成型压力或温度低; 治愈不足; 以及增塑剂,油和其他不相容的混合成分的迁移。

弹性体(橡胶)粘接原理

水泥金属和底漆金属(CM)故障–金属与底漆或胶粘剂之间的干净分隔表明没有发生胶粘。 这可能是由于多种因素造成的。 金属表面上的油,污垢,灰尘或其他异物可能已阻止了粘附的发生。 影响金属表面的环境因素可能会导致键合下分离。当胶粘剂溶剂蒸发太快时,胶粘剂离开喷嘴时会发生超快干燥(蛛网)。 粘接期间弹性体原料的流动可能会导致粘合剂从金属上移位(刮擦)。

弹性体(橡胶)粘接原理

水泥底漆(CP)失败–如果底漆水泥和覆盖水泥的颜色不同,则很容易检测到覆盖水泥-底漆界面处的分离。 这样的失败总是由于底漆的污染,增塑剂从弹性体中迁移或底漆/粘合剂混合或干燥不充分所致。

弹性体(橡胶)粘接原理

组合故障–如果在同一零件上发现水泥金属,橡胶水泥和橡胶故障,则可能发生组合故障。 请参考以下图表,以解决组合失败的问题。

弹性体(橡胶)粘接原理

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