橡膠和金屬的粘結(jié)技術(shù)

 

    1 金屬-橡膠粘接體系發(fā)展現(xiàn)狀

 

    橡膠與金屬之間的粘接已有很久的歷史,可以追溯到1850年,目前采用的粘接方法可分為直接粘接法、硬質(zhì)橡膠法、鍍黃銅法和膠粘劑粘接法。直接粘接法工藝簡(jiǎn)單,操作方便,將粘接材料表面進(jìn)行適當(dāng)處理后直接在加熱加壓過程中實(shí)現(xiàn)粘接。可通過在橡膠中加入一些組分、在膠料表面涂偶聯(lián)劑或?qū)��?duì)橡膠進(jìn)行環(huán)化處理等來提高橡膠與金屬的粘接性能。尹壽琳、陳日生等在天然橡膠中加入多硫化合物粘合劑B和酸性化合物助劑C,用此粘合A3鋼板作挖泥泵耐磨襯里,挖泥1000h以上未發(fā)現(xiàn)橡膠與金屬脫開。此法不足的是,處理的金屬件要盡快與膠料粘接,以免金屬表面深層氧化;在膠料中添加一些多價(jià)金屬的有機(jī)鹽和無機(jī)鹽,雖可提高粘接效果,但會(huì)改變橡膠材料原先的物理機(jī)械性能,且造成出模困難。

 

    硬質(zhì)橡膠法是最古老的粘接體系,在金屬表面貼一層硫磺含量較高的硬質(zhì)膠料或一層硬質(zhì)膠漿,通過硫化使橡膠與金屬粘接起來,硬質(zhì)橡膠法粘接力較強(qiáng),工藝簡(jiǎn)便,適于粘接大型制件,但是不耐沖擊和震動(dòng),60℃以上粘接強(qiáng)度發(fā)生顯著下降。鍍黃銅法較硬質(zhì)橡膠法有較好的耐高溫性,黃銅或表面鍍黃銅金屬件不同膠粘劑,借助于被粘橡膠中的硫磺擴(kuò)散到金屬表面與CuO、ZnO結(jié)合形成界面粘接層與橡膠產(chǎn)生牢固粘合,至今在輪胎工業(yè)中鋼絲圈的粘接、鋼絲簾線與簾布層膠的粘接、內(nèi)胎氣門嘴的制造中仍采用此法。

 

    膠粘劑法是目前應(yīng)用最廣和最有效的方法,已經(jīng)歷了酚醛樹脂、多異氰酸酯、鹵化橡膠、特種硫化劑的鹵化橡膠、硅橡膠和水基膠粘劑等不同的發(fā)展階段。至今國外已開發(fā)出了多種性能優(yōu)異的膠粘劑,如Chenlok、Tylok、Metalok、Thixon等,特別是Chenlok系列品種繁多,并不斷有新型產(chǎn)品出現(xiàn),在國內(nèi)有較廣泛的使用。

 

    酚醛樹脂、多異氰酸酯和鹵化聚合物是膠粘劑常用的三大類基體材料。酚醛樹脂主要用于極性橡膠,也可用作粘接非極性橡膠的底涂層材料(如Chenlok205)。異氰酸酯常指三苯基甲烷三異氰酸酯,該膠粘劑既適用于極性橡膠(NBR、CR)的粘接,也適用于NR、EPDM等非極性橡膠的粘接,異氰酸酯還與其它材料配合使用]。膠粘劑的低粘度和-NCO對(duì)濕氣的敏感嚴(yán)重影響著制品性能的穩(wěn)定性,馬興法等人對(duì)-NCO基團(tuán)加以保護(hù)保護(hù)后的-NCO基團(tuán)的反應(yīng)活性顯著降低,高溫環(huán)境下-NCO基團(tuán)保護(hù)自動(dòng)解除,-NCO發(fā)生聚合,用于一些難粘橡膠與金屬的粘接取得了很好的粘接效果。鹵化聚合物用于粘接最早公布于1932年的萊蒙德?瓦特的美國專利,可用于天然或合成橡膠的粘接,1959年的美國專利[9]中報(bào)道了膠粘劑中加入少量溴化2,3-二氯丁二烯可提高粘接性能,現(xiàn)廣泛使用的Chenlok220的XPS分析中即可觀測(cè)到較高含量的氯元素和微量的溴元素存在。用于粘接的鹵化聚合物種類較多,如2,3-二氯-1,3丁二烯、氯化乙丙橡膠,氯乙烯、。張建偉、蔡明采用自制的2,3-二氯丁二烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物作為金屬-橡膠膠粘劑的主體材料,制得具有較高粘接強(qiáng)度和優(yōu)良儲(chǔ)存穩(wěn)定性的膠粘劑。

 

    除上述的三類主體材料外,呂海金等采用丁腈-41開發(fā)了RM-1橡膠金屬硫化粘合劑;文獻(xiàn)中采用丁腈-40作為主體材料,配合酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂研制出一種常溫常壓下固化的粘合劑,用于金屬與橡膠的粘接,有較好的粘接強(qiáng)度及良好的耐油、耐水性能;硅橡膠(如Chenlok607)等亦可用作為膠粘劑主體材料。橡膠-金屬硫化粘接用膠粘劑中溶劑型的研究得較透徹、應(yīng)用得也廣泛,然而所選的溶劑要求有很好的揮發(fā)性能,有機(jī)溶劑毒性和易燃易爆,對(duì)環(huán)境造成了危害,環(huán)境法因此對(duì)溶劑的排放進(jìn)行了限制。國外已推出了水基型膠粘劑,組分主要為聚合物乳液、表面活性劑和特種硫化劑,用羥胺和烯丙基縮水甘油醚等改進(jìn)聚丙烯酸水溶液可明顯改善EPDM與不銹鋼的粘接強(qiáng)度,水基型膠粘劑符合環(huán)境要求、成本較低,使用安全,固含量較高,是膠粘劑發(fā)展趨勢(shì)之一。

 

    2 影響橡膠-金屬硫化粘接的因素

 

    金屬-橡膠硫化粘接效果影響因素的研究大致國內(nèi)有較廣泛的使用。酚醛樹脂、多異氰酸酯和鹵化聚合物是膠粘劑常用的三大類基體材料。酚醛樹脂主要用于極性橡膠,也可用作粘接非極性橡膠的底涂層材料(如Chenlok205)。異氰酸酯常指三苯基甲烷三異氰酸酯,該膠粘劑既適用于極性橡膠(NBR、CR)的粘接,也適用于NR、EPDM等非極性橡膠的粘接,異氰酸酯還與其它材料配合使用。

 

    膠粘劑的低粘度和-NCO對(duì)濕氣的敏感嚴(yán)重影響著制品性能的穩(wěn)定性,馬興法等人對(duì)-NCO基團(tuán)加以保護(hù)[7、8]保護(hù)后的-NCO基團(tuán)的反應(yīng)活性顯著降低,高溫環(huán)境下-NCO基團(tuán)保護(hù)自動(dòng)解除,-NCO發(fā)生聚合,用于一些難粘橡膠與金屬的粘接取得了很好的粘接效果。鹵化聚合物用于粘接最早公布于1932年的萊蒙德?瓦特的美國專利,可用于天然或合成橡膠的粘接,1959年的美國專利[9]中報(bào)道了膠粘劑中加入少量溴化2,3-二氯丁二烯可提高粘接性能,現(xiàn)廣泛使用的Chenlok220的XOS分析中即可觀測(cè)到較高含量的氯元素和微量的溴元素存在]。用于粘接的鹵化聚合物種類較多,如2,3-二氯-1,3丁二烯、氯化乙丙橡膠,氯乙烯等]。張建偉、蔡明采用自制的2,3-二氯丁二烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物作為金屬-橡膠膠粘劑的主體材料,制得具有較高粘接強(qiáng)度和優(yōu)良儲(chǔ)存穩(wěn)定性的膠粘劑。除上述的三類主體材料外,呂海金等采用丁腈-41開發(fā)了RM-1橡膠金屬硫化粘合劑;文獻(xiàn)中采用丁腈-40作為主體材料,配合酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂研制出一種常溫常壓下固化的粘合劑,用于金屬與橡膠的粘接,有較好的粘接強(qiáng)度及良好的耐油、耐水性能;硅橡膠(如Chenlok607)等亦可用作為膠粘劑主體材料。

 

    橡膠-金屬硫化粘接用膠粘劑中溶劑型的研究得較透徹、應(yīng)用得也廣泛,然而所選的溶劑要求有很好的揮發(fā)性能,有機(jī)溶劑毒性和易燃易爆,對(duì)環(huán)境造成了危害,環(huán)境法因此對(duì)溶劑的排放進(jìn)行了限制。國外已推出了水基型膠粘劑,組分主要為聚合物乳液、表面活性劑和特種硫化劑,用羥胺和烯丙基縮水甘油醚等改進(jìn)聚丙烯酸水溶液可明顯改善EPDM與不銹鋼的粘接強(qiáng)度,水基型膠粘劑符合環(huán)境要求、成本較低,使用安全,固含量較高,是膠粘劑發(fā)展趨勢(shì)之一。2　影響橡膠-金屬硫化粘接的因素金屬-橡膠硫化粘接效果影響因素的研究大致

 

    3 結(jié)　語

 

    橡膠與金屬的粘接隨著工業(yè)的不斷拓展將會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用,粘接的性能要求也不斷提高,運(yùn)用有效的分析手段對(duì)膠粘機(jī)理作深一步的探索,從理論層次上理解粘接體系是解決粘接中各種問題、研制出工藝性好、性能穩(wěn)定的膠粘劑的前提。