生产高质量的粘接部件起始于两个选择:弹性体和表面处理剂体系。
1. 弹性体 - 首先选择弹性体。粘接组件的预期功能决定了需选择的材料类型及其配方要素。用于高度工程化的汽车发动机减振件的橡胶将根据其在振动控制方面的动态性能和引擎盖下工作条件的承受能力进行选择。相反,用于发动机密封的弹性体必须对发动机液体渗漏有极佳的耐受性能。
2. 表面处理剂体系 - 然后选择表面处理剂体系。表面处理剂体系必须在既定硫化条件下提供良好的粘接效果,并在使用过程中保持粘接性。
橡胶弹性体包含:天然橡胶和许多合成橡胶。选择弹性体时应考虑零件的性能要求、是否容易混合、加工或硫化。
大部分硫化粘接零件使用:
其他常用的合成橡胶包括:
高性能和超高性能的弹性体专用于要求耐用性和极端工作条件的场景。包括各种氟橡胶(FKM)和硅橡胶(MQ),以及氢化丁腈橡胶(HNBR)。
零件设计师开始在以缓冲为主要功能的组件中使用可熔融加工的弹性体或热塑性弹性体,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。这些材料不需要硫化,因此并非典型的粘接组件,但易于加工,且产生的废物也可回收利用。最终用途一般要求在室温下使用。
上述许多弹性体可满足具体的最终用途:耐油和有机溶剂、耐热、抗化学腐蚀、高强度、卓越的动态性能并/或易于加工。
洛德技术服务实验室生成的数据,结合客户的输入,可以提供用于理解配方体系的变化对粘接性能的影响的相关信息。这些配方应用指南主要与非极性二烯弹性体有关,如:EPDM、IIR和NR,也涉及一些更易粘接和极性更强的类型,如:CR和NBR。
以下配方体系、固化系统、填料、增塑剂和抗降解剂在不同程度上影响“粘接性”。这些成分的效用如下所示:
选择两种或多种橡胶混合物(例如NR-SBR混合物、NBR与IR混合物)以利用每种成分的最理想特点或性能。选择混合物也是为了在不影响成品部件的质量前提下提升原材料的经济性。
弹性体混合物几乎都是非均相体系,即一种弹性体以连续相或分散相分布在另一种弹性体中。这种非均相的原因在于大多数弹性体并不互溶。混合的结果是复合成分的分布不够均匀,导致其中一种弹性体被硫磺和促进剂优先硫化。
弹性体混合的整体效果将影响粘接效果和表面处理剂的选择。例如,NBR和NR混合物比完全由丁腈橡胶组成的弹性体更难粘接。
表面处理剂选择时还应考虑零件设计、成型方式和橡胶弹性体配方。
粘接流程有四个阶段:
基材准备
要达到最高粘结强度,适当的表面处理是至关重要的一环。可使用以下表面处理表确定适当的表面清洁工序,下表也列出了对金属和非金属表面处理的建议。
表面处理过程中,必须考虑一些控制参数。这些参数列在过程控制检查表中。
使用前和使用过程中,应彻底混合含颜料的表面处理剂。均匀涂布底涂,待完全干燥后再涂布面涂。底涂尽量薄,因为底涂过厚可能会导致溶剂滞留和随后硫化成型过程中的粘接失败。可通过控制涂布的面涂或底涂的温度和粘度以保持膜厚的均匀性。施涂一层以上表面处理剂时,在两层之间应留足时间和温度,以确保溶剂完全挥发。
通过浸涂、喷涂、刷涂、辊涂或滚喷的方式涂布底涂或面涂。涂布方法取决于零件的尺寸、形状和件数。以下列出了五种涂敷方法各自的特点:
硫化成型是粘接过程中最重要的步骤;个别硫化成型参数的任何变化都会导致粘接失效或高废品率。设计模具时,应考虑如何方便装载涂有表面处理剂的金属以及方便拆卸硫化件。
将涂有表面处理剂的金属和橡胶弹性体放入模腔。使用正确的时间、温度和压力生产高质量的粘接件。使用热电偶、高温计或Tempilsticks®,定期检查模腔温度。模具压力不足、温度变化、硫化不充分或过硫都会影响粘接的完整性。
如果弹性体在硫化过程中处于最大压力和最小粘度,则视为理想的粘接环境。要达到这些条件,请遵循弹性体硫化的时间和温度规定。下图列出了硫化和精加工作业的过程控制检查点。
Tempilsticks®是Tempil, Inc的商标。
硫化成型方式 - 有三种硫化成型方式:传递注压、注射成型和模压。传递注压和注射成型是大部分橡胶与金属粘接零件的主要制造方式。下图列出了效果较好的硫化粘接典型条件。
精加工- 通常有必要对粘接部件进行额外处理。与这些额外处理有关的常见粘接破坏情况:
ASTM国际组织提供了粘接破坏的详细描述。产品概述可使用这些描述评估问题,并迅速采取纠正措施。本文件中的产品概述,术语“弹性体”和“表面处理剂”应分别理解为“橡胶”和“胶粘剂”。
ASTM提出以下四大基础问题,涵盖约80%的粘接破坏情况:
橡胶破坏(R) - 行业内常用的橡胶破坏类型名称包括:
橡胶-Chemlok(RC)破坏--橡胶和Chemlok之间的分离通常表现为金属表面相对光亮、坚硬,几乎看不到橡胶。RC破坏的常见原因是:橡胶与表面处理剂接触之前,表面处理剂或橡胶已发生预固化;面涂膜厚不足;硫化压力或温度过低;硫化不充分;以及增塑剂、油和其他不相容的配方组分迁移。
面涂(单涂)-金属和底涂-金属(CM)破坏--金属和底涂/面涂(单涂)之间明显的分离,表明未粘接成功。原因可能有以下几种。金属表面的油、污垢、灰尘或其他异物阻碍粘接。影响金属表面的环境因素造成了粘接不充分。表面处理剂溶剂挥发太快,以及表面处理剂离开喷枪喷嘴时,可能会出现干燥过快(蛛网状)。粘接过程中,弹性体的流动可能导致金属表面的表面处理剂被冲刷。
面涂-底涂(CP)破坏 - 如果底涂与面涂的颜色不同,很容易发现面涂-底涂界面分离的情况。此时的破坏原因有:底涂污染、增塑剂从弹性体中迁移、或底涂/面涂混合或干燥不充分。
组合破坏 – Chemlok-金属、橡胶- Chemlok和橡胶破坏发生在同一部件上时,就会出现组合破坏。有关组合破坏的补救措施,请参考以下图表。