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        硫化橡膠與金屬的室溫黏合研究

        2023-10-06 13:39:26全海源馮進林曉銘馬英高靜張獻輝
        橡塑技術與裝備 2023年10期
        關鍵詞:硫化橡膠黏合劑黏劑

        全海源 ,馮進 ,林曉銘 ,馬英 ,高靜 ,張獻輝 *

        (1. 中國化工集團曙光橡膠工業(yè)研究設計院有限公司, 廣西 桂林 547000 ;2. 海裝廣州局,廣西 梧州 543000)

        硫化橡膠與金屬黏合廣泛應用于國防、航空、航天、輕紡、電子、電視、無線電、機械等領域[1],通過硫化橡膠與金屬黏合,實現(xiàn)橡膠的高彈性與金屬的高強度的結合,從而獲得高強度和耐久的復合材料[2~3],同時獲得減震,降噪,增加耐磨性等特性。由于硫化橡膠與金屬屬于完全不同的材料,且它們化學結構和機械性能有巨大差異[4],因此,借助黏合劑實現(xiàn)橡膠與金屬的黏合是一種簡便的方法,尤其在室溫下完成黏合是重要的方式之一。

        環(huán)氧樹脂黏合劑作為金屬材料黏合的結構膠,與金屬的黏合性能優(yōu)異[5]。在研究過程中發(fā)現(xiàn),使用環(huán)氧樹脂黏合劑對硫化橡膠和金屬黏合,在進行剝離時,出現(xiàn)的所有黏合破壞面都出現(xiàn)在橡膠與環(huán)氧樹脂固化層,原因在于環(huán)氧樹脂固化后的彈性模量接近金屬,遠大于普通的硫化橡膠,從而使環(huán)氧樹脂與金屬的黏合性能較好,但它與橡膠的黏合強度較低,即所有黏接破壞都出現(xiàn)在橡膠與黏合劑的層面間[6]。為解決這一問題,在環(huán)氧樹脂與橡膠之間引入過渡層成為了可靠方法,過渡層的彈性模量介于環(huán)氧樹脂與橡膠之間,起到橋梁作用,賀洪[5]等人以 NDZ 環(huán)氧樹脂黏合劑作為基部層膠,以自制的環(huán)氧樹脂基黏合劑作為過渡層膠,進行硫化橡膠與金屬室溫下的復合黏合,硫化橡膠與金屬黏合性能提高。

        Chemlok 黏合劑是橡膠與金屬熱硫化黏合的常用黏合劑,在低模量的橡膠與高模量的金屬之間形成一個模量梯度層,在橡膠與金屬之間擴散,形成過度黏接層,增加黏合強度,本研究將利用chemlok 黏合劑的這一特性,將chemlok 黏合劑涂覆在硫化橡膠表面,在高溫下使chemlok 黏合劑固化在硫化橡膠表面,與硫化橡膠黏合,形成過渡層,隨后使用環(huán)氧樹脂將硫化橡膠與金屬在室溫下黏合,實現(xiàn)室溫下硫化橡膠與金屬高強度黏合。本研究使用商業(yè)化的黏合劑,以簡便的操作方式實現(xiàn)硫化橡膠與金屬的黏合,對硫化橡膠與金屬的黏合具有重要的實際應用價值。

        本文以丁腈橡膠1965 的硫化橡膠與不銹鋼片為例, 對硫化橡膠表面的表面處理方式、過度層組分、過渡層固化條件對黏接性能的影響進行研究。

        1 實驗部分

        1.1 主要原材料

        環(huán)氧樹脂J-200-1A(黑龍江石化研究院),chemlok 黏合劑205,chemlok 黏合劑220,chemlok黏合劑233(上海洛德化學有限公司),乙酸乙酯(分析純),自制鉻酸洗液(重量份:重鉻酸鉀: 濃硫酸:水=1:10:30),重鉻酸鉀和濃硫酸均為市售分析純。

        1.2 主要儀器和設備

        T-10 型電子拉力試驗機,角磨機,烘箱,砂紙。

        1.3 實驗過程

        1.3.1 試件規(guī)格尺寸

        硫化膠片:300 mm(長)×25 mm(寬)×2 mm(厚)。

        不銹鋼片:150 mm(長)×25 mm(寬)×2 mm(厚),黏接長度100 mm。

        1.3.2 測試樣品制備

        (1)硫化橡膠和金屬表面處理

        不銹鋼片:用角磨機打磨去除表面的氧化層,并致其粗糙,隨后用乙酸乙酯清洗,干燥;

        硫化膠片:用打磨或酸洗處理硫化橡膠表面。①打磨:用砂紙對硫化橡膠表面進行打磨致其粗糙,清理打磨碎屑后用乙酸乙酯清洗,干燥,②酸洗:硫化橡膠用鉻酸洗液進行表面處理20 min,隨后在70 ℃下烘干1 h,冷卻至室溫。

        (2)硫化橡膠過渡層生成

        首先在硫化膠片黏合面均勻刷涂chemlok 黏合劑,自然晾干后轉移到140 ℃烘箱中固化,固化完成后冷卻至室溫。

        (3)黏合固化

        將環(huán)氧樹脂J-200-1A 按照甲組分 : 乙組分=10:3 的比例混合均勻,然后均勻涂抹在硫化膠片和不銹鋼片的黏合面,將硫化膠片和不銹鋼片貼合,并固定避免移動,在室溫下固化24 h。

        1.3.3 性能測試

        黏合強度按照GB/T 2790—1995《膠黏劑180°剝離強度試驗方法 撓性材料對剛性材料》規(guī)定的方法測試。

        2 結果與討論

        2.1 硫化橡膠表面處理方式

        對硫化橡膠表面采取不處理、酸洗和不同粗細砂紙打磨的處理方式,按照上述測試樣品制備的操作,研究不同處理方式對黏合強度的影響,結果見表1。

        表1 硫化橡膠表面處理方式對黏合強度的影響

        由表1 可知,不對硫化橡膠表面處理,黏合強度最低,經(jīng)過打磨處理的硫化橡膠黏合強度最高,且60目砂紙打磨的黏合強度高于120 目砂紙打磨,而酸洗處理的黏合強度低于打磨處理。由于橡膠表面存在遷移的配合劑,會降低黏合性,通過酸洗可洗去硫化橡膠表面雜質(zhì),因此,黏合強度相比未處理的高,而打磨處理增加了硫化橡膠與chemlok 黏合劑的接觸面積,黏合劑的浸潤性更好,黏合強度高,打磨砂紙越粗糙,硫化橡膠與黏合劑接觸面積越大,黏接強度更高[6]。

        2.2 過渡層膠黏劑選擇

        過渡層膠黏劑選擇Chemlok 205 膠黏劑、Chem lok 233 膠黏劑以及雙涂層Chemlok 205/220 和Chemlok 205/233 膠黏劑,按照上述測試樣品制備的操作,研究不同過渡層膠黏劑對黏合強度的影響,結果見表2。

        表2 不同過渡層膠黏劑對黏合強度的影響

        由表2 可知,增加過渡層膠黏劑后,硫化橡膠與金屬的黏合強度增加,采用雙涂層過渡層膠黏劑的黏合強度較單涂的高,由于增加過渡層膠黏劑涂層在硫化橡膠與環(huán)氧樹脂之間增加了模量梯度層,從而使得黏合強度增加,而雙涂層增加了兩個模量梯度層,底涂層與環(huán)氧樹脂接近,面涂層與硫化橡膠接近,因此,黏合效果更佳[7]。其中Chemlok 205/220 的雙涂層效果最佳。

        2.3 過渡層膠黏劑固化條件

        過渡層膠黏劑固化溫度選擇為140 ℃,溫度升高會對硫化橡膠造成老化,溫度降低則固化時間太長。在實際應用中可根據(jù)對硫化橡膠的性能要求,選擇適合的固化溫度。按照上述測試樣品制備的操作,試驗了不同固化時間下硫化橡膠與金屬的黏合強度,結果見表3。

        表3 不同過渡層膠黏劑對黏合強度的影響

        隨著固化時間的增加,黏合強度隨之增加,固化時間達到40 min 后黏合強度達到最高,說明膠黏劑已經(jīng)固化完全,因此,過渡層膠黏劑最佳固化條件為140 ℃×40 min。

        3 結論

        硫化橡膠表面采用砂紙打磨,并用乙酸乙酯清洗,硫化橡膠與金屬的黏合強度更好,砂紙的越粗糙,打磨后黏合效果更好。

        過渡層膠黏劑選擇雙涂層相比單涂層黏合效果更佳,在本研究中Chemlok 205 底涂和Chemlok220 面涂的雙涂層過渡層膠黏劑的黏合效果最好。

        在140 ℃下,過渡層膠黏劑的固化時間在40 min后固化完全,最佳固化條件為140 ℃×40 min。

        本文提供的是一種硫化橡膠與金屬的室溫黏合方法,在實際應用中應根據(jù)不同的橡膠和黏合劑的模量,選擇適合的過渡層膠黏劑。

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