CN103552237A

CN103552237A - 提高柔性接头天然橡胶弹性件与金属增强件硫化粘接强度的方法

Info

Publication number: CN103552237A
Application number: CN201310529855.9A
Authority: CN
Inventors: 钟臻荣; 宴述亮; 王华东; 韩庆波
Original assignee: Hubei Sanjiang Space Jiangbei Mechanical Engineering Co Ltd
Current assignee: Hubei Sanjiang Space Jiangbei Mechanical Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2014-02-05

Abstract

本发明提供了一种提高柔性接头天然橡胶弹性件与金属增强件硫化粘接强度的方法，包括以下步骤：1）按照所设计柔性接头结构要求将金属增强件与天然橡胶弹性件剪切成设定的形状；2）对金属增强件双面进行喷砂处理；3）采用丙酮对金属增强件清洗2～3次，洗净后进行干燥；4）将适量开姆洛克CH-205胶液涂刷于金属增强件的被粘接面；5）然后将适量开姆洛克CH-220胶液涂刷于金属增强件的被粘接面；6）再将金属件增强件与天然橡胶弹性件相互间隔粘接；7）最后将天然橡胶弹性件与金属增强件复合体放入硫化机上进行硫化处理。经检测，采用本发明方法粘接的柔性接头，粘接强度高、粘接质量稳定可靠可以用于天然橡胶与金属件硫化粘接的类似产品。

Description

提高柔性接头天然橡胶弹性件与金属增强件硫化粘接强度的方法

技术领域

本发明属于固体火箭发动机的柔性喷管装置技术领域，具体是指一种提高柔性喷管的柔性接头天然橡胶弹性件与金属增强件硫化粘接强度的方法。

背景技术

固体火箭发动机是航天飞行器的动力装置，它是由装药燃烧室、喷管和点火装置等构成。柔性喷管是固体火箭发动机的喷管中应用比较普遍的一种可动喷管。

柔性喷管由活动体、固定体及柔性接头三大部件组成，柔性接头是固体火箭发动机柔性摆动喷管的关键部件，由前法兰体、多层弹性件与金属增强件复合体、后法兰体粘接而成。喷管摆动的执行部件是柔性接头，摆动喷管的工作环境要求柔性接头不仅具有抗轴向外力的能力，而且在剪切外力的作用下又能变形，还要有较好的密封性，所以柔性接头的粘接质量直接关系到整个摆动喷管的工作可靠性。柔性接头的多层弹性件与金属增强件复合体主要由金属增强件与橡胶弹性件相互间隔、逐层粘接而成，由于金属和橡胶是两种不同性质的材料，两者之间的化学结构和力学性能存在巨大的差异，橡胶弹性件极性低，表面湿润性和粘接性能差，较难与金属件粘接，因此，如何提高金属件与橡胶弹性件的粘接强度，一直是柔性摆动喷管制造行业关注的研究课题。

目前，天然橡胶与金属粘接通常采用多异氰酸酯类胶粘剂—如JQ-1胶，由于JQ-1胶粘剂中含有化学性质活泼、分子极性大的异氰酸酯，在粘接过程中容易与空气中的水分反应，也容易吸附空气中的灰尘杂质，从而导致粘接性能的下降，对生产环境有着较高的要求。随着相对湿度的增大，JQ-1胶粘剂的剪切性能呈下降趋势，试样检测结果离散性较大，无法满足设计要求，如果应用到产品上，随着存放时间的延长，该胶粘剂吸附空气中的水分后，有可能造成柔性接头橡胶弹性件和金属增强件脱粘，导致发动机分解失效。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有的胶粘剂及粘接工艺参数的缺陷，提供一种提高柔性接头天然橡胶弹性件与金属增强件硫化粘接强度的方法，从而有效地提高柔性接头橡胶弹性件与金属增强件之间的硫化粘接强度。

为实现上述目的，本发明的提高柔性接头天然橡胶弹性件与金属增强件硫化粘接强度的方法，依次包括以下步骤：

1）按照所设计柔性接头结构要求将金属增强件与天然橡胶弹性件剪切成设定的形状；

2）对金属增强件双面进行喷砂处理；

3）采用丙酮对喷砂后的金属增强件清洗2～3次，洗净后进行干燥；

4）将适量开姆洛克CH-205胶液涂刷于金属增强件的被粘接面，胶液厚度为0.05～0.15mm，将金属增强件置入烘箱中在温度为45～50℃范围保温20～22min；

5）然后，将适量开姆洛克CH-220胶液涂刷于金属增强件的被粘接面，胶液厚度为0.05～0.15mm，再次将金属增强件置入烘箱中在温度为80～85℃范围保温10～12min；

6）再将金属件增强件与天然橡胶弹性件相互间隔粘接，形成天然橡胶弹性件与金属增强件复合体；

7）最后将天然橡胶弹性件与金属增强件复合体放入硫化机上进行硫化处理，所述硫化处理的温度为150±5℃，设备压力为4± 0.5MPa，保温时间为38～40min。

进一步地，所述步骤2）中，对金属板喷砂前先将金属板放入丙酮中清洗干净；这样处理的目的是为了除去表面油污，喷砂后金属板表面起毛均匀，露出金属光泽。

再进一步地，所述步骤3）中，对金属增强件的干燥是在烘箱中进行，干燥温度为60～80℃，干燥时间为30～60min。

更进一步地，步骤4）中，所述胶液厚度为0.08～0.12mm。

还进一步地，步骤5）中，所述胶液厚度为0.08～0.12mm。

本发明的提高柔性接头天然橡胶弹性件与金属增强件硫化粘接强度的方法各步骤和工艺参数设置原理如下：

由于橡胶与金属两种材料在结构和力学性能上存在巨大差异，因此很难有胶粘剂能够同时与橡胶和金属都有良好粘接性。本发明选用开姆洛克双组份胶粘剂，通过胶粘剂使金属与橡胶中间形成一种过渡层，实现金属到橡胶的过渡，即先在金属表面涂刷与金属拥有良好粘接性能的开姆洛克底胶CH-205，进行烘干处理后，再涂刷与天然橡胶有良好粘接性能的开姆洛克面胶CH-220，底胶和面胶属于同系列胶料，两者极性相近，有良好的粘接性，而且在每次涂覆粘胶后进行烘烤处理，有利于增强粘接效果，这样，就实现了天然橡胶弹性见与金属增强件紧密粘接的目的。粘接后进行硫化时，控制硫化温度为150±5℃，设备压力为4±0.5MPa，保温时间为38～40min，以达到橡胶弹性件与金属增强件的粘接强度。

经检测，采用本发明所选用的胶粘剂及粘接工艺参数来粘接柔性接头，粘接强度高、粘接质量稳定可靠，满足粘接强度不小于4.5MPa的指标要求，不仅适用于各种规格柔性接头的硫化粘接，还可以用于其它天然橡胶与金属件硫化粘接的类似产品。

附图说明

图1为利用本发明的提高柔性接头天然橡胶弹性件与金属增强件硫化粘接强度的方法制备而成的一种弹性件与金属增强件复合体的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明的提高柔性接头天然橡胶弹性件与金属增强件硫化粘接强度的方法作进一步的详细说明。

实施例1

针对某型号柔性接头，其弹性件与金属增强件复合体如图1所示，由11层弹性件a和10层金属增强件b交替硫化粘接而成，弹性件a主体材料为天然橡胶，厚度为2.2mm，金属增强件b为30CrMnSiA锻件加工而成，厚度为3mm，该柔性接头的天然橡胶弹性件与金属增强件硫化粘接强度的方法，依次包括以下步骤：

1）按照所设计柔性接头结构要求将金属增强件加工成δ3×20×70（mm）的金属片，将天然橡胶弹性件剪切成δ2.2×20×70（mm）；

2）对金属板进行双面喷砂处理，喷砂前先将金属板放入丙酮中清洗，除去表面油污，喷砂后要求表面均匀起毛，露出金属光泽；

3）将喷砂处理的金属板放入干净的专用碗中，倒入300ml的丙酮清洗2次，清洗干净后置于烘箱中，在60℃下保温60min；

4）刷底胶，即用小笔刷蘸取适量开姆洛克CH-205胶液涂刷于金属板的被粘接面，分两次涂刷，胶液厚度为0.05～0.10mm，刷完底胶后，将金属板放入烘箱中，在温度45℃中保温22min；

5）然后刷面胶，即用小笔刷蘸取适量开姆洛克CH-220胶液涂刷于金属板的被粘接面，分两次涂刷，胶液厚度为0.05～0.10mm，刷完面胶后再次将金属板放入烘箱中，在温度85℃中保温10min；

6）再用不锈钢镊子将金属件增强件与天然橡胶弹性件相互间隔放入模具中进行粘接，即形成如图1所示的天然橡胶弹性件与金属增强件复合体；

7）最后将合模后的模具平稳放入硫化机上进行硫化处理，硫化处理时的参数为：温度155℃，设备压力4.5MPa，保温时间38min。

用上述方法完成试样制作后，按照GB/T12830-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶与刚性板剪切模量和粘合强度的测定—四板剪切法》进行粘接强度检测，检测结果为5.68MPa，强度高而且稳定性好，满足设计指标要求，并顺利通过地面试车考核。

实施例2

针对某型号柔性接头，由10层弹性件和9层金属增强件交替粘接而成，弹性件主体材料为天然橡胶，厚度为2mm，金属件材料为45#钢，厚度为2.5mm。柔性接头天然橡胶弹性件与金属增强件硫化粘接强度的方法，依次包括以下步骤：

1）按照所设计柔性接头结构要求将金属增强件加工成δ2.5×20×70（mm）的金属片，将天然橡胶弹性件剪切成δ2.0×20×70（mm）；

2）对金属板进行双面喷砂处理：喷砂前先将金属板放入丙酮中清洗，除去表面油污，喷砂后要求表面均匀起毛，露出金属光泽；

3）将喷砂处理的金属板放入干净的专用碗中，倒入300ml的丙酮清洗2次，清洗干净后置于烘箱中，在80℃下保温40min；

4）刷底胶，即用小笔刷蘸取适量开姆洛克CH-205胶液涂刷于金属板的被粘接面，分两次涂刷，胶液厚度为0.05mm～0.10mm；刷完底胶后将金属板放入烘箱中，在温度48℃中保温20min；

5）然后刷面胶，即用小笔刷蘸取适量开姆洛克CH-220胶液涂刷于金属板的被粘接面，分两次涂刷，胶液厚度为0.08mm～0.12mm，刷完面胶后将金属板放入烘箱中，在温度80℃中保温12min；

6）再用不锈钢镊子将金属件增强件与天然橡胶弹性件相互间隔放入模具中进行粘接，形成天然橡胶弹性件与金属增强件复合体；

7）最后将合模后的模具平稳放入硫化机上进行硫化，硫化参数为：温度150℃，设备压力4MPa，保温时间40min。

用上述方法完成试样制作后，按照GB/T12830-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶与刚性板剪切模量和粘合强度的测定—四板剪切法》进行粘接强度检测，检测结果为5.47MPa，强度高、稳定性好，并顺利通过地面试车考核。

实施例3

针对某型号柔性接头，由11层弹性件和10层金属增强件交替硫化粘接而成，弹性件材料主体材料为天然橡胶，厚度为2mm，增强件为30CrMnSiA锻件加工而成，厚度为2.5mm，该柔性接头的天然橡胶弹性件与金属增强件硫化粘接强度的方法，依次包括以下步骤：

1）按照所设计柔性接头结构要求将金属增强件加工成δ2.6×20×65（mm）的金属片，将天然橡胶弹性件剪切成δ2.2×20×65（mm）；

3）将喷砂处理的金属板放入干净的专用碗中，倒入300ml的丙酮清洗3次，清洗干净后置于烘箱中，在70℃下保温50min；

4）刷底胶，即用小笔刷蘸取适量开姆洛克CH-205胶液涂刷于金属板的被粘接面，分两次涂刷，胶液厚度为0.08～0.12mm，刷完底胶后，将金属板放入烘箱中，在温度50℃中保温20min；

5）然后刷面胶，即用小笔刷蘸取适量开姆洛克CH-220胶液涂刷于金属板的被粘接面，分两次涂刷，胶液厚度为0.08～0.12mm，刷完面胶后再次将金属板放入烘箱中，在温度82℃中保温12min；

6）再用不锈钢镊子将金属件增强件与天然橡胶弹性件相互间隔放入模具中进行粘接，形成弹性件与金属增强件复合体；

7）最后将合模后的模具平稳放入硫化机上进行硫化处理，硫化处理时的参数为：温度150℃，设备压力4.5MPa，保温时间40min。

用上述方法完成试样制作后，按照GB/T12830-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶与刚性板剪切模量和粘合强度的测定—四板剪切法》进行粘接强度检测，检测结果为5.92MPa，强度高而且稳定性好，满足设计指标要求，并顺利通过地面试车考核。

Claims

1.一种提高柔性接头天然橡胶弹性件与金属增强件硫化粘接强度的方法，依次包括以下步骤：

2）对金属增强件双面进行喷砂处理；

3）采用丙酮对喷砂处理后的金属增强件清洗2～3次，而后进行干燥；

7）最后将天然橡胶弹性件与金属增强件复合体放入硫化机上进行硫化处理，所述硫化处理的温度为150±5℃，设备压力为4±0.5MPa，保温时间为38～40min。

2.根据权利要求1所述提高柔性接头天然橡胶弹性件与金属增强件硫化粘接强度的方法，其特征在于：所述步骤2）中，对金属板喷砂处理前先将金属板放入丙酮中洗净。

3.根据权利要求1或2所述提高柔性接头天然橡胶弹性件与金属增强件硫化粘接强度的方法，其特征在于：所述步骤3）中，对金属增强件的干燥是在烘箱中进行，干燥温度为60～80℃，干燥时间为30～60min。

4.根据权利要求1或2所述提高柔性接头天然橡胶弹性件与金属增强件硫化粘接强度的方法，其特征在于：步骤4）中，所述胶液厚度为0.08～0.12mm。

5.根据权利要求3所述提高柔性接头天然橡胶弹性件与金属增强件硫化粘接强度的方法，其特征在于：步骤4）中，所述胶液厚度为0.08～0.12mm。

6.根据权利要求1或2所述提高柔性接头天然橡胶弹性件与金属增强件硫化粘接强度的方法，其特征在于：步骤5）中，所述胶液厚度为0.08～0.12mm。

7.根据权利要求3所述提高柔性接头天然橡胶弹性件与金属增强件硫化粘接强度的方法，其特征在于：步骤5）中，所述胶液厚度为0.08～0.12mm。