CN107540884B - 一种橡胶与金属骨架的粘接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种橡胶与金属骨架的粘接方法，特点是包括橡胶的制备、金属骨架的清洗、金属骨架的烘干、涂底胶、涂面胶和硫化六个步骤。优点是通过上述方法可以显著提高橡胶与金属骨架之间的粘接强度，同时保证了橡胶具有良好的加工性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种粘接方法，尤其是涉及一种橡胶与金属骨架的粘接方法。
背景技术
随着汽车工业的迅猛发展，对汽车安全性、舒适性和驾驶操作性要求越来越高，同时对汽车减震件的需求也越来越高。发动机悬置和底盘衬套均是常见的汽车减震件，该类型的减震件一般是金属与橡胶结合的减震件，这类金属橡胶减震件对橡胶与金属骨架之间的粘合强度要求极高，若粘合强度达不到要求，在汽车行驶的过程中减震件中的橡胶和金属骨架会发生脱胶，若脱胶程度较轻，那么脱胶部位的金属和橡胶之间摩擦会产生异响，影响驾驶的舒适性；而当脱胶面积较大脱胶程度较严重时，会导致零件失效，直接影响驾驶的安全性。
目前用于与金属橡胶减震件中的金属骨架相连的橡胶一般由生胶、防护体系、填充体系、软化体系和硫化体系组成，以上成分组成的橡胶不能满足发动机悬置、底盘衬套等金属橡胶减震件对于粘接强度的要求，容易导致零件脱胶，从而对汽车驾驶的舒适性和安全性造成影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种橡胶与金属骨架的粘接方法，通过该粘接方法可以显著提高金属橡胶减震件中橡胶与金属骨架之间的粘合强度，从而避免脱胶甚至过早损坏失效等问题的产生，有效保证金属橡胶减震件的使用寿命。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种橡胶与金属骨架的粘接方法，包括如下步骤:
(1)橡胶的制备：将生胶在开炼机上薄通5—7次，然后将开炼机调到大辊距，进行包辊处理，然后在开炼机中依次加入氧化锌、硬脂酸、防护体系、补强体系、硬脂酸锌、丙烯酸锌和软化体系，最后加入硫化剂、促进剂，进行混炼，然后打三角包、打卷各4—6次，下料出片，得到胶料；
(2)金属骨架的清洗：对金属骨架进行湿式喷砂—脱脂—水洗处理，以去除金属骨架表面的异物及锈蚀，然后对金属骨架进行磷化及水洗处理，得到具有洁净金属表面的金属骨架；
(3)金属骨架的烘干：对经过步骤(2)处理得到的金属骨架进行烘干处理，以烘干滞留在金属骨架上的水分；
(4)涂底胶：在经过步骤(3)得到的金属骨架表面涂覆一层底胶，然后进行烘干处理；
(5)涂面胶：在经过步骤(4)得到的金属骨架表面喷涂一层面胶，然后进行烘干处理，得到涂胶件；
(6)硫化：将上述步骤(1)得到的胶料打卷5—7次，以排除胶料内部的气泡，然后将上述经过打卷后的胶料进行裁剪，将裁剪后的胶料与步骤(5)中得到的涂胶件置于硫化设备的热模中，在热模中加压硫化。
所述步骤(1)中，按质量份计，生胶为100份，氧化锌为4—6份，硬脂酸为1—2份，防老剂为1—3份，炭黑为10—60份，石蜡油为2—10份，硫化剂为1.2—3份，促进剂为1.5—2.5份，硬脂酸锌为2—5份，丙烯酸锌为2—20份。
所述的步骤(1)中的丙烯酸锌的有效成分含量≥95％，目数≥100目。丙烯酸锌较小的粒径有利于其在橡胶中的均匀分散。
所述的步骤(1)中的硬脂酸锌中的锌含量在10.5％—11.5％之间。
所述的步骤(1)中的混炼温度在45—60℃之间。
所述的步骤(2)中的喷砂时间为300—500秒，磷化时间为120—240秒。喷砂时间为300—500秒，控制该喷砂时间可以保证外协件表面有较高的粗糙度，增加橡胶与金属骨架之间的接触面积；磷化时间为120—240秒，控制该磷化时间是为了保证合理的磷化层晶粒尺寸和形貌，并保证磷化膜厚度满足要求。
所述的步骤(4)中的底胶涂覆厚度在5—10μm，步骤(5)中的面胶的涂覆厚度为18—28μm。底胶涂覆厚度在5—10μm，底胶的模量介于面胶和金属骨架之间，涂覆底胶是为了在金属骨架和面胶之间提供模量过渡作用，使力可以在金属骨架和面胶之间平稳过渡；面胶的涂覆厚度为18—28μm，面胶起到粘接橡胶和底胶的作用。
所述的步骤(6)中对热模施加18—20MPa的硫化压力，硫化温度为150—170℃，硫化时间为15—20分钟。
所述的步骤(1)中的防护体系为防老剂TMQ，补强体系为炭黑N774、炭黑N550或两者并用，软化体系为石蜡油，硫化剂为硫磺或DCP，促进剂为促进剂CZ和促进剂MBTS。
所述步骤(1)中的生胶为天然橡胶、顺丁橡胶、乙丙橡胶中的一种或者几种的并用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本方法可以显著提高橡胶与金属骨架之间的粘接强度，同时保证了橡胶具有良好的加工性能，具体表现如下：
(1)在橡胶的制备过程中加入丙烯酸锌，丙烯酸锌在自由基引发下，即可均聚又可与基体材料发生接枝交联，形成的纳米粒子可以同时提高硫化胶的强度和韧性；此外，金属离子的引入可以显著提高橡胶基体材料与金属骨架材料的粘合性能；因此，在减震橡胶中引入丙烯酸锌可以显著提高橡胶与金属骨架之间的粘接强度；
(2)在引入丙烯酸锌，保证橡胶与金属骨架优良粘接性能的同时，在橡胶制备过程中引入硬脂酸锌，一方面可以在橡胶混炼时起到润滑的作用，防止混炼时粘辊，另一方面在硫化时硬脂酸锌会迁移到产品表面，起到了与模具隔离的作用，从而防止硫化时粘模，有效克服了在橡胶混炼以及制备完成的橡胶与金属骨架硫化时带来的困难，较好地满足了实际工程需要。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：一种橡胶与金属骨架的粘接方法，包括如下步骤:
(1)橡胶的制备：以质量份计，准备天然橡胶70份，顺丁橡胶30份，氧化锌6份，硬脂酸1.5份，防老剂TMQ 3份，炭黑N550 10份，石蜡油2份，丙烯酸锌20份，硬脂酸锌5份，硫磺2份，促进剂CZ 1.5份，促进剂MBTS 0.6份；然后将上述准备的天然橡胶和顺丁橡胶置于开炼机中，在开炼机上薄通5次，然后将开炼机调到大辊距，进行包辊处理，然后在开炼机中依次加入上述准备的氧化锌、硬脂酸、防护体系、补强体系、硬脂酸锌、丙烯酸锌和软化体系，最后加入硫化剂、促进剂，在45-60℃的温度下进行混炼，然后打三角包、打卷各6次，下料出片，得到胶料；
(2)金属骨架的清洗：对金属骨架进行湿式喷砂—脱脂—水洗处理，以去除金属骨架表面的异物及锈蚀，然后对金属骨架进行磷化及水洗处理，得到具有洁净金属表面的金属骨架；此步骤中控制喷砂的时间为500秒，磷化的时间为120秒；
(3)金属骨架的烘干：对经过步骤(2)处理得到的金属骨架进行烘干处理，以烘干滞留在金属骨架上的水分；
(4)涂底胶：在经过步骤(3)得到的金属骨架表面涂覆一层底胶，底胶的厚度为10μm，然后进行烘干处理；
(5)涂面胶：在经过步骤(4)得到的金属骨架表面喷涂一层面胶，面胶的厚度为18μm，然后进行烘干处理，得到涂胶件；
(6)硫化：将上述步骤(1)得到的胶料打卷5次，以排除胶料内部的气泡，然后将上述经过打卷后的胶料进行裁剪，将裁剪后的胶料与步骤(5)中得到的涂胶件置于硫化设备的热模中，对热模施加20MPa的硫化压力，在170℃的硫化温度下，硫化15分钟。
对比例一：
(1)橡胶的制备：以质量份计，准备天然橡胶70份，顺丁橡胶30份，氧化锌6份，硬脂酸1.5份，防老剂TMQ 3份，炭黑N550 10份，石蜡油2份，硫磺2份，促进剂CZ 1.5份，促进剂MBTS 0.6份；然后将上述准备的天然橡胶和顺丁橡胶置于开炼机中，在开炼机上薄通5次，然后将开炼机调到大辊距，进行包辊处理，然后在开炼机中依次加入上述准备的氧化锌、硬脂酸、防护体系、补强体系、硬脂酸锌、丙烯酸锌和软化体系，最后加入硫化剂、促进剂，在45-60℃的温度下进行混炼，然后打三角包、打卷各6次，下料出片，得到胶料；
(2)金属骨架的清洗：对金属骨架进行湿式喷砂—脱脂—水洗处理，以去除金属骨架表面的异物及锈蚀，然后对金属骨架进行磷化及水洗处理，得到具有洁净金属表面的金属骨架；此步骤中控制喷砂的时间为500秒，磷化的时间为120秒；
(3)金属骨架的烘干：对经过步骤(2)处理得到的金属骨架进行烘干处理，以烘干滞留在金属骨架上的水分；
(4)涂底胶：在经过步骤(3)得到的金属骨架表面涂覆一层底胶，底胶的厚度为10μm，然后进行烘干处理；
(5)涂面胶：在经过步骤(4)得到的金属骨架表面喷涂一层面胶，面胶的厚度为18μm，然后进行烘干处理，得到涂胶件；
(6)硫化：将上述步骤(1)得到的胶料打卷5次，以排除胶料内部的气泡，然后将上述经过打卷后的胶料进行裁剪，将裁剪后的胶料与步骤(5)中得到的涂胶件置于硫化设备的热模中，对热模施加20MPa的硫化压力，在170℃的硫化温度下，硫化15分钟。
实施例二：一种橡胶与金属骨架的粘接方法，包括如下步骤:
(1)橡胶的制备：以质量份计，准备乙丙橡胶100份，氧化锌4份，硬脂酸1份，防老剂TMQ 1份，炭黑N774 30份，炭黑N550 30份，石蜡油10份，丙烯酸锌2份，硬脂酸锌2份，硫化剂DCP 3份，促进剂CZ 1份，促进剂MBTS0.5份；然后将上述准备的乙丙橡胶置于开炼机中，在开炼机上薄通7次，然后将开炼机调到大辊距，进行包辊处理，然后在开炼机中依次加入上述准备的氧化锌、硬脂酸、防护体系、补强体系、硬脂酸锌、丙烯酸锌和软化体系，最后加入硫化剂、促进剂，在45-60℃的温度下进行混炼，然后打三角包、打卷各4次，下料出片，得到胶料；
(2)金属骨架的清洗：对金属骨架进行湿式喷砂—脱脂—水洗处理，以去除金属骨架表面的异物及锈蚀，然后对金属骨架进行磷化及水洗处理，得到具有洁净金属表面的金属骨架；此步骤中控制喷砂的时间为300秒，磷化的时间为240秒；
(3)金属骨架的烘干：对经过步骤(2)处理得到的金属骨架进行烘干处理，以烘干滞留在金属骨架上的水分；
(4)涂底胶：在经过步骤(3)得到的金属骨架表面涂覆一层底胶，底胶的厚度为5μm，然后进行烘干处理；
(5)涂面胶：在经过步骤(4)得到的金属骨架表面喷涂一层面胶，面胶的厚度为28μm，然后进行烘干处理，得到涂胶件；
(6)硫化：将上述步骤(1)得到的胶料打卷7次，以排除胶料内部的气泡，然后将上述经过打卷后的胶料进行裁剪，将裁剪后的胶料与步骤(5)中得到的涂胶件置于硫化设备的热模中，对热模施加18MPa的硫化压力，在150℃的硫化温度下，硫化20分钟。
对比例二：
(1)橡胶的制备：以质量份计，准备乙丙橡胶100份，氧化锌4份，硬脂酸1份，防老剂TMQ 1份，炭黑N774 30份，炭黑N550 30份，石蜡油10份，硫化剂DCP 3份，促进剂CZ 1份，促进剂MBTS 0.5份；然后将上述准备的乙丙橡胶置于开炼机中，在开炼机上薄通7次，然后将开炼机调到大辊距，进行包辊处理，然后在开炼机中依次加入上述准备的氧化锌、硬脂酸、防护体系、补强体系、硬脂酸锌、丙烯酸锌和软化体系，最后加入硫化剂、促进剂，在45-60℃的温度下进行混炼，然后打三角包、打卷各4次，下料出片，得到胶料；
(2)金属骨架的清洗：对金属骨架进行湿式喷砂—脱脂—水洗处理，以去除金属骨架表面的异物及锈蚀，然后对金属骨架进行磷化及水洗处理，得到具有洁净金属表面的金属骨架；此步骤中控制喷砂的时间为300秒，磷化的时间为240秒；
(3)金属骨架的烘干：对经过步骤(2)处理得到的金属骨架进行烘干处理，以烘干滞留在金属骨架上的水分；
(4)涂底胶：在经过步骤(3)得到的金属骨架表面涂覆一层底胶，底胶的厚度为5μm，然后进行烘干处理；
(5)涂面胶：在经过步骤(4)得到的金属骨架表面喷涂一层面胶，面胶的厚度为28μm，然后进行烘干处理，得到涂胶件；
(6)硫化：将上述步骤(1)得到的胶料打卷7次，以排除胶料内部的气泡，然后将上述经过打卷后的胶料进行裁剪，将裁剪后的胶料与步骤(5)中得到的涂胶件置于硫化设备的热模中，对热模施加18MPa的硫化压力，在150℃的硫化温度下，硫化20分钟。
实施例三：一种橡胶与金属骨架的粘接方法，包括如下步骤:
(1)橡胶的制备：以质量份计，准备天然橡胶100份，氧化锌5份，硬脂酸2份，防老剂TMQ 2份，炭黑N774 10份，炭黑N550 10份，石蜡油5份，丙烯酸锌10份，硬脂酸锌3份，硫磺1.5份，促进剂CZ 1.5份，促进剂MBTS1份；然后将上述准备的天然橡胶置于开炼机中，在开炼机上薄通6次，然后将开炼机调到大辊距，进行包辊处理，然后在开炼机中依次加入上述准备的氧化锌、硬脂酸、防护体系、补强体系、硬脂酸锌、丙烯酸锌和软化体系，最后加入硫化剂、促进剂，在45-60℃的温度下进行混炼，然后打三角包、打卷各5次，下料出片，得到胶料；
(2)金属骨架的清洗：对金属骨架进行湿式喷砂—脱脂—水洗处理，以去除金属骨架表面的异物及锈蚀，然后对金属骨架进行磷化及水洗处理，得到具有洁净金属表面的金属骨架；此步骤中控制喷砂的时间为400秒，磷化的时间为180秒；
(3)金属骨架的烘干：对经过步骤(2)处理得到的金属骨架进行烘干处理，以烘干滞留在金属骨架上的水分；
(4)涂底胶：在经过步骤(3)得到的金属骨架表面涂覆一层底胶，底胶的厚度为8μm，然后进行烘干处理；
(5)涂面胶：在经过步骤(4)得到的金属骨架表面喷涂一层面胶，面胶的厚度为23μm，然后进行烘干处理，得到涂胶件；
(6)硫化：将上述步骤(1)得到的胶料打卷6次，以排除胶料内部的气泡，然后将上述经过打卷后的胶料进行裁剪，将裁剪后的胶料与步骤(5)中得到的涂胶件置于硫化设备的热模中，对热模施加19MPa的硫化压力，在160℃的硫化温度下，硫化18分钟。
对比例四：
(1)橡胶的制备：以质量份计，准备天然橡胶100份，氧化锌5份，硬脂酸2份，防老剂TMQ 2份，炭黑N774 10份，炭黑N550 10份，石蜡油5份，硬脂酸锌3份，硫磺1.5份，促进剂CZ1.5份，促进剂MBTS 1份；然后将上述准备的天然橡胶置于开炼机中，在开炼机上薄通6次，然后将开炼机调到大辊距，进行包辊处理，然后在开炼机中依次加入上述准备的氧化锌、硬脂酸、防护体系、补强体系、硬脂酸锌、丙烯酸锌和软化体系，最后加入硫化剂、促进剂，在45-60℃的温度下进行混炼，然后打三角包、打卷各5次，下料出片，得到胶料；
(2)金属骨架的清洗：对金属骨架进行湿式喷砂—脱脂—水洗处理，以去除金属骨架表面的异物及锈蚀，然后对金属骨架进行磷化及水洗处理，得到具有洁净金属表面的金属骨架；此步骤中控制喷砂的时间为400秒，磷化的时间为180秒；
(3)金属骨架的烘干：对经过步骤(2)处理得到的金属骨架进行烘干处理，以烘干滞留在金属骨架上的水分；
(4)涂底胶：在经过步骤(3)得到的金属骨架表面涂覆一层底胶，底胶的厚度为8μm，然后进行烘干处理；
(5)涂面胶：在经过步骤(4)得到的金属骨架表面喷涂一层面胶，面胶的厚度为23μm，然后进行烘干处理，得到涂胶件；
(6)硫化：将上述步骤(1)得到的胶料打卷6次，以排除胶料内部的气泡，然后将上述经过打卷后的胶料进行裁剪，将裁剪后的胶料与步骤(5)中得到的涂胶件置于硫化设备的热模中，对热模施加19MPa的硫化压力，在160℃的硫化温度下，硫化18分钟。
对比例五：
(1)橡胶的制备：以质量份计，准备天然橡胶100份，氧化锌5份，硬脂酸2份，防老剂TMQ 2份，炭黑N774 10份，炭黑N550 10份，石蜡油5份，硫磺1.5份，促进剂CZ 1.5份，促进剂MBTS 1份；然后将上述准备的天然橡胶置于开炼机中，在开炼机上薄通6次，然后将开炼机调到大辊距，进行包辊处理，然后在开炼机中依次加入上述准备的氧化锌、硬脂酸、防护体系、补强体系、硬脂酸锌、丙烯酸锌和软化体系，最后加入硫化剂、促进剂，在45-60℃的温度下进行混炼，然后打三角包、打卷各5次，下料出片，得到胶料；
(2)金属骨架的清洗：对金属骨架进行湿式喷砂—脱脂—水洗处理，以去除金属骨架表面的异物及锈蚀，然后对金属骨架进行磷化及水洗处理，得到具有洁净金属表面的金属骨架；此步骤中控制喷砂的时间为400秒，磷化的时间为180秒；
(3)金属骨架的烘干：对经过步骤(2)处理得到的金属骨架进行烘干处理，以烘干滞留在金属骨架上的水分；
(4)涂底胶：在经过步骤(3)得到的金属骨架表面涂覆一层底胶，底胶的厚度为8μm，然后进行烘干处理；
(5)涂面胶：在经过步骤(4)得到的金属骨架表面喷涂一层面胶，面胶的厚度为23μm，然后进行烘干处理，得到涂胶件；
(6)硫化：将上述步骤(1)得到的胶料打卷6次，以排除胶料内部的气泡，然后将上述经过打卷后的胶料进行裁剪，将裁剪后的胶料与步骤(5)中得到的涂胶件置于硫化设备的热模中，对热模施加19MPa的硫化压力，在160℃的硫化温度下，硫化18分钟。
根据GB/T 7760测试传统橡胶配方及经过本方法改善粘接性能后配方的剥离强度，并同时记录炼胶及硫化时是否粘辊或粘模，测试结果如表1所示。从表1中得出的数据可见，通过本发明的方法可以显著改善橡胶与金属骨架之间的粘接强度，同时使橡胶具有良好的加工性能。
| 实施例1 | 对比例1 | 实施例2 | 对比例2 | 实施例3 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | |
| 剥离强度，N/mm | 18.8 | 10.2 | 14.8 | 8.6 | 22.5 | 23.1 | 13.8 | 14.2 |
| 炼胶时是否粘辊 | 否 | 否 | 否 | 否 | 否 | 是 | 否 | 否 |
| 硫化时是否粘模 | 否 | 否 | 否 | 否 | 否 | 是 | 否 | 否 |
表1
Claims (7)
1.一种橡胶与金属骨架的粘接方法，其特征在于包括如下步骤:
(1)橡胶的制备：将生胶在开炼机上薄通5—7次，然后将开炼机调到大辊距，进行包辊处理，然后在开炼机中依次加入氧化锌、硬脂酸、防护体系、补强体系、硬脂酸锌、丙烯酸锌和软化体系，最后加入硫化剂、促进剂，进行混炼，然后打三角包、打卷各4—6次，下料出片，得到胶料；
(2)金属骨架的清洗：对金属骨架进行湿式喷砂—脱脂—水洗处理，以去除金属骨架表面的异物及锈蚀，然后对金属骨架进行磷化及水洗处理，得到具有洁净金属表面的金属骨架；
(3)金属骨架的烘干：对经过步骤(2)处理得到的金属骨架进行烘干处理，以烘干滞留在金属骨架上的水分；
(4)涂底胶：在经过步骤(3)得到的金属骨架表面涂覆一层底胶，然后进行烘干处理；
(5)涂面胶：在经过步骤(4)得到的金属骨架表面喷涂一层面胶，然后进行烘干处理，得到涂胶件；
(6)硫化：将上述步骤(1)得到的胶料打卷5—7次，以排除胶料内部的气泡，然后将上述经过打卷后的胶料进行裁剪，将裁剪后的胶料与步骤(5)中得到的涂胶件置于硫化设备的热模中，在热模中加压硫化；
所述步骤(1)中，按质量份计，生胶为100份，氧化锌为4—6份，硬脂酸为1—2份，防老剂为1—3份，炭黑为10—60份，石蜡油为2—10份，硫化剂为1.2—3份，促进剂为1.5—2.5份，硬脂酸锌为2—5份，丙烯酸锌为2—20份；
所述步骤(1)中的生胶为天然橡胶、顺丁橡胶、乙丙橡胶中的一种或者几种的并用；
所述的步骤(4)中的底胶涂覆厚度在5—10μm，步骤(5)中的面胶的涂覆厚度为18—28μm。
2.如权利要求1所述的一种橡胶与金属骨架的粘接方法，其特征在于所述的步骤(1)中的丙烯酸锌的有效成分含量≥95％，目数≥100目。
3.如权利要求1所述的一种橡胶与金属骨架的粘接方法，其特征在于所述的步骤(1)中的硬脂酸锌中的锌含量在10.5％—11.5％之间。
4.如权利要求1所述的一种橡胶与金属骨架的粘接方法，其特征在于所述的步骤(1)中的混炼温度在45—60℃之间。
5.如权利要求1所述的一种橡胶与金属骨架的粘接方法，其特征在于所述的步骤(2)中的喷砂时间为300—500秒，磷化时间为120—240秒。
6.如权利要求1所述的一种橡胶与金属骨架的粘接方法，其特征在于所述的步骤(6)中对热模施加18—20MPa的硫化压力，硫化温度为150—170℃，硫化时间为15—20分钟。
7.如权利要求1所述的一种橡胶与金属骨架的粘接方法，其特征在于所述的步骤(1)中的防护体系为防老剂TMQ，补强体系为炭黑N774、炭黑N550或两者并用，软化体系为石蜡油，硫化剂为硫磺或DCP，促进剂为促进剂CZ和促进剂MBTS。
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