CN110144174B - 一种高填充橡胶混炼胶与金属的粘接方法 - Google Patents

一种高填充橡胶混炼胶与金属的粘接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及橡胶与金属粘接领域，具体涉及一种高填充橡胶与金属的粘接方法，首先对金属的粘接面进行粗化、脱脂处理，然后在处理后的金属粘接面处涂刷热硫化胶粘剂，最后将涂有胶粘剂的金属片放置于硫化成型模具中，混炼胶通过采用垂直于粘接面及垂直于180°剥离方向的流动工艺充满模腔，通过这种热硫化方式实现高填充橡胶与金属的高性能粘接。本发明提供的粘接方法属于热硫化粘接，与常用的胶料平行于180°剥离方向流动的胶片贴合方法相比，其剥离强度离散性较小，粘接性能稳定。本发明提供的方法适用面广，特别适用于高填充二烯类橡胶应用常规的热硫化粘接工艺，其粘接强度不均一的情况；本发明工艺方法简单，适用面广，尤其适用于橡胶的注射成型工艺。

Description

一种高填充橡胶混炼胶与金属的粘接方法
技术领域
本发明涉及橡胶与金属的粘接领域，具体涉及一种高填充橡胶混炼胶与金属的粘接方法。
背景技术
随着胶粘剂工业和粘接技术的发展，金属与橡胶的粘接已广泛应用于汽车制造、军工方面、道路桥梁以及机械制造等很多领域。由于兼具橡胶的高弹性与金属的刚性，橡胶与金属的复合结构大量应用于结构减振与降噪领域。随着金属与橡胶复合结构服役环境的日益苛刻与恶化，金属与高填充高承载橡胶之间的粘接问题也越来越受到重视。如：履带式车辆负重轮、履带板及履带衬套的粘接等。
目前，金属与橡胶热硫化粘接的操作流程为：(1)金属件表面处理；(2)胶粘剂涂覆；(3)混炼胶胶片贴合；(4)加压热硫化粘接。其中，CN102115542A对金属件表面的处理、胶粘剂涂刷工艺进行了详细的描述，其先对硫化橡胶和金属的粘接面进行粗化和脱脂处理，然后在处理后的金属和硫化橡胶粘接面处涂刷热硫化胶粘剂，然后将过渡层采用涂刷或贴覆的方式置于金属与硫化橡胶的粘接面处，最后通过热硫化方式实现硫化橡胶与金属高强度粘接，其180°剥离试样的剥离强度达13KN/m；另外，CN102634046A提出了梯度升温、梯度降温的加压热硫化粘接工艺方法，在混炼胶胶片贴合工艺过程，CN101824287A采用了胶粘剂膜与生胶片直接贴合的工艺，其180°剥离强度达到5.6～7.2kN/m，适用于负重轮的缠绕法硫化成型工艺；CN106239792A采用了一种胶粘剂膜与混炼胶生胶条的贴合方法，该方法在硫化之前将生胶条放置于热硫化成型模腔中，然后立即加压硫化，适用于负重轮的铸压硫化成型工艺。
通常的橡胶-金属复合减振制品中，由于橡胶混炼胶中无机非金属材料的填充量远小于聚合物的用量，在制品加工中胶料流动时填料取向不够明显，混炼胶采用常规工艺与金属热硫化粘接时，180°剥离强度不会表现出明显的各向异性。
但是，针对高承载橡胶的高填充体系，采用常规的热硫化粘接工艺，其180°剥离强度会表现出明显的各向异性及离散性(高分子材料科学与工程，1994，10(5)，132-135；合成橡胶工业，2004，27(2)，101-104)，具体表现为：胶料流动方向与剥离方向相同时(剥离方向与胶料流动方向夹角0°)，其剥离强度低于流动方向与剥离方向相反时(剥离方向与胶料流动方向夹角180°)的一倍以上。而且，目前尚未见有关于降低剥离强度离散性，提高高填充橡胶与金属界面粘接稳定性的发明创造。
本发明的目的是提供一种高填充橡胶混炼胶与金属的粘接方法，具体为混炼胶流动方向垂直于橡胶-金属结构件剥离方向的混炼胶胶片贴合方法，与现有技术相比，本发明可显著降低剥离强度离散性，提高高填充橡胶与金属界面粘接稳定性，并且本发明操作简单，成本低廉。
发明内容
本发明提供一种高填充橡胶混炼胶与金属的粘接方法，混炼胶流动方向垂直于橡胶-金属结构件剥离方向的混炼胶胶片贴合工艺方法，可为负重轮挂胶的注射成型提供技术支持，该粘接方法本质上属于热硫化粘接方式。
本发明具体包括如下步骤：
(1)对金属的粘接面进行粗化、脱脂处理；
(2)在步骤(1)处理过的金属表面涂刷热硫化胶粘剂，形成粘接面；
(3)热硫化粘接成型：将涂有胶粘剂的金属件放置于硫化成型模具中，如附图3所示，使混炼胶在附图3所示硫化压力下流动，然后在与涂有胶粘剂的金属件硫化粘接成型；
其中高填充橡胶混炼胶是指填充量大于40份高结构炭黑填充的混炼胶；
使高填充橡胶混炼胶的流动方向与金属粘接面的剥离方向垂直，以达到降低剥离强度离散性，提高高填充橡胶与金属界面粘接稳定性的目的；
其中，步骤(1)中所述的金属可以是铝合金、普通钢材、钛合金、不锈钢等合金材料，也可以是灰铸铁、球墨铸铁等铸铁类材料；
其中，步骤(1)中所述的金属表面粗化、脱脂处理方式可以是机械打磨、喷砂处理或化学处理；
所述化学处理具体包括：碱洗或酸洗；
优选地，步骤(1)中金属表面采用喷砂处理，以增加接触面积；
其中，步骤(2)中所述的热硫化胶粘剂，根据使用环境需求，可以选用一种型号单涂，也可以选用两种型号分别进行底涂和面涂；
优选地，步骤(2)中所述的热硫化胶粘剂可以选用美国开姆洛克系列、英国西邦系列和国产IN-501等；
其中，步骤(3)中所述的高填充橡胶混炼胶的配方如下：天然橡胶70-90份，丁苯橡胶(SBR)10-30份，硬脂酸1-3份，氧化锌6-10份，N330炭黑50-70份，白炭黑10-20份，防老剂4010 1-3份，硫磺2-3份，促进剂CZ(N-环己基-2-苯骈噻唑次磺酰胺)0.5-1份；
优选地，步骤(3)中所述的高填充橡胶混炼胶的配方如下：天然橡胶80份，丁苯橡胶(SBR)20份，硬脂酸2份，氧化锌8份，N330炭黑60份，白炭黑15份，防老剂4010 2份，硫磺2.5份，促进剂CZ(N-环己基-2-苯骈噻唑次磺酰胺)0.8份。
上述配合剂中除硫磺与促进剂外，橡胶聚合物与其他配合剂在常规密炼机中进行，然后在开炼设备上制备最终的混炼胶；
其中，步骤(3)中所述的高填充橡胶混炼胶的主体材料，可以是所有型号的天然橡胶或其他类二烯类合成橡胶；
优选地，步骤(3)中所述的高填充橡胶混炼胶的主体材料可以是聚异戊二烯(IR)、顺丁橡胶(BR)或苯乙烯-丁二烯共聚合物(SBR)；
优选地，步骤(3)中所述的高填充橡胶混炼胶的主体材料采用N300系列及以上结构炭黑时其填充量大于40份。
有益效果
(1)本发明混炼胶流动方向垂直于橡胶-金属结构件剥离方向，而常规的橡胶-金属结构件，其胶片的贴合方法使混炼胶的流动方向平行于180°剥离样件的剥离方向，与现有技术相比，本发明可显著降低剥离强度离散性，提高高填充橡胶与金属界面粘接稳定性。
(2)本发明提供的高填充橡胶混炼胶与金属的热硫化粘接方法，其180°剥离强度均大于10kN/m，其剥离强度离散性明显小于现有技术。
附图说明
附图1为热硫化粘接工艺中金属片及胶条在模腔中的示意图；
附图2为常规热硫化粘接工艺示意图；
附图3为本发明热硫化粘接工艺示意图。
图中：1-生胶条，2-金属样件，3-下模板，4-上模板，5-生胶条，6-下模板，7-金属样件，8-上模板，9-生胶条，10-中模板，11-下模板，12-金属样件；
图2中的箭头方向为硫化压力方向。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明加以说明，但不构成对本发明的任何限制。
以下实施例采用的高填充橡胶混炼胶的配方如下：天然橡胶80份，丁苯橡胶(SBR)20份，硬脂酸2份，氧化锌8份，N330炭黑60份，白炭黑15份，防老剂4010 2份，硫磺2.5份，促进剂CZ(N-环己基-2-苯骈噻唑次磺酰胺)0.8份，上述配合剂中除硫磺与促进剂外，橡胶聚合物与其他配合剂在常规密炼机中进行，然后在开炼设备上制备最终的混炼胶。
实施例一
如图1、图2和图3所示，该实施例中金属采用不锈钢，将不锈钢的粘接面进行喷砂、脱脂和清洗，然后在金属粘接面喷涂开姆洛克205，晾置30分钟后，再在金属粘接面处涂一层开姆洛克220型热硫化胶粘剂，然后晾置30分钟后待用，每次涂刷时热硫化胶粘剂的用量为150g/m2。
180°剥离对比实验样件的制备工艺：将高填充橡胶混炼胶热炼，并按照180°剥离试样模具模腔尺寸大小制成胶条，然后将涂覆胶粘剂的不锈钢实验样放入模腔中，将胶条直接叠加在不锈钢粘接面上，按照附图1(俯视图)与附图2(附图1沿着宽度方向的截面图)的贴合方式，在150℃、15MPa、30分钟的硫化条件下进行热硫化粘接。
6个样件的180°剥离强度实验结果为：18.08kN/m、19.02kN/m、7.61kN/m、5.64kN/m、20.20kN/m和8.08kN/m，其粘接强度具有明显的离散性。
180°剥离强度实验样件的制备工艺：将涂覆胶粘剂的不锈钢实验样放入模腔中，见附图3的摆放方式，然后将经过热炼后的混炼胶生胶放入中模与上模之间，见附图3(附图1沿着宽度方向的截面图)，在150℃、15MPa、30分钟的硫化条件下进行热硫化粘接，。
6个样件的180°剥离强度实验结果为：13.20kN/m、11.08kN/m、12.61kN/m、12.0kN/m、15.61kN/m、15.08kN/m，其粘接强度的离散性得到明显改善。
实施例二
如图1、图2和图3所示，该实施例中金属用铝合金，将铝合金的粘接面进行喷砂、脱脂和清洗，然后在金属粘接面喷涂开姆洛克205，晾置20分钟后，再在金属粘接面处涂一层IN-501胶粘剂，然后晾置40分钟后待用，热硫化前放置时间不超过24小时，每次涂刷时，热硫化胶粘剂的用量为150g/m2。
180°剥离对比实验样件的制备工艺：将高填充橡胶混炼胶热炼，并按照180°剥离试样模具的模腔尺寸大小制成胶条，然后将涂覆胶粘剂的铝合金实验样放入模腔中，将胶条直接叠加在铝合金粘接面上，按照附图1与附图2的贴合方式，在150℃、15MPa、30分钟的硫化条件下进行热硫化粘接。
6个样件的180°剥离强度实验结果为：8.66kN/m、7.91kN/m、15.04kN/m、14.01kN/m、14.02kN/m和9.08kN/m，其粘接强度具有明显的离散性。
180°剥离强度实验样件的制备工艺：将涂覆胶粘剂的铝合金实验样放入附图3的下模腔中，见附图3的摆放方式，然后将经过热炼后的混炼胶生胶放入中模与上模之间(见附图3)，在150℃、15MPa、30分钟的硫化条件下进行热硫化粘接。
6个样件的180°剥离强度实验结果为：11.32kN/m、11.22kN/m、11.52kN/m、12.0kN/m、10.22kN/m、13.02kN/m，其粘接强度的离散性得到明显改善。

Claims (4)

1.一种高填充橡胶混炼胶与金属的粘接方法，其特征在于，混炼胶流动方向为垂直于橡胶-金属结构件的 180°剥离方向，并且是沿金属结构件表面的宽度方向一侧流向另一侧，该粘接方法本质上属于热硫化粘接方式，具体包括如下步骤：
（1）对金属的粘接面进行粗化、脱脂处理；
（2）在步骤（1）处理过的金属表面涂刷热硫化胶粘剂，形成粘接面；
（3）热硫化粘接成型：将步骤（2）制得的涂有胶粘剂的金属放置于硫化成型模具中，使高填充橡胶混炼胶在硫化压力下流动，与涂有胶粘剂的金属件硫化粘接成型；
其中，高填充橡胶混炼胶的配方为：天然橡胶 70-90质量份、丁苯橡胶（SBR）10-30
质量份、硬脂酸 1-3 质量份、氧化锌 5-10 质量份、N330 炭黑 50-70 质量份、白炭黑10-20
质量份、防老剂 4010 1-3 质量份、硫磺 2-3 质量份和促进剂CZ0.5-1 质量份。
2.如权利要求 1 所述的一种高填充橡胶混炼胶与金属的粘接方法，
步骤（1）中所述的金属包括铝合金、钛合金、不锈钢、灰铸铁和球墨铸铁；步骤（1）中所述的金属表面粗化、脱脂处理方式包括机械打磨、喷砂处理和化
学处理；
所述化学处理具体包括碱洗和酸洗；
步骤（2）中所述的热硫化胶粘剂，根据使用环境需求，包括一种型号单涂、两种型号分别进行底涂和面涂两种方式；
步骤（2）中所述的热硫化胶粘剂包括美国开姆洛克系列、英国西邦系列和国产
IN-501。
3.如权利要求 1-2任意一项所述的一种高填充橡胶混炼胶与金属的粘接方法，步骤（1）中金属表面采用喷砂处理以增加接触面积。
4.如权利要求 1 所述的一种高填充橡胶混炼胶与金属的粘接方法，
步骤（3）中所述的高填充橡胶混炼胶的配方为：天然橡胶80质量份、丁苯橡胶（SBR）
20 质量份、硬脂酸 2 质量份、氧化锌 8 质量份、N330 炭黑 60 质量份、白炭黑 15质量
份、防老剂 4010 2 质量份、硫磺 2.5 质量份和促进剂CZ 0.8 质量份；
其中，配合剂中除硫磺与促进剂外，橡胶聚合物与其他配合剂在常规密炼机中进行，然后在开炼设备上制备最终的混炼胶。
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