橡胶与金属骨架粘合失效原因分析及解决方法探讨

介绍了橡胶与金属骨架粘合的各种失效原因

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橡胶与金属骨架粘合失效原因分析及解决方法探讨嗣伍华东随着现代化车辆的高速发展，车辆上使用的减上 )如氯、,溴分子，以共价键、子键的形式，离将金属

震器也日益受到人们的重视。车辆上普遍使用的橡胶一金属复合减震器，由于兼顾金属的高强度及橡胶的高弹性，也成为了减震器领域研究的热点。然而，由于橡胶与金属的表面结构、学性能有着根本力性的区别，使得橡胶与金属的粘合始终是橡胶减震器生产中的难点及重点。一

原子 (铁原子 )卤化橡胶结合，如与同时，在热硫化的作用下，粘剂与橡胶产生共交联，胶从而完成粘合过程。本文主要以此类胶粘剂为例，从橡胶一金属复合减震器的生产实际出发 .探讨粘合失效的原因及解决办法。

二、合失效的原因及解决办法粘本企业橡胶减震器生产工艺流程见图 1。 1金属骨架的处理 . ( )属骨架脱脂。 1金

、

橡胶与金属粘合的机理简述

所谓粘合是指两种相同或不同材料的表面通过

各种界面力而结合在一起的状态。对于橡胶与金属的粘合，理论的解释有热力学理论、附理论、其吸扩散理论、电理论、面化学理论等。各个理论均有静界其合理及不足之处。目前普遍认为，粘合过程一般分为两个阶段，一阶段是粘合物 (第即橡胶 )动、流扩散、润于金属表面；:浸第二阶段是橡胶与金属表面发

在生产过程中，金属骨架在仓存时往往表面附着大量的油脂，架本身也有锈蚀，两类污染物如骨这

不彻底清理干净，胶粘剂将无法在骨架表面充分结合、散、扩浸润，易形成金属骨架一胶粘剂之间的不有效粘接。 解决办法：规范金属骨架脱脂操作。金属骨架利用脱脂剂，有效脱除油脂。金属骨架在脱脂机内

生硫化反应及其他化学反应，通过各种化学键及界面力的作用，使得橡胶与金属粘合成一体。 目前，橡胶一金属复合减震器普遍使用的胶粘体系为胶粘剂法。广泛使用的胶粘剂如 ME U系 G M

必须合理放置，免形成脱脂死点，成骨架内部分避造油脂清除不干净；脂操作后，大量的清水清除残脱用余

的油脂及脱脂剂。薄型金属骨架可用酸洗一磷化法，型金属骨架用抛丸法 (厚喷砂法 )来清除骨架表面的锈蚀。无论采取哪种形式，均以完全清除掉骨

列，主要成分为酚醛树脂、其卤化橡胶，包含有粘还合增进剂、化剂、剂等。其实现热硫化粘接的机硫溶理为胶粘剂中的卤素分子 (卤化橡胶的分子链在

领用金属件卜—◆I脱脂 l-抛丸( 一 _I _磷化)

厶庄 I————{ . I成品检验图 1橡胶减震器生产工艺流程示意图

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架表面的锈蚀，使金属骨架有一个干净、清洁的表面，同时又不过多损伤金属骨架表面的结构为宜。 ( )属骨架过度抛丸。 2金 金属骨架在采用抛丸法 (喷砂法 ),时金属骨架表

在充分摩擦聚乙烯塑料袋后对粘合的影响。表 1聚乙烯塑料袋对金属骨架材料与橡胶粘合的影响

面也因钢丸的喷射受到破坏，在表面形成肉眼不可见的裂纹。些细小的裂纹对橡胶减震器的生产过程并这

没有影响，减震器在恶劣的工作环境下，但金属骨架表面裂纹的存在，会使其在垂直/转的拉力下迅速扩扭大，导致金属一金属分离，而造成重大事件。解决办法：注：所用胶料为天然胶；粘接性能试验按 A T D 2 9 8 ② S M 4 9 1 9标准。

①选用合适粒径的钢丸。钢丸粒径大，则其冲击力强，除锈速度快，也会使金属件表面形成很多但细小的裂纹，且会对金属件造成较大的变形，并这对随后的金属件校正带来很大麻烦。钢丸粒径过小，

从表 1以看出，聚乙烯塑料袋在充分摩擦胶可粘剂层后，对金属骨架与胶料的粘合影响是不可忽

视的。事实上聚乙烯塑料袋有着价廉、使用方便的优点，只要使用得当，与胶粘剂层过分的摩擦、不粘连，还是可以采用的。

对金属件表面除锈均匀，速度较慢，但同时其粉尘很大，容易被抽风机抽出。通过对比，们认为粒径很我在 06 1 m之间的钢丸效率最佳。 .~ m

() 5磷化层失效。 采用磷化法来处理金属骨架，在骨架表面形成可一

②根据金属骨架锈蚀的多少，合理制定抛丸时间。应使金属件表面的锈刚好除掉，而又不过多

损伤金属件表面为宜。部分金属件仍有大面积锈迹，若应单独将此金属件平置，静止抛丸 6￣ 0 s 0 10。 ( )粘剂涂刷、 3胶干燥过程中的问题。

层磷化膜，磷化膜的主要成分为铁、锌一磷酸盐晶时，化膜在高温下就会失去结晶水，磷导致膜层干燥、

体，磷化膜一般耐温不太高。在硫化温度超过 1 0C 5 c变脆，以至脱落，从而造成骨架一胶粘剂粘合失效。解决办法：

金属骨架在涂刷胶粘剂时，了提高工作效率，为往往在刚涂完底层胶粘剂不久，就开始涂刷面胶，造成底胶未达到干燥，使面胶融入底胶内，渗透至金属一底胶结合处。由于面胶与金属的粘合性较差， 极易导致多处粘合失效。解决办法：

①换用磷化液，采用能形成耐较高温度磷化膜的牌号。

②控制磷化温度与磷化液浓度，在磷化过程中形成以 H O2主的磷化膜，尽量避免形成 H P P 3为 - O一 与 P 3为主的磷化膜，是因为含 H O2比 H P 3 O3 -这 P3 - zO一 与 P 3形成的铁、 O3 -锌~磷酸盐晶体更致密的缘故。 2胶粘剂选型与橡胶品种、方的匹配 .配 ( )粘剂与橡胶品种的匹配。 1胶 常用的橡胶品种如 N R、 R为极性橡胶， R、 B C N

底胶充分干燥后，再涂刷面胶。一般来说，常用的胶粘剂如底胶 ME M10C E 0 2 5在常温 GU 0, H ML K 0,(0~ 0 ),燥 3~ 0 i,在烘箱 ( 0 2℃ 3℃下干 0 4rn或 a 4℃一

5c), 0C里干燥 1~ 0 i, 5 2 r n即可达到干燥效果。 a () 4金属骨架、粘剂受到}染。胶亏 ①铁骨架在抛丸后，面已露出金属原色，时表长

S R、 P M、I为非极性橡胶，般来说，性较高 B ED I R一极的橡胶易于与金属骨架粘合； R、B N S R分子链中含有大量双键，合也很容易；极性橡胶如 E D 粘非 P M、 IR由于活性低，子链中的双键少，与胶粘剂粘 I分难合。对此，了改进硫化体系外，除采用高活性的胶粘剂也是必不可少的。 ME U 0、 G M1 5 0如 G M7 4 ME U 4 5、

间暴露在空气中，在氧、分的作用下生锈，铁会水在骨架表面形成疏松的氧

化层。疏松的氧化层成为底胶在金属骨架表面充分结合、散的障碍。扩

②我们常用聚乙烯、聚丙烯塑料袋来装载涂刷胶粘剂的金属骨架。由于塑料袋与金属骨架表面的胶粘剂充分摩擦，给胶粘剂表面带来聚乙烯 (会聚丙烯 )分子和其他杂质。这些物质会阻碍胶粘剂与橡胶的交联， 从而造成粘合失效。表 1为待涂刷胶粘剂的金属骨架

C ML K 2 4 HE O 3 B等。对于 A M、 N R等特种橡 C H B胶，需使用特殊的胶粘剂。 2 3为常见 ME U 则表、 G M

系列与 C E O H ML K系列胶粘剂的型号及其适用的胶种。 () 2硫化体系的选择。

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3 4

王表 2常见 ME GUM牌号系列胶粘剂适用的胶种

第2 2卷第 2 0期

项目150 4 5 50 0 50 5 6 01 74 0 39 2 0—1 156 0 7 1 3 41 5 16 7 5 3

适用胶种应用方法

N S R、 B E D、 R、R、 S、 R R、B I R、P M I C C M NB R、 I面涂或单涂均可

F M P单涂

C NB VMQ硅胶 C N R、 M、 NB R、 R R、 B AC H R单涂单涂单涂

项目

适用胶种应用方法

NR、B B J’ I c C M、 B NR、B B C N R NR、R、 R、B VMQ、DM V V S R、R、=DM、I I、 S N R= I R、 S R、R、R、 B B c SR F MQ MQ、 P F M单涂单涂单涂面涂单涂单涂单涂

注： NR天然橡胶、B S R丁苯橡胶、 R顺丁橡胶、P B E DM三元乙丙橡胶、R异戊橡胶、I【 IR丁基橡胶硅橡胶、 P氟橡胶、 B丁腈橡胶、 M丙烯酸酯橡胶、NB FM N R AC H R氢化丁腈橡胶。

c R氯丁橡胶、S氯磺化聚乙烯、 MQ CM V

有的时候，即使正确选用了与胶种相适应的胶粘剂品种，仍然未能获得满意的粘合效果。这种情况

胶料配方主要成分。硫黄硫化体系：P M ED ( P 5 0, .,进剂 C .,进剂 T D 1 E 3 )1 0 S 1促 6 Z 05促 MT ,氧化锌 5硬脂酸 lHA 5;; F3。

在非极性橡胶的特种橡胶中尤为突出。此时，选用合适的硫化体系或换用

橡胶牌号就成为我们的必然选择。如 E D橡胶的粘合，采用普遍硫黄硫化体系 PM

过氧化物硫化体系： P M( P 5 0, 03 E D E 3 )1 0 S .,D P 4, C 氧化锌 5,脂酸 1 H F 3。硬， A 5

时，即使使用 ME U 4 5 G M15 0等高反应性的胶粘剂， 也存在粘合失效的问题。此时，可采用过氧化物硫化体系。d于反应形成的交联链为碳一碳键， j反应点大

() 3配合剂对粘合体系的影响。 有些配合剂对金属骨架~橡胶的粘合影响较大。在影响产品性能的情况下，对配合剂的种类、

大增加，粘合效果也随之大为改善。表 4为硫黄硫化体系与过氧化物硫化体系的粘合试验对比。表 4硫黄硫化体系与过氧化物硫化体系 的粘合试验对比

份量作出调整，可获得满意的粘合效果。就①古马龙可增加胶料的粘性，使胶料与胶粘剂

表层充分结合。适当使用 (多于 5份 )对增加粘不，合效果很好； ②在配方中使用白炭黑白炭黑粒子表面是一个反应活性很强的以硅烷醇结构为特征的酸性面， 水分吸附于白炭黑离子的活性面，将水分以液态水的形式固定下来，把水束缚并均匀分布于整个胶料

中，少了水在橡胶与胶粘剂之间的界面上富集，减阻注：接性能试验按 A T D 2 9 8标准测试粘 S M 4 9 1 9

止了水对粘合结构的破坏。因此，使用白炭黑对粘

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合是非常有利的；

需在模腔内取出约为产品成品 1 2%~%重量的胶料。 这两种做法均减少了胶料的膨胀而带来的应力，防止胶料在金属骨架表面的滑移。同时还必须增加排气次数，以利于胶料溢出。

⑧石蜡、芳烃油、烷烃油。由于这些填充剂容易喷出，在橡胶一胶粘剂界面富集，碍了橡胶一胶并阻粘剂的充分反应。因此，在满足使用要求的情况下，应尽量少用；

( )品硫化前装模时间过长。 3产 产生这个原因的因素有很多，如模具复杂，作操工的操作不熟练，胶料粘度太大、动困难或硫化速流度过快等。产品硫化时胶料尚未充满整个模腔的时候，胶粘剂已经开始起交联反应。胶粘剂与胶料不

⑧硫

黄对于极性橡胶而言，如 N S R等， R、B采用普遍硫黄硫化体系比采用半有效硫黄硫化体系、

有效硫黄硫化体系更有利于粘合；⑤对于促进剂的使用，自然以硫化诱导期较长、硫化平坦较宽，硫化速度较快的 C、 M、 O S为 ZD N B宜，实上，事由于胶粘剂如 ME U 0、 H ML K G M1 0 C E O一

能充分共交联，而造成粘合失效。从解决办法：

2 0的适应期比较长， 2只要保证有较快的装模速度， 胶料没有焦烧，就不会影响粘合质量。3模具与硫化 .

①提高操作工操作水平，加快装模速度； ②调整胶料配方，使硫化速度与胶料的粘度适当。一般而言，通用性的胶粘剂如 ME U 0、 G M10

( )具的分型面设置不当。 1模 如果模具设计从橡胶一金属骨架结合处溢胶，在分型面处不可避免的存在胶料流动的问题。在硫

C E 0 2 0等， H ML K 2只要在 3 i. a r n内装模完毕，就没有预交联的危险。

( )料放置时间过长造成的粘合失效 4胶胶料在出片后，露在空气中，方面在氧气暴一

化初期，胶尚未与胶粘剂形成充分的共交联，因橡便橡胶从分型面的流动，也就是橡胶一金属骨架结合处溢出，胶将在橡胶一胶粘剂处移动，响了橡胶橡影与胶粘剂的共交联。

的作用下，表层胶料与氧气发生化学反应而失去活性；一方面，料里的配合剂如硫黄、烃油、另胶芳石蜡等，会喷出胶料表面。在这些因素的综合作用就

解决办法：模具分型面不要设置在橡胶一金属骨架结合处，设在其他部位。应

下，粘剂与胶料不能充分反应，而造成粘合失胶从效。

( )料膨胀造成的粘合失效。 2胶 胶料在加热硫化时，由于胶料内部加热而形成热膨胀，同时发生的交联反应，生的应力造成了胶产

解决办法：料在出片后，胶最好在 8小时内就装

模硫化。时间过长，会产生粘合失效。就

料在金属骨架表面的滑移，阻止了胶料与胶粘剂的充分反应。这类膨胀在膨胀率大的胶种， E D 如 P M,表现得尤为突出。

四、语结本文对橡胶与金属的粘合失效的原因及解决办法提

出了一些观点。事实上粘合失效的原因还有很多，这里不能全部涉及，要在生产中不断实践并加需以总结，以提高技术水平。-+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+

解决办法：模压法，称料时只称取与产品成品质量相当的胶料进行模压；模注压法，移注胶完毕后，

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