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骨架表面處理對(duì)金屬橡膠制品性能的影響

日期:2024-08-30 10:37
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摘要:

骨架表面處理對(duì)金屬橡膠制品性能的影響


 
   

   在汽車(chē)工業(yè)中,橡膠與金屬的粘合是很普遍的,骨架油封、發(fā)動(dòng)機(jī)及變速箱支承、擺壁襯套、車(chē)身支撐等都是典型的金屬——橡膠結(jié)構(gòu)。金屬和橡膠的結(jié)合強(qiáng)度對(duì)產(chǎn)品的性能有著至關(guān)重要的影響。金屬橡膠件的壽命很大程度上取決于兩種材料的粘接質(zhì)量。粘接技術(shù)因此成為許多工廠的研究課題。

   眾所周知,增大粘接面的表面積及靜電吸附力、提高粘接材料之間的化學(xué)作用力是獲得高粘接強(qiáng)度的關(guān)鍵。本文通過(guò)對(duì)金屬粘合表面不同處理工藝的試驗(yàn),得出了操作方便、經(jīng)濟(jì)性好、粘接性能優(yōu)異的骨架表面處理方法。

    一、實(shí)驗(yàn)

    1.主要材料

    CHEMLOK252上海洛德公司產(chǎn)品;CHEMLOK205上海洛德公司產(chǎn)品;10#鋼;20目石英砂;天然膠SCR5海南天然膠聯(lián)合產(chǎn)業(yè)集團(tuán);丁腈膠N41蘭州化學(xué)工業(yè)公司。

    2.設(shè)備

   普壓干噴砂機(jī)(空氣壓力>0.6MPa);磷化處理線;400×400電熱平板硫化機(jī);0-200℃老化箱;0-2500N電子拉機(jī)。

    3.粘接橡膠基本配方

    天然膠SCR5100;硬脂酸1;氧化鋅(間接法)5;防老劑3;防護(hù)蠟4;軟化劑10;炭黑70;硫黃2;促進(jìn)劑1.5。

    丁腈膠N4110;硬脂酸1;氧化鋅(間接法)5;防老劑3;聚酯增塑劑10;炭黑60;DCP 1.5;硫黃0.5;促進(jìn)劑1.5。

   粘合劑:①單涂氧化鋅(間接法);②底涂CHEM-LOK 205,面涂CHEMLOK 252。

    4.粘接橡膠的常規(guī)機(jī)械性能

   天然膠邵爾A型硬度65度,拉伸強(qiáng)度22MPa,拉斷伸長(zhǎng)率450%。

   丁腈膠邵爾A型硬度70度,拉伸強(qiáng)度24MPa,拉斷伸長(zhǎng)率340%。

    5.試樣制備

   ①在K360×160開(kāi)放式煉膠機(jī)上將配方物料混合均勻;②試塊表面處理;③在400×400電熱平板硫化機(jī)上壓制試樣;④試樣制備工藝。

   NR硫化工藝條件為155℃×6min。

   NBR硫化工藝條件為160℃×6min。

    6.測(cè)試

    按GB/T13936標(biāo)準(zhǔn)對(duì)已硫化的試樣進(jìn)行測(cè)試。

    二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

   骨架不同表面處理方法下的粘結(jié)強(qiáng)度見(jiàn)表1,骨架不同后處理工藝下的粘結(jié)強(qiáng)度見(jiàn)表2,雙涂層粘合體系下不同骨架表面處理方法的粘結(jié)強(qiáng)度見(jiàn)表3,粘合劑涂層厚度對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響見(jiàn)表4。

    表1  骨架不同表面處理方法下的粘結(jié)強(qiáng)度

膠種

粘合劑

前處理

表面處理方法

后處理

粘接強(qiáng)度

破壞方式

NR

CHEMLOK 252

溶劑去油

未處理

70℃-80℃烘干

幾乎未粘

 

噴砂(機(jī)械)

 

4.9MPa

混合破壞

磷化(化學(xué))

 

3.5MPa

粘合層破壞

噴砂+磷化(機(jī)械+化學(xué))

 

6.0MPa

內(nèi)聚破壞

NBR

CHEMLOK 252

溶劑去油

未處理

70℃-80℃烘干

幾乎未粘

 

噴砂(機(jī)械)

 

4.3MPa

混合破壞

磷化(化學(xué))

 

4MPa

粘合層破壞

噴砂+磷化(機(jī)械+化學(xué))

 

5.3MPa

混合破壞

    表2  骨架不同后處理工藝下的粘結(jié)強(qiáng)度

腔種

粘合劑

前處理

表面處理方法

后處理

粘接強(qiáng)度

破壞方式

NR

CHEMLOK 252

溶劑去油

噴砂+磷化

室溫涼干

4.9MPa

混合破壞

室溫涼干,停放12小時(shí)

3.5MPa

粘合層破壞

70℃-80℃,烘20min

6.0MPa

內(nèi)聚破壞

    表3  雙涂層粘合體系下不同骨架表面處理方法的粘結(jié)強(qiáng)度

膠種

粘合劑

前處理

表面處理方法

后處理

粘接強(qiáng)度

破壞方式

NR

底涂CHEMLOK205

溶劑去油

噴砂

70℃-80℃ 烘20min

6.5MPa

混合破壞

面涂CHEMLOK252

 

磷化

 

5.5MPa

粘合層破壞

 

噴砂+磷化

 

8.3MPa

內(nèi)聚破壞

    表4  粘合劑涂層厚度對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響

膠種

粘合劑

前處理

表面處理方法

涂層厚度

后處理

粘接強(qiáng)度

破壞方式

NR

單涂CHEMLOK252

溶劑去油

噴砂+磷化

<10μm

70℃-80℃ 烘20min

3.6Mh

粘合層破壞

12-20μm

 

6.0MPa

內(nèi)聚破壞

>20μm

 

4.5MPa

粘合層破壞

底涂CHEMLOK205

溶劑

去油

噴砂+磷化

<15μm70℃-80℃ 烘20min

5.0MPa

粘合層破壞

面涂CHEMLOK252

 

 

20-25μm

 

8.3MPa

內(nèi)聚破壞

 

 

>30μm

 

4.5MPa

粘合層破壞

    三、分析討論

   1.橡膠材料與金屬(或非金屬)的粘接,都要依賴(lài)于材料本身與骨架層之間形成一定的化學(xué)作用力或物理吸附力(包括機(jī)構(gòu)鑲嵌)。但是由于被粘接的兩種材料間結(jié)構(gòu)及極性相差較大,很難形成化學(xué)鍵,而且物理吸附力也很弱,如何增強(qiáng)被粘材料表面之間的親和力就顯得尤為重要。

   (1)從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,只是對(duì)金屬表面進(jìn)行去油處理而未進(jìn)行其它處理的試樣幾乎沒(méi)有粘接強(qiáng)度。去油后的骨架進(jìn)行磷化處理和噴砂處理的試樣都獲得了較高的粘接強(qiáng)度(見(jiàn)表1)。噴砂是通過(guò)高強(qiáng)度的砂粒對(duì)金屬表面形成了不規(guī)則的凹凸面,增大了粘接面積并形成了機(jī)械鑲嵌,增加了粘合表面的阻力及吸附力,從而達(dá)到提高粘接強(qiáng)度的作用。

   (2)與噴砂的物理作用不同,磷化是通過(guò)化學(xué)作用在金屬骨架表面形成一聯(lián)接骨架與橡膠的親合層(磷酸鋅鹽的絡(luò)合物),通過(guò)化學(xué)作用力來(lái)達(dá)到粘接的效果。

   (3)數(shù)據(jù)反應(yīng),噴砂后再磷化處理的骨架粘合效果*好,無(wú)論是理論還是實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明了單一的表面處理都有一定的局限性,機(jī)械噴砂與化學(xué)處理相結(jié)合才能達(dá)到*佳的粘合效果。

   2.粘合劑涂好后進(jìn)行后處理,對(duì)于提高粘結(jié)強(qiáng)度大有好處。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),涂粘合劑后稍做停放即壓制試樣,不但粘結(jié)強(qiáng)度不理想,同時(shí)有局部脫粘現(xiàn)象,但如果停放一段時(shí)間(12h),粘合效果明顯改善,但是試樣斷層不均勻,有的地方粘接良好,局部地方幾乎未粘,甚至有些部位發(fā)脆。主要原因是試樣成型時(shí),粘合劑受熱后在橡膠層的擠壓下流動(dòng)而導(dǎo)致涂層不均勻;另外,粘合劑中的溶劑沒(méi)有完全揮發(fā),也有可能使產(chǎn)品在硫化過(guò)程中產(chǎn)生氣泡而脫層。在實(shí)驗(yàn)中,對(duì)涂粘合劑的骨架在70℃-80℃溫度下熱處理20分鐘,使粘合劑涂層輕微交聯(lián),粘合強(qiáng)度及效果達(dá)到*佳狀態(tài),且質(zhì)量穩(wěn)定。

   3.除了表面處理與后處理,涂層的厚度與均勻度對(duì)粘合強(qiáng)度也有較大的影響,涂層太薄,粘合不能完全分散于骨架表面,且親合力不夠,無(wú)法提供足夠的粘接強(qiáng)度。涂層過(guò)厚,過(guò)多的粘合劑易堆積在一起,難以分散均勻,容易產(chǎn)生氣泡,脫層現(xiàn)象,同時(shí)粘合劑過(guò)多時(shí),粘接層易發(fā)脆,從而導(dǎo)致粘接強(qiáng)度下降。

    四、結(jié)論

   1.橡膠與骨架材料的粘接,尤其是懸置、襯套、支承等件,骨架表面處理極為重要,*好的粘結(jié)效果是:噴砂+磷化處理并輔以溶劑去油處理。

   2.對(duì)于不與空氣接觸的骨架(全包)材料,可以在溶劑處理后噴砂處理,但強(qiáng)度要稍差一些。

   3.骨架表面涂粘合劑后一定要進(jìn)行后處理,較為理想的工藝是在80℃左右溫度下烘干15-20分鐘。

   4.粘合劑的涂層厚度一定要控制,使用單涂層粘合時(shí),涂層厚度以15-20μm為宜;使用雙涂層粘合時(shí),每層厚度以10-12μm,總厚度為20-25μm為宜。

   5.采用雙涂層粘合工藝,更容易獲得好的粘合性能。

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