《橡胶和基材的粘接》PPT课件.ppt

橡胶和基材的粘接 CHEMLOK胶粘剂应用,LORD CHINA 2007.12,2,应 用 市 场,汽车和工业减震制品 密封件 橡胶内衬 胶辊和橡胶轮 轮胎 增强胶管和胶带 其他（电气、医用产品）,3,橡胶与金属粘接步骤,4,内容,第I部分 橡胶与基材粘结机理 第II部分 基材的准备 第III部分 胶粘剂的选择 第IV部分 胶粘剂应用技术 第V部分 常见粘接问题解决,5,第I部分 橡胶与基材粘结机理,6,双涂胶粘剂粘结机理,内部扩散,内部交联,吸附、内部扩散,吸附,（面涂）胶粘剂,底涂胶粘剂,弹性体,模量逐渐增加,7,单涂粘结机理,内部扩散,内部交联,吸附,胶粘剂,金属,弹性体,模量逐渐增加,8,物性及化学作用机理,Mechanical物性,Chemical化学,9,第 II 部分 基材的准备,10,基材种类,磁性金属：冷/热轧钢材，电镀钢材，热浸镀钢材 非磁性金属：不锈钢，铝，黄铜，钛，镁，锌等 粉末金属和各种合金 尼龙66，四氟乙烯和其他工程塑料 织物 木材，混凝土和其他,11,基材表面处理,表面处理可以分为：机械、化学处理 化学机械化学（即脱脂-喷砂-脱脂）为最佳处理方式 保护涂层 化学处理: +大批量处理，工件外观美观 -需环境通风，有化学废水排放 机械处理: +可处理大工件，无废水排放 - 基材变薄，表面有痕迹 处理的程度取决于粘接的要求,12,表面处理机械法,机械法 硬质基材，介质尺寸，速率（空气压力）和所要达到表面粗糙度的距离 介质类型：氧化铝、钢砂、石英砂等 其他方法：手工或机器打磨，砂轮片或研磨块 电晕，火焰处理，等离子处理 功能：去除无机物（焊接痕，污迹，铁锈等）和提供新鲜的表面改善胶粘剂的浸润性,13,一旦处理完应尽快涂覆胶粘剂以免表面再次被氧化 如果表面再次被氧化将引起胶粘剂与基材的粘接不良 停放时间（基材处理完后停放的时间）取决于基材的材质，工厂环境条件以及生产计划，最好在1-2小时内使用完 不锈钢/铝：喷沙介质使用氧化铝或玻璃珠以避免电化锈蚀 塑料：用玻璃微珠或氧化铝（低压）喷砂，注意内部形状的变化,14,介质的类型,喷砂，有棱角“刀削状”棱角砂。形成不规则的山峰、谷形的表面 G25 80硬度的砂优选的，产生 1-3mil的表层,抛丸，形成环状微坑的表面 较小的比表面积增加，存在潜在的表面污染,15,典型的喷砂设备,16,表面处理化学法,脱脂 酮、苯类，酒精或氯化溶剂 水溶液（碱）， 5%氢氧化钠水溶液 功能：通过喷淋或浸泡，清除或溶解有机污染物（如油脂等）,17,防锈/保护涂层 磷化：磷化层应为微晶态结构。钙改性磷酸锌磷化膜重量控制在150 - 400 mg/sq. ft. , 磷酸铁磷化膜重量可控制在20 - 80 mg/sq. ft. 铝质基材可进行阳极化处理（优选不封端的）或铬化处理 环氧涂层(E-coat): 可涂与磷化层外，重量控制在400 1200 mg/sq. ft 使用LORD MetalJacket , 是对磷化和E-coat有非常竞争力产品。 镀锌：用重铬酸盐镀锌（优选草绿色钝化），避免澄清色和金黄色 功能：延长工件的停放/防腐时间 需确认涂层无缺陷和有利于粘接，如涂层涂覆或粘结有问题，需除去后再与原基材层粘接,18,脱脂清洗设备,蒸汽脱脂机，由于环保原因而被有限度的运用,碱洗机大量替代蒸汽脱脂,19,磷化处理,脱脂/除锈 清洗 表面调整 磷化 清洗 沸水洗 烘干,磷化磷化膜呈微晶结构(图示)，而不应呈巨晶结构,20,典型的磷化表面处理线,21,第III部分 胶粘剂的选择,22,胶粘剂定义,一种聚合物涂层，由高聚物，颜料，填料，交联剂组成并混合在溶剂体系内。 底涂胶粘剂和基材粘结，并和面涂胶粘剂粘结，具有防腐蚀作用 面涂胶粘剂和底涂粘结，并和橡胶粘结。 单涂胶粘剂同时具有底涂和面涂的两种功能。,23,Chemlok 胶粘剂的选择,溶剂型胶粘剂 200900系列；Y和AP 系列； Ty-Ply EPCA (环保型胶粘剂）溶剂型，低铅含量 6000系列 水基型胶粘剂，低HAP/VOC 8000系列 200 产品特殊要求,24,胶粘剂活化反应,大部分胶粘剂体系的交联剂活化温度在125-140左右。 大部分胶粘剂的交联速度快于橡胶。 硫化温度（模温）推荐为：145185。,25,Chemlok 胶粘剂的选择,26,Chemlok 胶粘剂的选择,27,Chemlok 胶粘剂的选择,28,Chemlok 胶粘剂的选择,29,Chemlok 胶粘剂的选择,30,Chemlok 胶粘剂的选择,31,Chemlok 胶粘剂的选择,32,Chemlok 胶粘剂的选择,33,Chemlok 胶粘剂的选择,34,第IV部分 胶粘剂的应用技术,35,胶粘剂安全操作,溶剂体系的胶粘剂是易燃的危险品 放置区域应有很好的通风 操作工应有适当的服装和安全防护，参照MSDS指南 使用正确的接地方式来消除胶粘剂在转移和搅拌期间产生的火花。 胶粘剂存放应有合适的环境，以确保胶粘剂的在储存期内的性能。不在使用的胶粘剂应有好的密封。 尽量避免阳光直射，推荐的环境温度是 1032 ，37 以上的温度应避免。,36,胶粘剂的搅拌,搅拌前，首先拿工具将桶底和桶壁的固体刮起，溶入胶粘剂中。必须避免产生静电火花。 应使用防爆的搅拌设备，推荐2060rpm的转速，可以防止过大剪切和气泡，同时确保所有固体成分均匀分散在溶剂体系中。 用于粘度控制的常用仪器：如Zahn 杯14，或NK-2岩田杯。,37,典型的搅拌,38,39,胶粘剂的稀释,选用正确的胶粘剂，参照产品说明书。错误的胶粘剂会导致工艺和粘结问题。 添加稀释剂时，应缓慢加入，以避免产生凝胶或分相等现象。 用Zahn或IWATA测量粘度，确定合适范围用于过程控制。 胶粘剂稀释会影响操作的工艺性和膜厚的均匀性。,40,胶粘剂的干膜厚度,推荐的胶粘剂干膜的厚度 底涂 5 - 10 m 面涂 15 - 25 m 单涂 18 - 30 m 后硫化粘结 25 - 40 m 不同的胶粘剂可以参照产品说明书 硅烷类的胶粘剂的膜厚应薄一些，一般小于1.2 m 一张A4纸的厚度约为75-100 m,41,常用的胶粘剂干膜厚度测量仪,42,胶粘剂应用类型,涂刷 浇涂 滚涂和滚筒转移 手工和自动浸涂，浸涂/旋转 手工和自动喷涂，翻滚喷涂 其他,43,涂刷应用,适用于很小的零件和特殊的应用区域 制造费用低但涂刷质量较差，均匀一致性差。 选择合适的刷子 建议使用天然毛的刷子；水基型胶粘剂用发泡型的工具。,44,浸涂应用,浸涂适合于工件表面全部需胶粘剂的情况，但浸涂后零件表面涂层厚度从上至下会有梯度。 手工或自动浸涂生产线，使用输送系统，均有高的输出量，生产效率高，一般输送的线速度是60180厘米/分钟。 从胶粘剂溶液中提出的速度应缓慢些，一般可控制在100厘米/ 分钟。 确保槽内液体在连续搅拌，搅拌片呈浆状；槽内液体通过隔膜泵和50目过滤器进行回流。 用Zahn氏杯监控胶粘剂的粘度，必要时添加溶剂；在不使用生产线时，必须用盖密封槽子。,45,胶粘剂,溢流,隔膜泵,8,50 目过滤器,搅拌器,零件行径,46,自动浸涂生产线,47,喷涂应用,较高生产效率，并能得到均匀的膜厚。 工件经过预热，可以挥发过多的水分等，以改善工件表面的浸润性。 转换效率较差，1050%,依据产品的结构和设备。 推荐使用50目的过滤器。 喷涂用的压缩空气必须经过油水分离。 推荐使用的喷枪：HVLP （高雾化低压力）型喷枪，如BINKS;岩田等,48,喷涂应用 喷涂方式,手工和自动喷涂 两种供胶方式：虹吸杯和压力供给 加热喷涂和静电喷涂 不推荐使用无气喷涂,49,喷涂应用 虹吸方式,优点: 低成本和维护简单 胶粘剂更换方便 含30-60 psi 油水分离器 缺点: 操作工需把握胶粘剂的重量 容器体积有限 喷涂位置受限制,50,喷涂应用 压力方式,优点: 可以任何位置喷涂 气压控制在30-60 psi,(2-4kg) 流体压力控制在 6-15 psi(0.5-0.7kg) 很少频次添加胶粘剂 容器内可保持连续搅拌 缺点: 比虹吸消耗更多的气体 比虹吸的成本高,51,喷涂应用 稀释,一定量的溶剂稀释，喷涂时可以产生较好的雾化效果。 推荐Zahn氏杯测量溶剂型胶粘剂的粘度 底涂，Zahn 2# 粘度1923秒; 酮类溶剂，以3/1或4/1的体积比混合 面涂，Zahn 2#粘度2428秒 ；芳香类溶剂，以3/1或2/1的体积混合,水基型胶粘剂使用液体比重计: 1.00 1.200 g/ml, 去离子水或蒸馏水,52,喷涂应用 喷涂技巧,不正确 正 确,53,喷涂应用 自动喷涂,自动旋转式的喷涂设备，带有自动喷枪，和烘道；适合于中心对称的回转体，如，内外管子 自动化程度高，生产效率高。 投资估计大于100K$,根据设计及不同的制造商。,54,喷涂应用 自动喷涂设备,55,喷涂应用 喷枪的安装,56,喷涂应用 常用的自动喷涂线示意图,喷面涂,喷底涂,装/取零件,烘道,57,翻滚式喷涂,适用于大批量的零件，零件所有表面均需要有胶粘剂。 自动循环时间取决于翻滚速度，喷射时间，干燥时间和温度。 胶粘剂可以有较高稀释量。 均匀一致的干膜厚度。 停工期间，需清洗圆筒。,58,翻滚式喷涂 生产单元示意,1. 热空气干燥零件 2 控制面板 3 获得外部空气 4 喷涂排气系统 5 压力罐的喷涂系统,59,翻滚式喷涂 生产设备,60,胶粘剂干燥,对于涂有胶粘剂的零件，一般采用室温干燥3060分钟，然后才可硫化。 干燥时间取决于温度，湿度，工厂其他条件，季节的变化等。 干燥不够，会导致气泡，粘结失败等现象。解决方法：延长干燥时间或6080 下进行干燥。 加热源必须是防爆的，不推荐使用红外的设备。,61,胶粘剂的清除,未硫化和湿的胶粘剂，可以采用产品中列出的溶剂。 硫化后的胶粘剂，采用腐蚀性的液体或酸。 清洁用的器具应是铜制或不产生火花的工具 过多的加热，胶粘剂会自燃， 112 .,62,已涂零件的操作,对于湿的零件，不能用手套去接触，以防胶粘剂被污染或误擦。 手套必须是干净的。 已涂零件应在推荐的规定时间内，进行硫化。,63,已涂零件的操作推荐的停放时间,64,已涂零件的存放,避免把已涂零件直接发在地上，应发在容器内，或袋中，或纸板上等 存放在室温，低湿度，低紫外线的地方。 用塑料盖，布，或纸盖起来，保护胶粘剂表面。,65,硫化 方式,填料模压；转移模压；注射模压 烘箱/烘道硫化；挤出，硫化罐硫化，化学硫化 后硫化粘结 （在模具中硫化不可行时）,66,硫化,需用温度计测量模具的温度。 过多的脱模剂会导致粘结失败；尽量避免使用硅烷类脱模剂。 过长的预热时间（装骨架时间过长），胶粘剂会活化，导致粘结失败。建议使用装模器。 型腔内未充满，局部溢料严重，压力过低，会导致粘结失败。 脱模取产品，修剪，厚道处理时应注意避免粘结失败。,67,胶粘剂应用总结,所有的过程如链子一般被穿在一起，每一环节都必须完好，否则都会导致应用失败。成功的粘结取决于所有的过程。 制定/控制过程的目标 低的废品率 过程控制,68,第V部分 试验和问题解决,69,ASTM International,ASTM是美国对于测试及材料的标准 网址: ASTM D429B, 方法AH用于金属和橡胶的粘结试验。ASTM已经成为定义粘结失效模式，实验室及产品测试，新产品开发的标准 所有的测试数据应记录拉伸强度和覆胶率,70,ASTM D429 测试,METHOD A : 扯离 METHOD B: 剥离 METHOD C: 锥形扯离 METHOD D: 后硫化粘结测试 METHOD E: 橡胶内衬测试 METHOD F: 弧面扯离 METHOD G: 双剪切测试 METHOD H: 四面剪切测试,71,ASTM D429 方法A的标准件图纸,72,ASTM D429 Method A 扯离试验,模压成型 薄橡胶面 底胶与金属间产生高的拉伸应力 不一致的拉伸值,73,ASTM方法B标准件图纸剥离,74,ASTM D429 Method B (剥离),45 or 90剥离，拉伸速度5CM或50CM每分钟，由于剪切角的原因， 45剥离为首选 常规及耐环境测试 很大程度取决于橡胶的撕裂和拉伸强度 相对于其他测试方法辨别力低 便宜，方便涂胶和成型，快速反馈结果 模压，转移模，注塑成型 广泛用于新产品开发和客户胶粘剂选型,75,ASTM方法C标准件图纸,76,ASTM429 Method C (锥形扯离试验),剪切/拉伸的结合 标准件昂贵 耗时久，表面处理及涂胶困难 对于顶端的底涂胶粘剂有良好的测试 只用转移模成型 由于费用及时间限制其使用,77,A,A 12.5 mm 0.5 in B 40.5 mm 1.596 in,ASTM方法D标准件图纸,78,后硫化粘接试验,79,ASTM D429 Method D (后硫化粘结),使用压缩变形放置橡胶 拉伸测试 需要固定夹套（10压缩率）来得到粘结压力 为方便装配可在胶粘剂和橡胶间使用专用装配油润滑 对于硫化橡胶与胶粘剂是极好的，便宜的测试,80,ASTM429 Method E (衬胶试验方法),81,ASTM方法F标准件图纸,82,ASTM429 Method F 弧面扯离试验方法,83,拉力测试中的Buffer,84,ASTM D429 Method F (弧面扯离),便宜的拉伸实验 在测试中表面的弧度给边缘的底涂胶粘剂以高的剪切力 良好的常规或耐环境性测试 零件可以在耐疲劳实验中循环使用（如：3Hz，30%延长率100万次疲劳实验） 转移模或注塑模成型 对于汽车应用零件是优选的测试方法,85,ASTM429 Method G (双剪切),86,ASTM D429 Method H (四面剪切),87,环境试验,135角2kg负载沸水实验(2小时+) 盐雾试验（ASTM B177) - 35C,5%盐，雾密度(1-2毫升/小时/80平方厘米)，持续时间(72-1000小时)，加载2kg负载，粘结边缘划开， 强化1000Hr 相当于正常使用10年。 耐液体浸泡测试(不同溶剂，汽油，乙二醇，制动液，润滑油，油脂，酸，碱)，浸泡温度(-34C-204C+),88,常见粘接问题的解决,89,ASTM D429定义的粘结失效模式,Primer 底涂胶粘剂,Adhesive 面涂胶粘剂,Rubber 橡胶,Metal/Substrate 金属/基材,R=橡胶 最终目标是橡胶破坏,RC=橡胶与面胶,CP=面胶与底胶,CM=底胶与金属,COH=内聚破坏,90,CM失效模式,CM或M的定义 底涂或单涂胶粘剂与基材界面的粘结失效 在工业中占25失效比例 典型的失效因