橡胶和基材的粘合.ppt

1、橡胶和基材的粘接 CHEMLOK胶粘剂应用,上海洛德化学有限公司 2006.02,2,应 用 市 场,汽车和工业减震制品 汽车密封条，植绒，成型玻璃 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,内容,第 I 部分 基材的准备 第II部分 胶粘剂的选择 第III部分 胶粘剂应用技术 第IV部分 试验和问题解决,4,5,CHEMLOK粘接机理,橡胶,胶粘剂/面涂,底涂,金属,交联架桥,交联架桥,模量,橡胶,胶粘剂/面涂,底胶,相互扩散,吸附和/或相互扩散,内部交联,吸附,6,7,第 I 部分 基材的准备,8,磁性金属：冷热轧钢材，电镀钢材，热浸镀钢材 非磁性金

2、属：不锈钢，铝，黄铜，钛，镁，铅。 粉末烧结的金属和各种合金。 塑料材料：尼龙，聚四氟乙烯，聚甲醛等。 橡胶（主要是通用橡胶） 纤维：尼龙，聚酯等， 玻璃，木材，混凝土等。,基材的种类,9,基材的表面处理,脱脂机械处理清洗 脱脂化学处理 脱脂机械处理清洗化学处理,10,脱脂方法,碱液脱脂 溶剂脱脂 浸渍 清洗 蒸汽 超声脱脂,11,碱液脱脂,常用碱液主要成份及特点 碱液成份 皂化作用 乳化分散作用 特点 氢氧化钠 大 小 不适用矿物油 碳酸钠 小 中 硅酸钠 大 中 磷酸钠 大 中 效果最佳,12,碱液脱脂,典型钢铁除油碱液配方： 氢氧化钠 3050g/l 碳酸钠 2030 硅酸钠 1015

3、磷酸钠 5070 温度：80100、时间：2040分钟,13,溶剂脱脂,常用溶剂： 120汽油、醋酸乙酯、苯、甲苯、酒精、 四氯乙烯、1、1、1三氯乙烷、丙酮等 工作件污染严重，需二次清洗；甚至采用蒸汽脱脂。,14,蒸汽脱脂,溶剂 1、1、1三氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯 金属件不可浸入溶剂，也不可高于冷凝区，相互间不接触。 金属件温度达到溶剂沸点，脱脂结束。 溶剂PH值保持在7.07.5之间。 溶剂含油达25时应更新。,15,机械处理,抛丸或喷砂 材料：钢珠，菱角砂，石英砂，金刚玉等，目数40G， 喷砂或抛丸后的零件需清洗。 常用的设备,16,磷化处理,脱脂/除锈 清洗 表面调整 磷化 清洗沸

4、水洗烘干,磷化磷化膜厚度3.5g/m2， 磷化膜呈微晶结构， 而不应呈巨晶结构,17,磷化处理,典型的磷化生产线,18,铝件的铬化处理,脱脂 在6570，浸于下述溶液中浸10分钟 水 450ml H2SO4（1.84） 80ml Na2Cr2O7 15g 水洗，干燥，立即涂胶。,19,铝件的阳极化处理,阳极化后能在铝件表面形成氧化膜，具有提高铝的防腐性能和和橡胶的粘合性能。 在处理前，必须确保铝材的表面的干净; 处理后的工件必须确保膜厚,20,不锈钢化学处理方法一,蒸汽脱脂 在下述溶液中50浸渍15分钟 浓硫酸（S.P. 1.84） 1000ml 饱和Na2Cr2O7 溶液 35ml 冷水洗，

5、开水洗，干燥。 *30分钟内涂胶,21,不锈钢化学处理方法二,90碱洗脱脂10分钟 水洗 在下述溶液中65浸渍10分钟 草酸 10 重量份 硫酸 10 重量份 水 80 重量份 水冲洗，干燥。 *30分钟内涂胶,22,黄铜化学处理方法一,脱脂 室温，浸于下述溶液12分钟 FeCl3 （42浓度） 15 重量份 HNO3 （1.42） 30 重量份 水 197 重量份 彻底冲洗，尽快干燥，立即涂胶。,23,黄铜化学处理方法二,蒸汽脱脂 室温，浸于下述溶液12分钟 浓HCL 50 重量份 FeCl3 20 重量份 水 30 重量份 水洗，干燥，立即涂胶。,24,黄铜化学处理方法三,蒸汽脱脂 室温，

6、浸于下述溶液13分钟 过硫酸铵 25 重量份 水 75 重量份 水洗，干燥，立即涂胶。,25,PTFE表面处理,脱脂：丙酮或丁酮 在下述溶液（ 25 ）中浸渍13分钟 金属钠 23g 萘 128g 四氢呋喃（无水） 1 L （严格在无水条件下配制，隔绝空气保存） 丙酮或丁酮清洗，去离子水洗，干燥。,26,尼龙表面处理,脱脂：丙酮或丁酮 表面打磨：中号金刚砂纸或喷砂 再次脱脂：丙酮或丁酮,27,陶瓷表面处理(方法一),脱脂：丁酮 表面打磨：中号金刚砂纸或喷砂 再次脱脂：丁酮 干燥,28,陶瓷表面处理(方法二),脱脂：丁酮 在下述溶液（ 25 ）中浸渍1530分钟 饱和重铬酸钠 35ml 浓硫酸

7、1000ml 去离子水洗，干燥。,29,纤维织物表面处理,玻璃纤维 加热250300，表面呈淡黄色。 水洗，干燥后溶剂脱脂，最后在100 干燥2428小时。 1氢氧化钠溶液煮8分钟，水洗，在 140干燥4分钟。,30,其他非金属表面的处理,溶剂或洗涤剂溶液除去塑料上的脱模剂或蜡。 丙酮和甲醇是有效的溶剂。 适用溶剂前，应验查是否对某些高分子材料产生不良影响。 表面打磨：中号金刚砂纸。,31,问题？,32,第II部分 胶粘剂的选择,33,胶粘剂定义,一种薄的聚合物涂层，由高聚物，颜料，填料，交联剂组成并混合在溶剂体系内。 底涂 和基材粘结，防腐蚀，和面涂/胶粘剂粘结 面涂/胶粘剂 和底涂粘结，并

8、和橡胶粘结。 单涂 同时具有底涂和面涂的两种功能。,34,胶粘剂活化反应,大部分胶粘剂体系的交联剂活化温度在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：140195。,35,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,36,Chemlok 胶粘剂的选择,37,Chemlok 胶粘剂的选择,38,Chemlok 胶粘剂的选择,39,Chemlok 胶粘剂的选择,40,Chemlok 胶粘剂的选择

9、,41,Chemlok 胶粘剂的选择,42,Chemlok 胶粘剂的选择,43,Chemlok 胶粘剂的选择,44,Chemlok 胶粘剂的选择,45,Chemlok 胶粘剂的选择,46,Chemlok 胶粘剂的选择,47,Chemlok 胶粘剂的选择,48,Chemlok 胶粘剂的选择,49,EPCA和常规胶粘剂应用成本比较,50,EPCA和常规胶粘剂应用成本比较,51,问题？,52,第III部分 胶粘剂的应用技术,53,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

10、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 5090F (1032 C); 100 F(37 C)以上的温度应避免,54,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：Zahn 杯14号,55,典型的搅拌,56,57,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

11、慢加入，以避免产生凝胶或分相等现象。 用Zahn氏杯测量粘度，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。,58,胶粘剂的干膜厚度,推荐的胶粘剂干膜的厚度 底涂 510 面涂 1225 单涂 18 30 后硫化粘结 25 40 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 ,59,常用的胶粘剂干膜厚度测量仪,60,胶粘剂应用类型,涂刷 浇涂 滚涂和逆转辊涂 手工和自动浸涂，浸涂/旋转 手工和自动喷涂，翻滚喷涂 其他,61,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

12、毛的刷子；水基型胶粘剂用发泡型的工具。,62,滚涂应用,3/8的绒毛，马海毛型的，适合于大面积的产品，油罐衬里，板材 胶粘剂不使用时，将胶粘剂罐需盖好。尽量减少溶剂挥发。,63,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

13、密封槽子。,64,胶粘剂,溢流,隔膜泵,8,50 目过滤器,搅拌器,零件行径,65,自动浸涂生产线,66,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 高流量低压力，如BINKS;岩田等,67,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,68,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 30-60 psi 油水分离器

14、 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,69,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 and 液体压力控制在 6-15 psi 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,70,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

15、g/ml, 去离子水或蒸馏水,71,喷涂应用 喷涂技巧,不正确 正 确,72,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。,73,喷涂应用 自动喷涂设备,74,喷涂应用 喷枪的安装,75,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,76,喷涂应用 热喷,优点 改进DFT 改善雾化效果 减少溶剂的使用 喷涂后的零件干燥快 缺点 需额外的设备维护保养 对电的要求较高 特定的胶粘剂,77,浸涂/旋转式应用,对零件的要求：大批量的；零件外形结构不

16、是巢式；所有外表面均需有胶粘剂。 自动循环：浸入胶粘剂，以一定转速和时间旋转，后倒出烘干。 好的设备可以确保均匀一致的干膜厚度。 好的转换效率 75%,78,浸涂/旋转式应用 过程示意图,79,浸涂/旋转式应用 生产单元图,80,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。,81,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,82,翻滚式喷涂 生产设备,83,其他应用方法,逆转辊涂法：使

17、用多辊进行胶粘剂转移，适用于薄和宽的片材。 浇涂：适用于管材内表面，提起管子旋转，然后灌注入胶粘剂。 帘式淋涂 等,84,逆转辊涂,85,胶粘剂干燥,对于涂有胶粘剂的零件，一般采用干燥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6080C下进行干燥。 加热源必须是防爆的，红外的设备不推荐使用。,86,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， 112C.,87,已涂零

18、件的操作,对于湿的零件，不能用手套取接触，以防胶粘剂被污染或除去。 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。,88,已涂零件的操作推荐的停放时间,89,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。,90,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）,91,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

19、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。,92,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,93,问题？,94,第IV部分 试验和问题解决,95,ASTM 试 验,美国试验和材料协会 （ASTM） ASTM D429B, 方法AH用于金属和橡胶的粘结试验。 网址：,96,方法 A (扯离）,97,方法 B （剥离）,Lord的试验方法将其修改成45度剥

20、离，拉伸速度50mm/min,98,方法 C （圆锥形）,99,方法 D （PV 粘结）,100,方法 E （橡胶衬里）,101,方法 F （冲击）,102,方法 G （双剪切）,103,方法 H,104,试验类型,生产零件的主要粘结： 压缩, 拉伸, 剪切, 剥离, 扭转, 循环疲劳等。 粘结试验按如下方式报告: % 附胶情况 破坏值 试验用骨架和部件必须牢固,105,环境试验,2kg预载，沸水试验（2小时以上） 盐雾试验（ASTM B177) - 温度 (35C), 5% 盐水, 盐雾浓度 (1-2ml/hr./80 sq. cm), 时间 (72-1000 hrs.), 强化1000Hr

21、 相当于正常使用10年。 液体浸泡试验 (汽油，乙二醇，刹车油，机油，变速箱油等） 浸泡温度 -30F 400F(-30C205C).,106,问题？,107,常见问题的解决,108,粘结失败的类型 （按ASTM D429B）,底涂,胶粘剂（面涂）,弹性体,金属/基材,CM,R破坏 最终的目标!,CP,RC,109,胶粘剂和金属粘结,称为 CM 破坏 在金属或其他基材界面的底涂或胶粘剂失效 30的失效可能,底涂,胶粘剂,弹性体,金属/基材,胶粘剂,弹性体,金属/基材,CM,CM,110,胶粘剂和金属粘结: 机械方法,检查过程变差, 喷砂介质的型号和尺寸，循环次数，设备 使用比被喷金属更硬的介质

22、 用黑色或透明带来测试. 检查介质的筛余物, 清洗或空气吹粘结表面.,不彻底的打磨和喷砂 过硬的金属 喷砂的残余物留在粘结表面,111,胶粘剂和金属粘结: 机械方法,喷砂后，长的停放期导致表面氧化 在喷砂时或前或后，被油，污垢等污染 对于金属或基材，胶粘剂不合适,减少停放期, 重新喷砂 清洗和重新喷砂粘结表面, 使用新的介质和设备清洗。 选择其他的胶粘剂,112,胶粘剂和金属粘结: 化学方法,过多的脏物，热处理或焊接产生的污垢 不正确的涂层或电镀工艺: 不一致性或涂层的失效或厚薄,酸洗，喷砂再清洗和干燥 参考涂层供应商合适的产品和过程指导,113,胶粘剂和金属粘结: 胶粘剂,过期的胶粘剂 底涂

23、或胶粘剂不正确的工艺: 混合 稀释 污染 干喷 干燥 不均匀或低的膜厚,使用新的粘合剂 参考产品和过程指导,114,粘合剂和金属粘结: 硫化,硫化中胶粘剂欠硫, 尤其注意大质量的金属和薄层橡胶的硫化粘合 金属表面的胶粘剂被冲刷或擦去,评审硫化时间并调整, 根据产品，进行预固化200F (93）可能会有帮助。 改善金属零件的外形轮廓, 检查膜厚, 检查注料口位置, 减缓注料时间, 增加橡胶储料桶的温度, 更改产品,115,胶粘剂和金属粘结: 硫化,在硫化，修剪/去废边，后油漆或相关服务时，产生过多的粘结破坏应力,产品和过程评审,116,胶粘剂和底涂的粘结,称为 CP破坏 失效出现在胶粘剂和底涂之

24、间 10% 的失效可能,底涂,胶粘剂,弹性体,金属/基材,CP,117,胶粘剂和底涂的粘结: 胶粘剂,底涂表面被污染 不正确的干燥和预固化的底涂 不正确的底涂和胶粘剂的配合 增塑剂的迁移,重新准备, 重新喷涂 延长室温干燥时间 或 150 F（65）下 干燥10 分 参考产品推荐书 在250F（121）预烘底涂,118,胶粘剂内聚破坏,不是 ASTM 类型, 但是 失效出现在底涂或胶粘剂层内部 10% 的失效可能,底涂,胶粘剂,弹性体,金属/基材,COH,119,胶粘剂内聚破坏: 胶粘剂,底涂和胶粘剂太厚, 胶粘剂层内出现剪切破坏 不正确的底涂和胶粘剂工艺: 混合 稀释 干燥 干喷 硫化温度,重新调整膜厚, 重涂 参考产品和过程指导,120,橡胶和胶粘剂的粘结,称为 RC破坏 失效出现在橡胶和粘合剂之间 50%的失效可能,底涂,粘合剂,弹性体,金属/基材,R