一種新型硫化膠粘劑的應(yīng)用研究

胡文浩

摘要：對(duì)一種新型硫化膠粘劑開姆洛克6150進(jìn)行了紅外光譜表征分析以及相關(guān)的性能研究。研究表明，開姆洛克6150作為4J36鋼/氯丁橡膠體系、4J36鋼/丁腈橡膠體系、不銹鋼/氯醇橡膠體系、黃銅/丁基橡膠體系、聚四氟乙烯活化膜/丁基膠板體系的硫化膠粘劑，粘接強(qiáng)度接近傳統(tǒng)的開姆洛克250，且開姆洛克6150更加環(huán)保，為今后研究此類硫化膠粘劑提供了參考。

關(guān)鍵詞：開姆洛克250;開姆洛克6150;硫化粘接

0 引言

目前市面上的硫化膠粘劑多數(shù)以開姆洛克系列為主，其中開姆洛克250應(yīng)用最多，主要用于氯丁橡膠、丁腈橡膠等與金屬的粘接，已經(jīng)服務(wù)中國市場(chǎng)多年，但是開姆洛克250膠粘劑中含有大量的氯化溶劑，同時(shí)該產(chǎn)品中含有鉛鹽，對(duì)環(huán)境污染大，所以國內(nèi)已經(jīng)禁止廠家生產(chǎn)、使用。相較之下，開姆洛克6150作為丁基橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠、天然橡膠的硫化膠粘劑，不含鉛鹽，也不含氯化溶劑，且符合ROHS和REACH認(rèn)證要求，不受潮濕天氣的影響，貯存期長(zhǎng)，性質(zhì)比較穩(wěn)定。

本文針對(duì)開姆洛克6150作為環(huán)保型膠粘劑與開姆洛克250對(duì)橡膠與金屬的粘合性能進(jìn)行了對(duì)比研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1? ? 實(shí)驗(yàn)原材料

根據(jù)日常生產(chǎn)需求，本文選擇了4種通用橡膠：氯丁橡膠、丁腈橡膠、氯醇橡膠、丁基橡膠;3類金屬件：不銹鋼、黃銅和4J36鋼，以及1種聚四氟乙烯活化膜。

開姆洛克250：生產(chǎn)商為洛德化學(xué)（上海）有限公司，主要成分為三氯乙烯（<40%）、二甲苯（<35%）、乙苯（<10%）、炭黑（<10%）、氮取代的芳香化合物（<10%）。

開姆洛克6150：生產(chǎn)商為洛德化學(xué)（上海）有限公司，主要成分為二甲苯（<65%）、乙苯（<20%）、炭黑（<10%）、氮取代的芳香化合物（<5%）、芳香族聚異氰酸酯（<5%）。

1.2? ? 主要設(shè)備與儀器

（1）傅里葉紅外光譜儀（型號(hào)：Nicolet 6700）;

（2）開煉機(jī)（型號(hào)：XK-160）;

（3）平板硫化機(jī)（型號(hào)：XLB-D400）;

（4）萬能材料試驗(yàn)機(jī)（型號(hào)：UTM-1422）。

1.3? ? 試樣制備

1.3.1? ? 橡膠與金屬粘接代料試樣的制備

橡膠與金屬粘接標(biāo)準(zhǔn)試樣通過硫化粘接的方式制備，具體操作如下：

將需要粘接的金屬件表面用溶劑清洗，進(jìn)行脫脂處理;金屬件晾干后，保護(hù)好非粘接面，表面進(jìn)行吹砂處理;吹砂后均勻打毛的表面用汽油、無水乙醇清洗，清洗后的表面自然晾干;對(duì)干燥的金屬表面均勻涂覆硫化膠粘劑：開姆洛克6150、開姆洛克250;涂覆膠粘劑的金屬件自然干燥后，貼好12.5 mm×25 mm的膠片，置于模具中進(jìn)行硫化粘接。

工藝條件具體如下：

4J36/氯丁橡膠體系：溫度（165±5）℃，時(shí)間20 min，壓力10 MPa（100 t）;4J36/丁腈橡膠體系：溫度（160±5）℃，時(shí)間20 min，壓力10 MPa（100 t）;不銹鋼/氯醇橡膠體系：溫度（154±5）℃，時(shí)間40 min，壓力10 MPa（100 t）;黃銅/丁基橡膠體系：溫度（140±5）℃，時(shí)間40 min，壓力10 MPa（100 t）。

1.3.2? ? 聚四氟乙烯活化膜與丁基橡膠膠板粘接試樣的制備

按照《膠粘劑T剝離強(qiáng)度試驗(yàn)方法 撓性材料對(duì)撓性材料》（GB/T 2791—1995）的規(guī)定制作粘接試樣。

制作粘接試樣的聚四氟乙烯活化膜（簡(jiǎn)稱F4活化膜）厚度為0.2 mm，丁基膠板厚度為0.8 mm。試樣的寬度不小于150 mm，長(zhǎng)度不小于200 mm;將F4活化膜的帶活化層的一面用酒精擦拭干凈，晾干后，用刷子蘸開姆洛克膠粘劑，均勻涂在活化層上，涂膠長(zhǎng)度150 mm，晾干;把涂好膠的F4活化膜和丁基膠板緊密貼在一起，貼合面應(yīng)盡量避免有氣泡存在，施工時(shí)可以把丁基膠片固定好，把F4活化膜滾壓到膠片上;把貼合在一起的膠板平放在型腔厚度為0.8 mm的平板模具中，合模加壓進(jìn)行固化粘接。

工藝條件具體如下：溫度（140±5）℃，時(shí)間（20±1）min，壓力3 MPa（100 t）;把生產(chǎn)好的膠板裁成寬度（25±0.5）mm、長(zhǎng)度約200 mm的測(cè)試試樣，不少于5個(gè)，進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1? ? 開姆洛克250的結(jié)構(gòu)分析

圖1是開姆洛克250的紅外光譜圖，從圖上可以看出開姆洛克250含有不飽和碳=CH（3 000～3 300 cm-1）與飽和碳-CH的強(qiáng)特征吸收峰（2 900～3 070 cm-1）、官能團(tuán)-N=C=O的強(qiáng)特征吸收峰（2 265～2 275 cm-1）、官能團(tuán)C=N弱的特征吸收峰（1 650～1 700 cm-1）、苯環(huán)C-C的特征吸收峰1 585 cm-1和苯環(huán)C-H的特征吸收峰670 cm-1、三氯乙烯的碳?xì)滏I振動(dòng)峰800～1 000 cm-1、三氯乙烯碳?xì)滏I的振動(dòng)吸收峰626 cm-1，可以看出開姆洛克250中含有活性官能團(tuán)-N=C=O屬于多異氰酸酯體系的膠粘劑。該體系粘接機(jī)理[1]如下：金屬表面通常存在一定的金屬氧化物，在有微量水分存在的情況下，異氰酸酯會(huì)作用于這類金屬氧化物，形成絡(luò)合物，以脲鍵作為中介層。另一方面，異氰酸酯還會(huì)與橡膠部分氧化而成的烴基及醛基反應(yīng)，其本身還會(huì)聚合，能與橡膠形成具有一定強(qiáng)度的氨基甲酸酯類物質(zhì)，如圖2所示。

2.2? ? 開姆洛克6150的結(jié)構(gòu)分析

開姆洛克6150的紅外光譜圖如圖3所示，可以看出開姆洛克6150含有不飽和碳=CH（3 000～3 300 cm-1）與飽和碳-CH的強(qiáng)特征吸收峰（2 900～3 060 cm-1）、官能團(tuán)-N=C=O的強(qiáng)特征吸收峰（2 260～2 270 cm-1）、官能團(tuán)C=N弱的特征吸收峰（1 650～1 700 cm-1）、苯環(huán)C-C的特征吸收峰1 575 cm-1和苯環(huán)C-H的特征吸收峰675 cm-1。因此，開姆洛克6150相對(duì)于開姆洛克250也擁有活性官能團(tuán)-N=C=O，但是卻沒了氯化溶劑，所以可以判定開姆洛克6150膠粘劑中不僅含有與開姆洛克250相同的粘結(jié)性的官能團(tuán)異氰酸酯-N=C=O，同時(shí)去除了氯化溶劑，滿足國家綠色環(huán)保要求。

2.3? ? 粘接試樣性能測(cè)試及分析

將開姆洛克6150與開姆洛克250粘結(jié)試樣性能進(jìn)行對(duì)比，具體數(shù)據(jù)如表1、表2、表3、表4、表5、表6、表7、表8所示。

對(duì)比表1、表2、表3可以看出，對(duì)于4J36鋼/氯丁橡膠體系，在室溫和低溫下，開姆洛克250的粘接強(qiáng)度略大于開姆洛克6150，主要原因在于氯丁橡膠中含有較多的氯，而開姆洛克250中含有大量氯化溶劑，根據(jù)相似相溶原理，開姆洛克250與橡膠的親和力較強(qiáng)，硫化過程中與橡膠易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而增加了粘接強(qiáng)度。不過總體來說，在該體系下開姆洛克6150與開姆洛克250粘接強(qiáng)度相近，均滿足產(chǎn)品所需的技術(shù)條件要求。

對(duì)比表1、表4、表5可以看出，對(duì)于4J36鋼/丁腈橡膠體系，在室溫和低溫下，開姆洛克250與開姆洛克6150的粘接強(qiáng)度幾乎相近，主要原因是開姆洛克6150與開姆洛克250的主體結(jié)構(gòu)相似，與橡膠和金屬的機(jī)理一樣，所以最終粘接性能相近，且均滿足產(chǎn)品所需的技術(shù)條件要求。

對(duì)比表1、表6可以看出，對(duì)于不銹鋼/氯醇橡膠體系，在室溫下，開姆洛克250的粘接強(qiáng)度大于開姆洛克6150，主要原因在于此橡膠為氯醇橡膠，其中含有較多的氯，而開姆洛克250中含有大量氯化溶劑，根據(jù)相似相容原理，與橡膠的親和力較強(qiáng)，硫化過程中與橡膠易于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而增加了粘接強(qiáng)度。不過總體來說，在該體系下開姆洛克6150與開姆洛克250粘接強(qiáng)度相近，均滿足產(chǎn)品所需的技術(shù)條件要求。

從表7可以看出，對(duì)于黃銅/丁基橡膠體系，在室溫下，開姆洛克6150的粘接強(qiáng)度大于開姆洛克250，但是粘接強(qiáng)度都非常低，主要原因在于此膠為丁基橡膠，丁基橡膠為飽和碳鏈的橡膠，僅含極少的交聯(lián)用雙鍵，不含雜原子官能團(tuán)，因此粘接僅靠膠粘劑與橡膠之間通過分子或鏈段之間的相互擴(kuò)散、滲透和共交聯(lián)作用而實(shí)現(xiàn)粘接，膠粘劑和橡膠內(nèi)部很少發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，因而橡膠和粘接助劑之間的作用力較小，導(dǎo)致橡膠與金屬之間的整體粘接強(qiáng)度偏低。

從表8可以看出，F(xiàn)4活化膜與丁基膠片粘接，使用開姆洛克250或者6150，T剝離強(qiáng)度差別不大，破壞形式主要是丁基橡膠斷裂。

3 結(jié)語

（1）新型硫化膠粘劑開姆洛克6150應(yīng)用于通用橡膠與金屬硫化粘接的粘接效果良好，尤其是對(duì)氯丁橡膠這類極性橡膠的粘接強(qiáng)度可以達(dá)到10 MPa以上。開姆洛克6150有綠色環(huán)保、穩(wěn)定性好、應(yīng)用廣泛、成熟度高的優(yōu)點(diǎn)。

（2）新型硫化膠粘劑開姆洛克6150粘合性能與非環(huán)保型膠粘劑開姆洛克250相當(dāng)，在黃銅/丁基膠體系中甚至更高。

（3）在硫化膠粘劑檔次參差不齊的情況下，應(yīng)該根據(jù)市場(chǎng)需求，積極開發(fā)研制高性能、高附加值的硫化膠粘劑，重點(diǎn)開發(fā)環(huán)境友好型膠粘劑，這樣更有利于能源和資源的合理利用及環(huán)境污染的防治，提高企業(yè)的國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 蒲啟君.橡膠與骨架材料的粘合機(jī)理[J].橡膠工業(yè)，1999，46（11）：684-695.