氟橡胶制品和金属的硫化粘合
文章出处深圳市澳佛特橡胶制品有限公司 人气：-发表时间：2019-07-26
氟橡胶制品和金属的硫化粘合
如果將金屬表面作適當的處理並使用合適的粘合劑，就可實現氟橡膠與金屬之間在模壓和硫化時達到良好的粘合效果。
預混合型氟彈性體的型號（Viton E-60C,E-430,B-910）
通常來說，要想與金屬粘合達到滿意的效果，需要專門的配合才行。一般用生產型工具和ASTM剝離粘合實驗並結合圖解來說明這些配合技術對粘合的影響。
以前硫化劑母膠僅用於預混合型膠料中，現在可以使用於所有的Viton?氟橡膠硫化系統中。將硫化劑20＃與硫化劑30＃用於Viton? A 和A-HV中所產生的影響已被考察。
金屬的准備，粘合劑的選擇與准備以及二次硫化條件均是達到良好粘合效果的另外一些重要的因素。
在改善粘合度方面，尤其針對難粘合應用方面在下面提供了一些技術資料。這些問題可能會是使用到的低硬度或高硬度膠料或在零件中含有一氧化鉛的膠料，在它們的硫化過程中所受到的模腔壓力較低時產生的。可參考問題解決指南。
配方的影響：
氧化鎂、氫氧化鈣酸吸收系統
以含硫化劑的氟橡膠聚合物為基礎的標准配方通常是用高活性氧化鎂（一般為3份）和氫氧化鈣（3~6 份），就能達到理想的儲存、加工與硫化的性能。然而，采用這些酸吸收系統，基於模壓件和聚合物遷擇的標准粘合劑的挑遷（例如Chemlok607或Chemosil511）,但結果往往是質量不均或很不理想。
采用高用量低活性氧化鎂（15~17份）和低用量氫氧化鈣（2份）能使所有含硫化劑聚合物的模壓粘合性能獲得改善。以Viton E-60C,Viton E-430和Viton B-910為例作粘合性能的改善，見表1。
表1 采用低活氧化鎂酸性吸收系統含硫化劑聚合物的粘合
配方
1A
1B
1C
1D
1E
Viton? E-60C
100
100
Viton? E-430
100
Viton? B-910
100
70
Viton? A-HV
30
低活性氧化鎂
15
15
15
15
高活性氧化鎂
3
氫氧化鈣a
6
2
2
2
2
MT碳黑b
30
30
30
30
30
巴西棕櫚蠟
1
1
1
1
1
門尼焦燒，MS 250℉(121℃)
1A
1B
1C
1D
1E
最小值
38
40
30
71
74
以5個單位上升，分
7pt
2pt
4pt
18
16
以10個單位上升，分
在45分鐘內
在45分鐘內
在45分鐘內
35
21
硫化性能
1A
1B
1C
1D
1E
100%模量，Mpa(psi)
6.0(875)
6.9(1,000)
5.3(775)
11.0(1,600)
8.4(1,225)
拉伸強度，Mpa(psi)
14.1(2,050)
15.7(2,275)
16.0(2,325)
18.3(2,650)
18.8(2,725)
延伸率，%
180
180
210
160
190
壓縮形變，ASTM方法B，%, 1∞0.139(25.4∞3.5mmO形圈)
200℃(392℉)×70hr
22
24
30
34
34
粘合等級
模壓軸密封件 175℃(347℉)×8min壓力硫化
側部
2e
3
3
3
1
底部
2
3
3
3
3
唇基
2
3
3
3
3
200℃(392℉)×24hr壓力硫化，以25℃/hr梯度升溫
側部
2
3
3
3
0-1
底部
2
3
3
3
3
唇基
2
3
3
3
3
橡膠墊與鋼骨架粘結
175℃(347℉)×10min壓力硫化
200℃(392℉)×24hr,以20℃/hr梯度升溫
a. 在配方實驗樣品中使用Sturge VE.
b. 在配方實驗樣品中使用Thermax MT.
c. 模壓硫化試片175℃(347℉)×8min;二段硫化320℃(608℉)×24hr.
d. 試圖從金屬上剝離膠料的主觀等級，分別評價底部、側部和密封件唇基:
4----撕裂強度100%
3----撕裂強度＞90%
2----撕裂強度≧75%
1----撕裂強度25%~50%
0----撕裂強度＜25% Viton?E-60C采用標准的酸吸收系統的配方1A在軸密封件中已實現良好的結合，但發現在不適宜的模壓條件下，並不常常是這樣。然而，結果表明硫化系統和粘合劑具有化學相容性，可實現良好的粘合。
采用低活性氧化鎂和低效的氫氧化鈣將不會嚴重影響膠料的加工。門尼焦燒時間與標准膠料的相似。
盡管流變儀扭矩的速率增加較慢，零件適宜的啟模時間與采用標准水平的高活性氧化鎂和氫氧化鈣要求的時間是相似的。含有低活性氧化鎂的膠料表現出較高的硫化膠拉伸強度，但在高溫下抗壓縮形變性能通常要低5-10%。這對於多數關鍵性零件的粘合是不理想的。
一氧化鉛酸吸收系統
含有一氧化鉛酸吸收劑的膠料對粘合的影響程度比含氧化鎂酸吸收劑的膠料小。粘合質量好象與硫化時所受的模腔壓力有關，並且它對膠料的配合比對用氧化鎂作硫化劑的膠料的影響更大。僅僅使用一些通用的粘合劑，其結果不能令人滿意。我們可以使用一種專門配合的粘合劑。（見“粘合困難的應用”部份）
據最近的事實已證明，填加少量的（約4份）氧化鈣或無水硫酸錳，可大大改善含一氧化鉛的膠料與金屬的粘合能力，而僅稍微降低了它在水中的膨脹性能。由於氧化鈣過多，會引起膠料在蒸汽和酸類中的溶脹過大。因此，我們應當認真考量將一氧化鉛/氧化鈣填充在膠料中是否合適。
聚合物的選擇
通過化學母煉膠的使用，任何一種Viton?氟彈性體聚合物皆可采用“C”硫化系統硫化。這給聚合物/硫化劑系統的併用提供了廣闊的范圍，它在Viton E-60C,E-430和B-910中呈現出硫化速度快和焦燒安全性優良的特點。
Viton A和A-HV與Viton?E-60C相比，在硫化劑母煉膠中表現出較好的粘合性能，但是Viton A 抗壓縮形變較小。這種技術被發現在使用氧化鎂/氫氧化鈣酸吸收系統時產生的影響最大，而對只使用一氧化鉛酸吸收系統的無任何影響。
硫化劑與促進劑的比例
在硫化劑母煉膠(Curative30)和促進劑母煉膠(Curative20)中使用的比例，可由配料員任意變更。經發現，在促進劑/硫化劑比例較高時，它能夠改善Viton?氟橡膠在使用Chemlok?607或Chemosit511時的粘合性能，但會稍微降低它的抗壓縮變形性。從圖1A到1F顯示了硫化劑母煉膠在Viton A 和A-HV中的影響。
一般推薦使用高效的促進劑(Curative20)和低效的交聯劑(Curative30)，不會過度降低加工的安全性、壓縮變形和其它物理性能。盡管該技術已經在廣泛應用，但它仍然存有不足。在壓制模型零件時，使用中等到高等的填料和高活性氧化鎂/氫氧化鈣酸吸收系統，是最有效的。而當采用低等填料或一氧化鉛酸吸收系統時卻不是很有效。且當模腔壓力特別低時，可能無效。它僅被使用Chemlok607/Chemosil511，且被發現Thixon XAN-273/66沒使用的必要性。
填料
經觀察，含有MT碳黑的膠料和含有相等體積份的礦物填料(硅灰石P-4和硫酸鋇)兩者之間在粘合方面沒有重大區別。(見表2) 含有高等或低等填料的膠料(高於40份和低於15份MT碳黑或等體積的填充)，在同樣的生產模具中，與金屬粘合可能更困難；並且使用一種平衡的酸吸收系統和對應的硫化劑，就可能不充足。在此情況下，若使用一種用於Viton?的粘合塗料，PLV-2000或Thixon XAN-273/66,能夠相當程度地改善粘合性能。(見“粘合困難的應用”部份)
加工助劑
對於Viton?氟彈性體，建議使用的加工助劑(VPA-1，VPA-2，巴西棕櫚蠟，季戊四醇，硬脂酸酯PET和低分子量聚乙烯)。當典型的使用量度(不超過2份)時，通常不會影響到與金屬的粘合。酯類增塑劑有時作為加工助劑或收縮改性劑使用，但應避免在難粘合性零件中使用。因為在硫化過程中，它們可能會滲出到膠料表面而使粘合更困難。
金屬的准備
脫脂
金屬基質必須脫脂，建議采用適當的溶劑-蒸汽脫脂。當用噴砂進行表面處理時，脫脂應在噴砂後反復進行。
表面處理
機械處理與化學處理都可達到滿意的效果。機械處理通常是優先於在具有較寬范圍的基質中采用，如鋼、不銹鋼、鉛和鋁。噴砂寧可采用氧化鋁磨料也不要采用鐵或鋼的磨料，因為它可能會引起腐蝕。磨料的尺寸應為40-60目。
使用較粗糙的磨料可能會導致金屬表面不完全被粘合劑濕潤，並且使粘合劑的塗層厚度不均勻。太好的磨料也會在金屬表面留下磨碎的氧化鋁，它在隨後的脫脂中很難除掉它。化學處理通常是為專用基質使用設計的，並且一般由粘合劑供應商或金屬處理劑供應商推薦。
金屬表面的磷化處理
試驗表明，改善粘合尤其是含一氧化鉛的膠料的粘合，可用如下方法：將磨料噴砂和脫脂過的冷軋鋼在5%的磷酸(H3PO4)中浸泡5-10分鐘，用水洗，在260℃空氣烘箱中加熱15-30分鐘，然而塗粘合劑，在烘箱烘烤的過程中很可能形成褐色到淡蘭色的緊密的粘結氧化物層。這種純化的表面與很多粘合劑似乎很容 易粘合，而且耐銹蝕引起的粘合破壞，使用一氧化鉛膠料是過早粘結破壞的一個重要原因。
粘合劑
類型
Viton?膠料與金屬粘合較好的粘合劑是有機硅烷合成物。推選的材料有Chemlok?607或Chemosil511,和Thixon XAV-273/66. Chemlok?607和Chemosil511被看作是同一種材料，它們唯一的不同點就是溶劑的使用。Chemlok?607用甲醇且Chemosil511用乙醇。它們都是潔淨型的，且是有機硅烷類的一部份。Thixon XAV-273/66是一個復雜的系統。它的儲存期是在2~7天之間。在操作方面的不同之處在於如下所述兩種膠粘劑要分開使用。
總地來說，Chemlok/Chemosil 系統的使用很容易，它具有良好儲存期且做出一種美感。Thixon 粘合劑為由兩種具有較短儲存期的成分預混而成；Thixon 如果不預烘則會造成粘合劑移位，典型的是預烘是在150℃(302F)下烤10分鐘，由於它的顏色會導致外觀不美觀。
如果將金屬表面作適當的處理並使用合適的粘合劑，就可實現氟橡膠與金屬之間在模壓和硫化時達到良好的粘合效果。
預混合型氟彈性體的型號（Viton E-60C,E-430,B-910）
通常來說，要想與金屬粘合達到滿意的效果，需要專門的配合才行。一般用生產型工具和ASTM剝離粘合實驗並結合圖解來說明這些配合技術對粘合的影響。
以前硫化劑母膠僅用於預混合型膠料中，現在可以使用於所有的Viton?氟橡膠硫化系統中。將硫化劑20＃與硫化劑30＃用於Viton? A 和A-HV中所產生的影響已被考察。
金屬的准備，粘合劑的選擇與准備以及二次硫化條件均是達到良好粘合效果的另外一些重要的因素。
在改善粘合度方面，尤其針對難粘合應用方面在下面提供了一些技術資料。這些問題可能會是使用到的低硬度或高硬度膠料或在零件中含有一氧化鉛的膠料，在它們的硫化過程中所受到的模腔壓力較低時產生的。可參考問題解決指南。
配方的影響：
氧化鎂、氫氧化鈣酸吸收系統
以含硫化劑的氟橡膠聚合物為基礎的標准配方通常是用高活性氧化鎂（一般為3份）和氫氧化鈣（3~6 份），就能達到理想的儲存、加工與硫化的性能。然而，采用這些酸吸收系統，基於模壓件和聚合物遷擇的標准粘合劑的挑遷（例如Chemlok607或Chemosil511）,但結果往往是質量不均或很不理想。
采用高用量低活性氧化鎂（15~17份）和低用量氫氧化鈣（2份）能使所有含硫化劑聚合物的模壓粘合性能獲得改善。以Viton E-60C,Viton E-430和Viton B-910為例作粘合性能的改善，見表1。
表1 采用低活氧化鎂酸性吸收系統含硫化劑聚合物的粘合
配方
1A
1B
1C
1D
1E
Viton? E-60C
100
100
Viton? E-430
100
Viton? B-910
100
70
Viton? A-HV
30
低活性氧化鎂
15
15
15
15
高活性氧化鎂
3
氫氧化鈣a
6
2
2
2
2
MT碳黑b
30
30
30
30
30
巴西棕櫚蠟
1
1
1
1
1
門尼焦燒，MS 250℉(121℃)
1A
1B
1C
1D
1E
最小值
38
40
30
71
74
以5個單位上升，分
7pt
2pt
4pt
18
16
以10個單位上升，分
在45分鐘內
在45分鐘內
在45分鐘內
35
21
硫化性能
1A
1B
1C
1D
1E
100%模量，Mpa(psi)
6.0(875)
6.9(1,000)
5.3(775)
11.0(1,600)
8.4(1,225)
拉伸強度，Mpa(psi)
14.1(2,050)
15.7(2,275)
16.0(2,325)
18.3(2,650)
18.8(2,725)
延伸率，%
180
180
210
160
190
壓縮形變，ASTM方法B，%, 1∞0.139(25.4∞3.5mmO形圈)
200℃(392℉)×70hr
22
24
30
34
34
粘合等級
模壓軸密封件 175℃(347℉)×8min壓力硫化
側部
2e
3
3
3
1
底部
2
3
3
3
3
唇基
2
3
3
3
3
200℃(392℉)×24hr壓力硫化，以25℃/hr梯度升溫
側部
2
3
3
3
0-1
底部
2
3
3
3
3
唇基
2
3
3
3
3
橡膠墊與鋼骨架粘結
175℃(347℉)×10min壓力硫化
200℃(392℉)×24hr,以20℃/hr梯度升溫
a. 在配方實驗樣品中使用Sturge VE.
b. 在配方實驗樣品中使用Thermax MT.
c. 模壓硫化試片175℃(347℉)×8min;二段硫化320℃(608℉)×24hr.
d. 試圖從金屬上剝離膠料的主觀等級，分別評價底部、側部和密封件唇基:
4----撕裂強度100%
3----撕裂強度＞90%
2----撕裂強度≧75%
1----撕裂強度25%~50%
0----撕裂強度＜25% Viton?E-60C采用標准的酸吸收系統的配方1A在軸密封件中已實現良好的結合，但發現在不適宜的模壓條件下，並不常常是這樣。然而，結果表明硫化系統和粘合劑具有化學相容性，可實現良好的粘合。
采用低活性氧化鎂和低效的氫氧化鈣將不會嚴重影響膠料的加工。門尼焦燒時間與標准膠料的相似。
盡管流變儀扭矩的速率增加較慢，零件適宜的啟模時間與采用標准水平的高活性氧化鎂和氫氧化鈣要求的時間是相似的。含有低活性氧化鎂的膠料表現出較高的硫化膠拉伸強度，但在高溫下抗壓縮形變性能通常要低5-10%。這對於多數關鍵性零件的粘合是不理想的。
一氧化鉛酸吸收系統
含有一氧化鉛酸吸收劑的膠料對粘合的影響程度比含氧化鎂酸吸收劑的膠料小。粘合質量好象與硫化時所受的模腔壓力有關，並且它對膠料的配合比對用氧化鎂作硫化劑的膠料的影響更大。僅僅使用一些通用的粘合劑，其結果不能令人滿意。我們可以使用一種專門配合的粘合劑。（見“粘合困難的應用”部份）
據最近的事實已證明，填加少量的（約4份）氧化鈣或無水硫酸錳，可大大改善含一氧化鉛的膠料與金屬的粘合能力，而僅稍微降低了它在水中的膨脹性能。由於氧化鈣過多，會引起膠料在蒸汽和酸類中的溶脹過大。因此，我們應當認真考量將一氧化鉛/氧化鈣填充在膠料中是否合適。
聚合物的選擇
通過化學母煉膠的使用，任何一種Viton?氟彈性體聚合物皆可采用“C”硫化系統硫化。這給聚合物/硫化劑系統的併用提供了廣闊的范圍，它在Viton E-60C,E-430和B-910中呈現出硫化速度快和焦燒安全性優良的特點。
Viton A和A-HV與Viton?E-60C相比，在硫化劑母煉膠中表現出較好的粘合性能，但是Viton A 抗壓縮形變較小。這種技術被發現在使用氧化鎂/氫氧化鈣酸吸收系統時產生的影響最大，而對只使用一氧化鉛酸吸收系統的無任何影響。
硫化劑與促進劑的比例
在硫化劑母煉膠(Curative30)和促進劑母煉膠(Curative20)中使用的比例，可由配料員任意變更。經發現，在促進劑/硫化劑比例較高時，它能夠改善Viton?氟橡膠在使用Chemlok?607或Chemosit511時的粘合性能，但會稍微降低它的抗壓縮變形性。從圖1A到1F顯示了硫化劑母煉膠在Viton A 和A-HV中的影響。
一般推薦使用高效的促進劑(Curative20)和低效的交聯劑(Curative30)，不會過度降低加工的安全性、壓縮變形和其它物理性能。盡管該技術已經在廣泛應用，但它仍然存有不足。在壓制模型零件時，使用中等到高等的填料和高活性氧化鎂/氫氧化鈣酸吸收系統，是最有效的。而當采用低等填料或一氧化鉛酸吸收系統時卻不是很有效。且當模腔壓力特別低時，可能無效。它僅被使用Chemlok607/Chemosil511，且被發現Thixon XAN-273/66沒使用的必要性。
填料
經觀察，含有MT碳黑的膠料和含有相等體積份的礦物填料(硅灰石P-4和硫酸鋇)兩者之間在粘合方面沒有重大區別。(見表2) 含有高等或低等填料的膠料(高於40份和低於15份MT碳黑或等體積的填充)，在同樣的生產模具中，與金屬粘合可能更困難；並且使用一種平衡的酸吸收系統和對應的硫化劑，就可能不充足。在此情況下，若使用一種用於Viton?的粘合塗料，PLV-2000或Thixon XAN-273/66,能夠相當程度地改善粘合性能。(見“粘合困難的應用”部份)
加工助劑
對於Viton?氟彈性體，建議使用的加工助劑(VPA-1，VPA-2，巴西棕櫚蠟，季戊四醇，硬脂酸酯PET和低分子量聚乙烯)。當典型的使用量度(不超過2份)時，通常不會影響到與金屬的粘合。酯類增塑劑有時作為加工助劑或收縮改性劑使用，但應避免在難粘合性零件中使用。因為在硫化過程中，它們可能會滲出到膠料表面而使粘合更困難。
金屬的准備
脫脂
金屬基質必須脫脂，建議采用適當的溶劑-蒸汽脫脂。當用噴砂進行表面處理時，脫脂應在噴砂後反復進行。
表面處理
機械處理與化學處理都可達到滿意的效果。機械處理通常是優先於在具有較寬范圍的基質中采用，如鋼、不銹鋼、鉛和鋁。噴砂寧可采用氧化鋁磨料也不要采用鐵或鋼的磨料，因為它可能會引起腐蝕。磨料的尺寸應為40-60目。
使用較粗糙的磨料可能會導致金屬表面不完全被粘合劑濕潤，並且使粘合劑的塗層厚度不均勻。太好的磨料也會在金屬表面留下磨碎的氧化鋁，它在隨後的脫脂中很難除掉它。化學處理通常是為專用基質使用設計的，並且一般由粘合劑供應商或金屬處理劑供應商推薦。
金屬表面的磷化處理
試驗表明，改善粘合尤其是含一氧化鉛的膠料的粘合，可用如下方法：將磨料噴砂和脫脂過的冷軋鋼在5%的磷酸(H3PO4)中浸泡5-10分鐘，用水洗，在260℃空氣烘箱中加熱15-30分鐘，然而塗粘合劑，在烘箱烘烤的過程中很可能形成褐色到淡蘭色的緊密的粘結氧化物層。這種純化的表面與很多粘合劑似乎很容 易粘合，而且耐銹蝕引起的粘合破壞，使用一氧化鉛膠料是過早粘結破壞的一個重要原因。
粘合劑
類型
Viton?膠料與金屬粘合較好的粘合劑是有機硅烷合成物。推選的材料有Chemlok?607或Chemosil511,和Thixon XAV-273/66. Chemlok?607和Chemosil511被看作是同一種材料，它們唯一的不同點就是溶劑的使用。Chemlok?607用甲醇且Chemosil511用乙醇。它們都是潔淨型的，且是有機硅烷類的一部份。Thixon XAV-273/66是一個復雜的系統。它的儲存期是在2~7天之間。在操作方面的不同之處在於如下所述兩種膠粘劑要分開使用。
總地來說，Chemlok/Chemosil 系統的使用很容易，它具有良好儲存期且做出一種美感。Thixon 粘合劑為由兩種具有較短儲存期的成分預混而成；Thixon 如果不預烘則會造成粘合劑移位，典型的是預烘是在150℃(302F)下烤10分鐘，由於它的顏色會導致外觀不美觀。
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橡胶制品机械塑炼法
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