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三元乙丙橡膠生膠選擇對其粘接性的影響


三元乙丙橡膠生膠選擇對其粘接性的影響
由于三元乙丙橡膠(EPDM)突出的耐臭氧、耐候、耐热、耐水、耐蒸气、耐化学品性能和优良的电绝缘性能,加之使用温度范围宽(-57℃~150℃),因而在橡膠制品工业中获得广泛的应用。采用EPDM 与金属骨架粘接的部件包括:车窗密封条、减震器、密封圈和衬垫、反应釜内衬、船舶用护舷材料等。
但EPDM属于饱和橡膠,其自粘性和互粘性很差,因此客户在使用Chemlok胶粘剂粘接EPDM时候经常碰到橡膠与胶粘剂不粘的破坏方式(RC破坏),有些RC破坏在排除了胶粘剂的应用操作和客户橡膠的硫化工艺外,仍然不能解决,这可能跟客户的橡膠配方有关。国内外的文献中有提到EPDM 配方对橡膠本身性能的影响以及配方中某此组分对EPDM 与金属粘接性能的影响,但没有发现对EPDM本身生胶与其对金属粘接性能的影响。本文从研究EPDM第三单体含量、乙烯含量以及门尼粘度出发,研究其与金属粘接性能的影响,旨在抛砖引玉,希望能给所有使用EPDM做粘接件的用户提供一些指导。
實驗部分
主要實驗原料:EPDM生膠、氧化鋅、硬酯酸、碳黑、環烷油、硫化劑、膠粘劑等;
主要实验设备:XK-160橡膠开炼机、Alpha MDR2000硫变仪、国产平板硫化机、喷砂机、Instron 拉力机等;
實驗方法
橡膠基本配方:生胶100份、氧化锌5份、硬酯酸1份、N330碳黑80份、环烷油40份、硫磺1.5 份、促进剂TMTD1.5份、促进剂M0.5份;
橡膠混炼(如表1 中)
粘接

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1、基材處理:40目粗砂噴砂處理,再用丁酮(MEK)脫酯處理,70℃烘箱烘幹;
2、胶粘剂应用:胶粘剂(底涂Chemlok 205,面涂Chemlok 238和Chemlok 6108)搅拌均匀,按相应比例稀释,喷涂底涂,室温干燥10分钟,70℃烘箱烘烤至少20分钟,冷却至室温,喷涂面涂,室温干燥10 分钟,70℃烘箱烘烤至少20分钟;
3、硫化粘接:硫化前橡膠回炼,测试硫化曲线,模压硫化,出模后冷却至室温;
4、性能测试:测试前粘接件至少冷却16小时,根据ASTM D429B测试45度剥离强度;
測試結果與分析
试验所用EPDM生胶(如表2 中)

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由上表中数据可以看出,随着第三单体含量增加,硫化速度越快,这是因为EPDM作为一个饱和橡膠,在使用硫磺作为硫化体系时,交联反应主要是基于第三单体中的不饱和双键。根据以往硫化经验,我们选择的实际硫化时间为T90+5-6分钟。由上表中数据还可以看出,同样的配方,不同厂家生产的生胶的硫化性能也有差异,这可能与各厂家所采用的催化剂或生产工艺有关。
EPDM第三單體含量不同對其與金屬粘接性的影響

爲了更好的對比第三單體含量對粘接的影響,我們選擇了兩個廠家的EPDM生膠,一個是朗盛公司(Lanxess)的BUNA®,另一個則是埃克森公司(Exxon)公司的Vistalon。

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根據上表,我們可以作出粘接強度與第三單體含量的柱狀圖,如下圖1和圖2。

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圖1、第三單體含量對剝離強度的影響(朗盛的EPEM)

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圖2、第三單體含量對剝離強度的影響(埃克森的EPEM)

当采用Lanxess公司的EPDM时,由表4和图1可以看出无论是采用何种第三单体含量的混炼胶,CH205/238和CH205/6108两种胶粘剂组合对此配方的EPDM均有良好的粘接,附胶率均为100%;随着第三单体含量的增加,无论是附胶厚度还是剥离强度均成增加趋势,这是因为与其它胶粘剂不同,热反应型Chemlok胶粘剂在粘接橡膠与金属时,除了物理粘接和机械锁紧外,胶粘剂中的化学组分会与橡膠中的不饱和键产生化学交联[7-9],第三单体含量增加,EPDM橡膠中的不饱和双键增加增大了与Chemlok胶粘剂中交联组分产生交联的可能,越有利于与Chemlok胶粘剂的粘接。

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當采用Exxon公司的EPDM時,由表4和圖2可以看出,隨第三單體的增加剝離強度呈現波狀曲線,第三單體含量爲11%的剝離強度遠遠低于含量爲5%的,這可能跟各個廠家的生膠生産工藝和合成的配比有關。
由表4和图1、图2还可以看出,采用Lanxess公司的EPDM得出的数据稳定性明显强于采用Exxon 公司的,这也吻合了BUNA®在中国市场的受欢迎程度;综上,我们在选择适合粘接的EPDM 生胶时,除了要考虑第三单体含量在4.5%以上的,还要考虑不同生胶生产厂家的生胶对粘接的影响。
相同第三单体含量,不同乙烯含量对EPDM 橡膠与金属粘接的影响
我們選擇了第三單體含量爲4.5%,不同乙烯含量的不同生膠,考察了其與金屬粘接的影響,結果如下。

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從上表,我們可以作出粘接強度與第三單體含量的柱狀圖,如下圖3。

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圖3、乙烯含量對剝離強度的影響

由表5和图3可以看出尽管第三单体含量相同(均为4.5%),但随着接乙烯含量的增加,剥离强度增加,这是因为所有的粘接得到的均为100%橡膠破坏,因此得到的剥离强度取决于橡膠本身的强度(请注意,由于胶粘剂与橡膠反应,因此粘接得到的剥离强度与橡膠本身的拉伸强度不一致),而随着乙烯含量的增加,其硫化胶的拉伸强度提高。
相同第三單體含量和乙烯含量,不同門尼粘度對EPDM與金屬粘接的影響我們又比較了相同第三單體含量和乙烯含量,不同門尼粘度結粘接的影響,結果如下表和下圖中。

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從上表,我們可以作出粘接強度與第三單體含量的柱狀圖,如下圖4。

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圖4、不同門尼粘度對剝離強度的影響

由表6和圖4可以看出在本試驗中,相同的第三單體含量(均爲8%),相同的乙烯含量(51%),門尼粘度爲80的比門尼粘度爲60的有較高剝離強度,意味著與Chemlok膠粘劑的粘接門尼粘度高的比門尼粘度低的要好,但門尼粘度高的生膠加工性能比門尼粘度低的較差,因此在選擇生膠時請根據實際情況選擇不同的生膠。

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