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三元乙 丙橡胶生胶选择对其粘接性的影响


(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 橡胶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属于饱和橡胶,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 常碰到橡胶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胶的硫化工艺外,仍然不能解决,这可能 跟客户的橡胶配方有关。国内外 的文献中有提到EPDM 配方对 橡胶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[4-6],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。

实验部分

★ 主要实验原料:EPDM生胶、氧化锌、硬酯酸、碳黑、环烷油、硫化剂、胶粘剂等;

★ 主要实验设备:XK-160橡胶开炼机、Alpha MDR2000硫变仪、国产平板硫化机、喷砂机、Instron 拉力机等;

★ 实验方法

▽ 橡胶基本配方: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;
▽橡胶混炼(如表1 中)
▽粘接

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1、基材处理:40目粗砂喷砂处理,再用丁酮(MEK)脱酯处理,70℃烘箱烘干;

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:硫化前橡胶回炼,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;

测试结果与分析

★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作为一个饱和橡胶,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第三单 体含量不同对其与金属粘接性的影响

为了更 好的对比第三单体含量对粘接的影响,我们选 择了两个厂家的EPDM生胶,一个是朗盛公司(Lanxess)的BUNA®,另一个 则是埃克森公司(Exxon)公司的Vistalon。

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根据上表,我们可 以作出粘接强度与第三单体含量的柱状图,如下图1和图2。

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图1、第三单 体含量对剥离强度的影响(朗盛的EPEM)

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图2、第三单 体含量对剥离强度的影响(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 在粘接橡胶与金属时,除了物 理粘接和机械锁紧外,胶粘剂 中的化学组分会与橡胶中的不饱和键产生化学交联[7-9],第三单体含量增加,EPDM橡胶中 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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当采用Exxon公司的EPDM时,由表4和图2可以看出,随第三 单体的增加剥离强度呈现波状曲线,第三单体含量为11%的剥离 强度远远低于含量为5%的,这可能 跟各个厂家的生胶生产工艺和合成的配比有关。

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 橡胶与 金属粘接的影响

我们选 择了第三单体含量为4.5%,不同乙 烯含量的不同生胶,考察了 其与金属粘接的影响,结果如下。

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从上表,我们可 以作出粘接强度与第三单体含量的柱状图,如下图3。

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图3、乙烯含 量对剥离强度的影响

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%橡胶破坏,因此得 到的剥离强度取决于橡胶本身的强度(请注意,由于胶 粘剂与橡胶反应,因此粘 接得到的剥离强度与橡胶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 三单体含量和乙烯含量,不同门尼粘度对EPDM与金属粘接的影响我们又比较了相同第 三单体含量和乙烯含量,不同门 尼粘度结粘接的影响,结果如下表和下图中。

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从上表,我们可 以作出粘接强度与第三单体含量的柱状图,如下图4。

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图4、不同门 尼粘度对剥离强度的影响

由表6和图4可以看出在本试验中,相同的第三单体含量(均为8%),相同的乙烯含量(51%),门尼粘度为80的比门尼粘度为60的有较高剥离强度,意味着与Chemlok胶粘剂 的粘接门尼粘度高的比门尼粘度低的要好,但门尼 粘度高的生胶加工性能比门尼粘度低的较差,因此在 选择生胶时请根据实际情况选择不同的生胶。
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