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
由於三元乙丙橡膠（EPDM）突出的耐臭氧、耐候、耐熱、耐水、耐蒸氣、耐化學品性能和優良的電絕緣性能，加之使用溫度範圍寬（-57℃~150℃），因而在橡膠製品工業中獲得廣泛的應用。采用EPDM 與金屬骨架粘接的部件包括：車窗密封條、減震器、密封圈和襯墊、反應釜內襯、船舶用護舷材料等。
但EPDM屬於飽和橡膠，其自粘性和互粘性很差，因此客戶在使用Chemlok膠粘劑粘接EPDM時候經常碰到橡膠與膠粘劑不粘的破壞方式（RC破壞），有些RC破壞在排除了膠粘劑的應用操作和客戶橡膠的硫化工藝外，仍然不能解決，這可能跟客戶的橡膠配方有關。國內外的文獻中有提到EPDM 配方對橡膠本身性能的影響以及配方中某此組分對EPDM 與金屬粘接性能的影響，但冇有發現對EPDM本身生膠與其對金屬粘接性能的影響。本文從研究EPDM第三單體含量、乙烯含量以及門尼粘度出發，研究其與金屬粘接性能的影響，旨在拋磚引玉，希望能給所有使用EPDM做粘接件的用戶提供一些指導。
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；
主要實驗設備：XK-160橡膠開煉機、Alpha MDR2000硫變儀、國產平板硫化機、噴砂機、Instron 拉力機等；
實驗方法
橡膠基本配方：生膠100份、氧化鋅5份、硬酯酸1份、N330碳黑80份、環烷油40份、硫磺1.5 份、促進劑TMTD1.5份、促進劑M0.5份；
橡膠混煉（如表1 中）
粘接

1、基材處理：40目粗砂噴砂處理，再用丁酮（MEK）脫酯處理，70℃烘箱烘乾；
2、膠粘劑應用：膠粘劑（底塗Chemlok 205，麵塗Chemlok 238和Chemlok 6108）攪拌均勻，按相應比例稀釋，噴塗底塗，室溫乾燥10分鐘，70℃烘箱烘烤至少20分鐘，冷卻至室溫，噴塗麵塗，室溫乾燥10 分鐘，70℃烘箱烘烤至少20分鐘；
3、硫化粘接：硫化前橡膠回煉，測試硫化曲線，模壓硫化，出模後冷卻至室溫；
4、性能測試：測試前粘接件至少冷卻16小時，根據ASTM D429B測試45度剝離強度；
測試結果與分析
試驗所用EPDM生膠(如表2 中)

由上表中數據可以看出，隨著第三單體含量增加，硫化速度越快，這是因為EPDM作為一個飽和橡膠，在使用硫磺作為硫化體係時，交聯反應主要是基於第三單體中的不飽和雙鍵。根據以往硫化經驗，我們選擇的實際硫化時間為T90+5-6分鐘。由上表中數據還可以看出，同樣的配方，不同廠家生產的生膠的硫化性能也有差異，這可能與各廠家所采用的催化劑或生產工藝有關。
EPDM第三單體含量不同對其與金屬粘接性的影響

為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。

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。

圖1、第三單體含量對剝離強度的影響（朗盛的EPEM）

圖2、第三單體含量對剝離強度的影響（埃克森的EPEM）

當采用Lanxess公司的EPDM時，由表4和圖1可以看出無論是采用何種第三單體含量的混煉膠，CH205/238和CH205/6108兩種膠粘劑組合對此配方的EPDM均有良好的粘接，附膠率均為100%；隨著第三單體含量的增加，無論是附膠厚度還是剝離強度均成增加趨勢，這是因為與其它膠粘劑不同，熱反應型Chemlok膠粘劑在粘接橡膠與金屬時，除了物理粘接和機械鎖緊外，膠粘劑中的化學組分會與橡膠中的不飽和鍵產生化學交聯［7-9］，第三單體含量增加，EPDM橡膠中的不飽和雙鍵增加增大了與Chemlok膠粘劑中交聯組分產生交聯的可能，越有利於與Chemlok膠粘劑的粘接。

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，第三單體含量為11%的剝離強度遠遠低於含量為5%的，這可能跟各個廠家的生膠生產工藝和合成的配比有關。
由表4和圖1、圖2還可以看出，采用Lanxess公司的EPDM得出的數據穩定性明顯強於采用Exxon 公司的，這也吻合了BUNA®在中國市場的受歡迎程度；綜上，我們在選擇適合粘接的EPDM 生膠時，除了要考慮第三單體含量在4.5%以上的，還要考慮不同生膠生產廠家的生膠對粘接的影響。
相同第三單體含量，不同乙烯含量對EPDM 橡膠與金屬粘接的影響
我們選擇了第三單體含量為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。

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。

圖3、乙烯含量對剝離強度的影響

由表5和圖3可以看出儘管第三單體含量相同（均為4.5%），但隨著接乙烯含量的增加，剝離強度增加，這是因為所有的粘接得到的均為100%橡膠破壞，因此得到的剝離強度取決於橡膠本身的強度（請注意，由於膠粘劑與橡膠反應，因此粘接得到的剝離強度與橡膠本身的拉伸強度不一致），而隨著乙烯含量的增加，其硫化膠的拉伸強度提高。
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。

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。

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（均為8%），相同的乙烯含量（51%），門尼粘度為80的比門尼粘度為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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