一种新型硫化胶粘剂的应用研究

胡文浩

摘要：对一种新型硫化胶粘剂开姆洛克6150进行了红外光谱表征分析以及相关的性能研究。研究表明，开姆洛克6150作为4J36钢/氯丁橡胶体系、4J36钢/丁腈橡胶体系、不锈钢/氯醇橡胶体系、黄铜/丁基橡胶体系、聚四氟乙烯活化膜/丁基胶板体系的硫化胶粘剂，粘接强度接近传统的开姆洛克250，且开姆洛克6150更加环保，为今后研究此类硫化胶粘剂提供了参考。

关键词：开姆洛克250;开姆洛克6150;硫化粘接

0 引言

目前市面上的硫化胶粘剂多数以开姆洛克系列为主，其中开姆洛克250应用最多，主要用于氯丁橡胶、丁腈橡胶等与金属的粘接，已经服务中国市场多年，但是开姆洛克250胶粘剂中含有大量的氯化溶剂，同时该产品中含有铅盐，对环境污染大，所以国内已经禁止厂家生产、使用。相较之下，开姆洛克6150作为丁基橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、天然橡胶的硫化胶粘剂，不含铅盐，也不含氯化溶剂，且符合ROHS和REACH认证要求，不受潮湿天气的影响，贮存期长，性质比较稳定。

本文针对开姆洛克6150作为环保型胶粘剂与开姆洛克250对橡胶与金属的粘合性能进行了对比研究。

1 实验

1.1    实验原材料

根据日常生产需求，本文选择了4种通用橡胶：氯丁橡胶、丁腈橡胶、氯醇橡胶、丁基橡胶;3类金属件：不锈钢、黄铜和4J36钢，以及1种聚四氟乙烯活化膜。

开姆洛克250：生产商为洛德化学（上海）有限公司，主要成分为三氯乙烯（<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：生产商为洛德化学（上海）有限公司，主要成分为二甲苯（<65%）、乙苯（<20%）、炭黑（<10%）、氮取代的芳香化合物（<5%）、芳香族聚异氰酸酯（<5%）。

1.2    主要设备与仪器

（1）傅里叶红外光谱仪（型号：Nicolet 6700）;

（2）开炼机（型号：XK-160）;

（3）平板硫化机（型号：XLB-D400）;

（4）万能材料试验机（型号：UTM-1422）。

1.3    试样制备

1.3.1    橡胶与金属粘接代料试样的制备

橡胶与金属粘接标准试样通过硫化粘接的方式制备，具体操作如下：

将需要粘接的金属件表面用溶剂清洗，进行脱脂处理;金属件晾干后，保护好非粘接面，表面进行吹砂处理;吹砂后均匀打毛的表面用汽油、无水乙醇清洗，清洗后的表面自然晾干;对干燥的金属表面均匀涂覆硫化胶粘剂：开姆洛克6150、开姆洛克250;涂覆胶粘剂的金属件自然干燥后，贴好12.5 mm×25 mm的胶片，置于模具中进行硫化粘接。

工艺条件具体如下：

4J36/氯丁橡胶体系：温度（165±5）℃，时间20 min，压力10 MPa（100 t）;4J36/丁腈橡胶体系：温度（160±5）℃，时间20 min，压力10 MPa（100 t）;不锈钢/氯醇橡胶体系：温度（154±5）℃，时间40 min，压力10 MPa（100 t）;黄铜/丁基橡胶体系：温度（140±5）℃，时间40 min，压力10 MPa（100 t）。

1.3.2    聚四氟乙烯活化膜与丁基橡胶胶板粘接试样的制备

按照《胶粘剂T剥离强度试验方法 挠性材料对挠性材料》（GB/T 2791—1995）的规定制作粘接试样。

制作粘接试样的聚四氟乙烯活化膜（简称F4活化膜）厚度为0.2 mm，丁基胶板厚度为0.8 mm。试样的宽度不小于150 mm，长度不小于200 mm;将F4活化膜的带活化层的一面用酒精擦拭干净，晾干后，用刷子蘸开姆洛克胶粘剂，均匀涂在活化层上，涂胶长度150 mm，晾干;把涂好胶的F4活化膜和丁基胶板紧密贴在一起，贴合面应尽量避免有气泡存在，施工时可以把丁基胶片固定好，把F4活化膜滚压到胶片上;把贴合在一起的胶板平放在型腔厚度为0.8 mm的平板模具中，合模加压进行固化粘接。

工艺条件具体如下：温度（140±5）℃，时间（20±1）min，压力3 MPa（100 t）;把生产好的胶板裁成宽度（25±0.5）mm、长度约200 mm的测试试样，不少于5个，进行测试。

2 结果与讨论

2.1    开姆洛克250的结构分析

图1是开姆洛克250的红外光谱图，从图上可以看出开姆洛克250含有不饱和碳=CH（3 000～3 300 cm-1）与饱和碳-CH的强特征吸收峰（2 900～3 070 cm-1）、官能团-N=C=O的强特征吸收峰（2 265～2 275 cm-1）、官能团C=N弱的特征吸收峰（1 650～1 700 cm-1）、苯环C-C的特征吸收峰1 585 cm-1和苯环C-H的特征吸收峰670 cm-1、三氯乙烯的碳氢键振动峰800～1 000 cm-1、三氯乙烯碳氢键的振动吸收峰626 cm-1，可以看出开姆洛克250中含有活性官能团-N=C=O属于多异氰酸酯体系的胶粘剂。该体系粘接机理[1]如下：金属表面通常存在一定的金属氧化物，在有微量水分存在的情况下，异氰酸酯会作用于这类金属氧化物，形成络合物，以脲键作为中介层。另一方面，异氰酸酯还会与橡胶部分氧化而成的烃基及醛基反应，其本身还会聚合，能与橡胶形成具有一定强度的氨基甲酸酯类物质，如图2所示。

2.2    开姆洛克6150的结构分析

开姆洛克6150的红外光谱图如图3所示，可以看出开姆洛克6150含有不饱和碳=CH（3 000～3 300 cm-1）与饱和碳-CH的强特征吸收峰（2 900～3 060 cm-1）、官能团-N=C=O的强特征吸收峰（2 260～2 270 cm-1）、官能团C=N弱的特征吸收峰（1 650～1 700 cm-1）、苯环C-C的特征吸收峰1 575 cm-1和苯环C-H的特征吸收峰675 cm-1。因此，开姆洛克6150相对于开姆洛克250也拥有活性官能团-N=C=O，但是却没了氯化溶剂，所以可以判定开姆洛克6150胶粘剂中不仅含有与开姆洛克250相同的粘结性的官能团异氰酸酯-N=C=O，同时去除了氯化溶剂，满足国家绿色环保要求。

2.3    粘接试样性能测试及分析

将开姆洛克6150与开姆洛克250粘结试样性能进行对比，具体数据如表1、表2、表3、表4、表5、表6、表7、表8所示。

对比表1、表2、表3可以看出，对于4J36钢/氯丁橡胶体系，在室温和低溫下，开姆洛克250的粘接强度略大于开姆洛克6150，主要原因在于氯丁橡胶中含有较多的氯，而开姆洛克250中含有大量氯化溶剂，根据相似相溶原理，开姆洛克250与橡胶的亲和力较强，硫化过程中与橡胶易发生化学反应，从而增加了粘接强度。不过总体来说，在该体系下开姆洛克6150与开姆洛克250粘接强度相近，均满足产品所需的技术条件要求。

对比表1、表4、表5可以看出，对于4J36钢/丁腈橡胶体系，在室温和低温下，开姆洛克250与开姆洛克6150的粘接强度几乎相近，主要原因是开姆洛克6150与开姆洛克250的主体结构相似，与橡胶和金属的机理一样，所以最终粘接性能相近，且均满足产品所需的技术条件要求。

对比表1、表6可以看出，对于不锈钢/氯醇橡胶体系，在室温下，开姆洛克250的粘接强度大于开姆洛克6150，主要原因在于此橡胶为氯醇橡胶，其中含有较多的氯，而开姆洛克250中含有大量氯化溶剂，根据相似相容原理，与橡胶的亲和力较强，硫化过程中与橡胶易于发生化学反应，从而增加了粘接强度。不过总体来说，在该体系下开姆洛克6150与开姆洛克250粘接强度相近，均满足产品所需的技术条件要求。

从表7可以看出，对于黄铜/丁基橡胶体系，在室温下，开姆洛克6150的粘接强度大于开姆洛克250，但是粘接强度都非常低，主要原因在于此胶为丁基橡胶，丁基橡胶为饱和碳链的橡胶，仅含极少的交联用双键，不含杂原子官能团，因此粘接仅靠胶粘剂与橡胶之间通过分子或链段之间的相互扩散、渗透和共交联作用而实现粘接，胶粘剂和橡胶内部很少发生物理、化学反应，因而橡胶和粘接助剂之间的作用力较小，导致橡胶与金属之间的整体粘接强度偏低。

从表8可以看出，F4活化膜与丁基胶片粘接，使用开姆洛克250或者6150，T剥离强度差别不大，破坏形式主要是丁基橡胶断裂。

3 结语

（1）新型硫化胶粘剂开姆洛克6150应用于通用橡胶与金属硫化粘接的粘接效果良好，尤其是对氯丁橡胶这类极性橡胶的粘接强度可以达到10 MPa以上。开姆洛克6150有绿色环保、稳定性好、应用广泛、成熟度高的优点。

（2）新型硫化胶粘剂开姆洛克6150粘合性能与非环保型胶粘剂开姆洛克250相当，在黄铜/丁基胶体系中甚至更高。

（3）在硫化胶粘剂档次参差不齐的情况下，应该根据市场需求，积极开发研制高性能、高附加值的硫化胶粘剂，重点开发环境友好型胶粘剂，这样更有利于能源和资源的合理利用及环境污染的防治，提高企业的国际市场竞争力。

[参考文献]

[1] 蒲启君.橡胶与骨架材料的粘合机理[J].橡胶工业，1999，46（11）：684-695.