汽車襯套用不同硫化體系天然橡膠膠料的粘接性能

何方科，胡余優(yōu)，李 劍，邵偉國(guó)，劉 維*

[1.建新趙氏科技有限公司，浙江 寧海 315609；2.杜邦（中國(guó)）研發(fā)管理有限公司，上海 201203]

時(shí)至今日，汽車已經(jīng)成為千家萬戶必備的日常出行工具，國(guó)內(nèi)外各大車企的競(jìng)爭(zhēng)也越發(fā)激烈。除價(jià)格比拼外，提升車輛的人體舒適度已經(jīng)成為車企提高客戶滿意程度及競(jìng)爭(zhēng)力的迫切需求。在眾多車輛的人體舒適度影響因素中，車輛行駛過程中的噪聲和震動(dòng)程度是重中之重，而這與車輛減震部件的質(zhì)量息息相關(guān)[1-2]。

襯套是典型的車輛減震部件，由橡膠和金屬骨架通過粘合劑緊密粘接而成[3-4]。其結(jié)構(gòu)形式有簡(jiǎn)單圓柱襯套、法蘭襯套、開口襯套、球銷襯套等。襯套種類多樣，一方面是為了滿足不同的安裝位置和受載要求，另一方面是為了達(dá)到性能如動(dòng)靜剛度、耐久性能等要求。

金屬與橡膠是兩種截然不同的材料，其模量相差較大，如何將二者緊密地粘接到一起一直是業(yè)界不斷探索的課題[5-10]。尤其是在汽車應(yīng)用領(lǐng)域，兩種不同的材料粘接成一個(gè)整體必須要保證有足夠的粘接強(qiáng)度和粘接面來保證整車的性能。在實(shí)際研發(fā)和生產(chǎn)過程當(dāng)中，經(jīng)常遇到不同配方體系膠料的粘合劑選型問題。一些文獻(xiàn)報(bào)道了不同粘合劑對(duì)天然橡膠（NR）膠料粘接性能的影響[11-13]以及考察不同粘合劑與膠料硫化工藝的匹配性問題[14]。

本工作考察不同粘合體系對(duì)采用不同硫化體系的NR膠料與汽車襯套骨架粘接性能的影響，以期能為不同硫化體系膠料選用合適的粘合體系提供理論支持。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

NR，牌號(hào)CV60，越南進(jìn)口產(chǎn)品；炭黑N330，卡博特（中國(guó)）投資有限公司產(chǎn)品；底涂粘合劑MEGUM 3270和THIXON P-6-EF、面 涂 粘 合 劑THIXON 520-PEF和MEGUM 538、高 活 性 面 涂/單涂粘合劑THIXON OSN-2-EF，杜邦（中國(guó)）研發(fā)管理有限公司產(chǎn)品；鋼鐵外套和鋼鐵內(nèi)芯，常州市金豪精密鋼管有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)配方

1#配方：NR 100，炭黑N330 50，氧化鋅5，硬脂酸 2，芳烴油 5，防老劑RD 2，防老劑4020 2，石蠟 2，硫黃 2，促進(jìn)劑CBS 1，其他5。

2#配方：硫黃 0.8，促進(jìn)劑CBS 2，促進(jìn)劑DTDM 0.9，促進(jìn)劑TMTD 0.3，其余組分及用量同1#配方。

1.3 主要設(shè)備和儀器

Sigma 100型硫化壓機(jī)，德國(guó)Desma公司產(chǎn)品；TY801-120型襯套縮徑機(jī)，寧波天譽(yù)機(jī)械設(shè)備有限公司產(chǎn)品；GT-7001-LS30型萬能材料試驗(yàn)機(jī)，高鐵檢測(cè)儀器（東莞）有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

1.4.1 骨架處理

襯套骨架→拋丸→磷化→涂覆底涂粘合劑→烘干→涂覆面涂粘合劑→烘干→待用。

1.4.2 產(chǎn)品硫化

使用硫化壓機(jī)（一出四模具）進(jìn)行產(chǎn)品硫化，設(shè)定硫化溫度為（175±5） ℃，實(shí)測(cè)硫化溫度為（155±5） ℃，硫化時(shí)間為（500±50） s，塑化溫度為（80±5） ℃。

1.4.3 產(chǎn)品縮徑

使用襯套縮徑機(jī)將成型后的襯套直徑從37 mm縮至36.2 mm，襯套存放24 h后進(jìn)行壓脫測(cè)試。

1.5 性能測(cè)試

1.5.1 膠料性能

膠料性能按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

1.5.2 襯套粘接性能

根據(jù)大眾汽車標(biāo)準(zhǔn)PV3378方法A進(jìn)行襯套的粘接性能測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 膠料性能

本研究?jī)煞NNR配方的主要差別在于硫化體系，其中1#配方采用普通硫化體系，2#配方采用低硫高促硫化體系。兩種NR膠料的性能對(duì)比如表1所示。

表1 兩種NR膠料的性能對(duì)比Tab.1 Performance comparison of two NR compounds

從表1可以看出，采用普通硫化體系的1#配方膠料的t10和t90均長(zhǎng)于采用低硫高促硫化體系的2#配方膠料，說明低硫高促硫化體系NR膠料的反應(yīng)速率略大于普通硫化體系NR膠料。根據(jù)膠料的硫化特性，確定襯套產(chǎn)品的硫化工藝條件為：硫化溫度（實(shí)測(cè)溫度） （155±5） ℃，硫化時(shí)間（500±50） s，塑化溫度 （80±5） ℃。

從表1還可以看出，采用低硫高促硫化體系的2#配方膠料的定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度高于采用普通硫化體系的1#配方膠料，拉斷伸長(zhǎng)率則相反。

2.2 粘合機(jī)理及粘合劑選擇

一般而言，實(shí)現(xiàn)金屬與橡膠粘接需要涂覆底涂和面涂雙涂層熱硫化型粘合劑。其中底涂粘合劑含有的酚醛樹脂、鹵化高分子、穩(wěn)定劑等有效組分溶解和分散在酮類溶劑中，實(shí)現(xiàn)骨架與面涂粘合劑之間的粘接；面涂粘合劑含有的交聯(lián)體系、鹵化高分子、穩(wěn)定體系等有效組分溶解和分散在芳香類溶劑中，實(shí)現(xiàn)底涂粘合劑與橡膠的粘接。

面涂粘合劑產(chǎn)品按照交聯(lián)體系和鹵化高分子的不同分為Ⅰ型面涂粘合劑和Ⅱ型面涂粘合劑。一般而言，Ⅰ型面涂粘合劑由于含有較大比例的鹵化高分子成分而具有較好的成膜性和耐沖刷性；Ⅱ型面涂粘合劑由于含有較大比例的交聯(lián)體系成分而具有較高的活性，比較適合難粘膠料如三元乙丙橡膠膠料的粘接。面涂粘合劑配方更接近膠料配方。對(duì)于不同配方膠料，其粘合劑選型主要針對(duì)面涂粘合劑。本研究選用Ⅰ型面涂粘合劑THIXON 520-PEF、Ⅱ 型 面 涂 粘 合 劑MEGUM 538以及高活性面涂/單涂粘合劑THIXON OSN-2-EF，配合底涂粘合劑，研究采用不同硫化體系的NR膠料與骨架的粘接性能。

2.3 襯套粘接性能

粘合體系對(duì)1#配方（普通硫化體系）膠料襯套粘接性能的影響如表2所示（粘合體系中“/”之前為底涂粘合劑，之后為面涂粘合劑，后同）。

表2 粘合體系對(duì)1#配方膠料襯套粘接性能的影響Tab.2 Effect of adhesive systems on adhesive properties of bushing of 1# formula compound

從表2可以看出：對(duì)于1#配方膠料，采用3種粘合體系襯套的最大破壞力由大到小依次為MEGUM 3270/THIXON 520-PEF 粘 合 體 系、MEGUM 3270/MEGUM 538粘 合 體 系、THIXON P-6-EF/THIXON OSN-2-EF粘合體系；三者破壞后的覆膠率均為100%，即破壞形式為橡膠本身破壞。覆膠率數(shù)據(jù)說明3種粘合體系均能滿足采用普通硫化體系的NR膠料與骨架的粘接要求。

粘合體系對(duì)2#配方（低硫高促硫化體系）膠料襯套粘接性能的影響如表3所示。

表3 粘合體系對(duì)2#配方膠料襯套粘接性能的影響Tab.3 Effect of adhesive systems on adhesive properties of bushing of 2# formula compound

從表3可以看出：對(duì)于2#配方NR膠料，采用3種粘合體系襯套的最大破壞力由大到小依次為 MEGUM 3270/THIXON 520-PEF粘 合 體 系、THIXON P-6-EF/THIXON OSN-2-EF粘 合 體 系、MEGUM 3270/MEGUM 538粘 合 體 系；三 者 破 壞后的覆膠率均為90%，即破壞形式主要為橡膠本身破壞，部分（10%）破壞為面涂粘合劑與橡膠之間的粘合失效。覆膠率數(shù)據(jù)說明3種粘合體系均能滿足采用低硫高促硫化體系的NR膠料與骨架的粘接（覆膠率大于85%）要求。

單純從NR硫化膠的強(qiáng)度來看，采用普通硫化體系的NR硫化膠低于采用低硫高促硫化體系的NR硫化膠；制成襯套產(chǎn)品后，采用普通硫化體系的NR硫化膠與骨架的最大破壞力大于采用低硫高促硫化體系的NR硫化膠。這可能是由于粘合體系在不同硫化體系NR膠料界面的遷移反應(yīng)造成的交聯(lián)密度差異引起的。從反應(yīng)機(jī)理來看，粘合劑層的有效交聯(lián)組分和膠料中的活性成分在硫化過程中通過層間吸附、遷移、反應(yīng)而達(dá)到粘接的目的。低硫高促硫化體系中的硫黃含量較小，向粘合劑界面層的可遷移物質(zhì)較少，使得界面的交聯(lián)密度相對(duì)較低。

從NR膠料與骨架的粘接數(shù)據(jù)來看，低硫高促硫化體系膠料襯套破壞后的覆膠率約為90%，低于普通硫化體系膠料襯套。這說明由于硫黃含量較小，NR膠料趨于難粘。但對(duì)本研究襯套產(chǎn)品，其破壞后90%的覆膠率基本能夠滿足粘接需要。

對(duì)比不同的粘合體系NR膠料襯套，MEGUM 3270/THIXON 520-PEF粘合體系NR膠料襯套的最大破壞力大于其他兩種粘合體系NR膠料襯套，這與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果一致。一般而言，Ⅰ型面涂粘合劑中鹵化高分子含量較大，物理吸附能力更強(qiáng)，而且對(duì)硫化過程中壓力的敏感性更低，從而表現(xiàn)出更大的粘接力。

3 結(jié)論

（1）與采用普通硫化體系的NR膠料相比，采用低硫高促硫化體系的NR膠料的反應(yīng)速率略快，拉伸強(qiáng)度略高。

（2）對(duì)于襯套最大破壞力，采用普通硫化體系的NR膠料大于采用低硫高促硫化體系的NR膠料。

（3）對(duì)于3種粘合劑體系，采用MEGUM 3270/THIXON 520-PEF粘合體系的NR膠料襯套的最大破壞力大于采用其他兩種粘合劑體系的NR膠料襯套。

（4）MEGUM 3270/THIXON 520-PEF，MEGUM 3270/MEGUM 538 和 THIXON P-6-EF/THIXON OSN-2-EF三種粘合體系均適合普通硫化體系和低硫高促硫化體系NR膠料與汽車襯套骨架的粘接。