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　　常见失效模式与解决方案

　　氟橡胶热硫化粘接的典型失效包括界面剥离（占65%）、内聚破坏（25%）和混合型（10%）。界面失效多因表面处理不足或硫化不完全，可通过接触角测试（应<80°）预判；内聚失效常与胶水老化或过硫化相关，TGA分析（分解温度应>300℃）有助于诊断。湿热老化（85℃/85%RH）1000小时后强度保持率是关键质量指标。添加硅烷偶联剂（如KH-550）能显著改善界面稳定性，新型POSS纳米粒子改性胶水可使湿热老化性能提升40%以上。

　　本标准规定了热硫化氟硅橡胶生胶产品的性能要求、试验方法、检验规则以及标志、包装、运输和贮存。本标准适用于以1,3,5-三甲基-1,3,5-三（三氟丙基）环三硅氧烷为主要原料，经本体聚合制得的分子量为60-120万及120万以上的的热硫化氟硅橡胶生胶。

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　　通过润湿使胶粘剂与被粘物紧密接触，主要是*分子间作用力产生永久的粘接。在粘附力和内聚力中所包含的化学键有四种类型:

　　（1） 离子键、（2） 共价键、（3） 金属键、（4） 范德华力

　　3、扩散理论

　　扩散理论认为，粘接是通过胶粘剂与被粘物界面上分子扩散产生的。当胶粘剂和被粘物都是具有能够运动的长链大分子聚合物时，扩散理论基本是适用的。热塑性塑料的溶剂粘接和热焊接可以认为是分子扩散的结果。

　　4、静电理论

　　由于在胶粘剂与被粘物界面上形成双电层而产生了静电引力，即相互分离的阻力。当胶粘剂从被粘物上剥离时有明显的电荷存在，则是对该理论有力的实。

　　5、弱边界层理论

　　弱边界层理论认为，当粘接破坏被认为是界面破坏时，实际上往往是内聚破坏或弱边界层破坏。弱边界层来自胶粘剂、被粘物、环境，或三者之间任意组合。如果杂质集中在粘接界面附近，并与被粘物结合不牢，在胶粘剂和被粘物内部都可出现弱边界层。当发生破坏时，尽管多数发生在胶粘剂和被粘物界面，但实际上是弱边界层的破坏。

　　聚乙烯与金属氧化物的粘接便是弱边界层效应的实例，聚乙烯含有强度低的含氧杂质或低分子物，使其界面存在弱边界层所承受的破坏应力很少。如果采用表面处理方法除去低分子物或含氧杂质，则粘接强度获得很大的提高，事实业已明，界面上确存在弱边界层，致使粘接强度降低。

　　6、粘接的一般过程

　　在进行粘接之前，首先要对被粘表面进行适当的处理，然后将准备好的胶粘剂均匀地涂覆在被粘物表面上，接着便是胶粘剂润湿、流变、扩散、渗透、叠合之后，使之紧密接触。当胶粘剂的大分子与被粘物表面的距离小于0.5nm时，则会互相吸引，产生范德华力或形成氢键、配位键、共价键、离子键、金属键等，加上渗入孔隙中的胶粘剂，固化后生成无数的小"胶钩子",从而完成了粘接过程，于是获得了牢固的粘接。

　　一般来说，粘接过程就是表面处理、涂胶、叠合、固化、后处理等，是一复杂的物理和化学过程。

　　二、橡胶粘接设计考虑因素

　　橡胶弹性体包含:天然橡胶和许多合成橡胶。选择弹性体时应考虑零件的性能要求、是否容易混合、加工或硫化。

　　大部分硫化粘接零件使用:

　　天然橡胶（NR）

　　丁苯橡胶（SBR）

　　氯丁橡胶（CR）

　　丁腈橡胶（NBR）

　　其他常用的合成橡胶包括:

　　丁基橡胶（IIR）

　　异戊二烯橡胶（IR）

　　顺丁橡胶 (BR)

　　氯磺化聚乙烯（CSM）

　　聚丙烯酸酯（ACM）

　　乙烯-丙烯酸酯类 (AEM)

　　各种可浇注聚氨酯（AU或EU）

　　高性能和超高性能的弹性体于要求耐用性和端工作条件的场景。包括各种氟橡胶（FKM）和硅橡胶（MQ），以及氢化丁腈橡胶（HNBR）。

　　零件设计师开始在以缓冲为主要功能的组件中使用可熔融加工的弹性体或热塑性弹性体，包括各种聚烯烃（TPO）、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和热塑性聚氨酯。这些材料不需要硫化，因此并非典型的粘接组件，但易于加工，且产生的废物也可回收利用。用途一般要求在室温下使用。

　　配方体系的变化对粘接性能的影响

　　洛德技术服务实验室生成的数据，结合客户的输入，可以提供用于理解配方体系的变化对粘接性能的影响的相关信息。这些配方应用指南主要与非性二烯弹性体有关，如:EPDM、IIR和NR，也涉及一些更易粘接和性更强的类型，如:CR和NBR。

　　以下配方体系、固化系统、填料、增塑剂和抗降解剂在不同程度上影响“粘接性”。这些成分的效用如下所示:

　　硫磺含量—配方体系中的硫含量举足轻重:硫含量为1 p.h.r.或以上时，有利于粘接。配方体系含少量硫或无硫则很难粘接。

　　促进剂--常用促进剂中，MBT通常具备良好的粘接性。ZDMC和超促进剂（如TMTD）会降低粘接性，是在EV或半EV硫化体系中。防焦烧剂（PVI）通常添加到硫化的配方体系中，以提升加工性。但使用超促进剂时:NR配方中如存在高含量的PVI，则不利于粘接。PVI如低于0.15 p.h.r.，则粘接效果较好。

　　填料--填料的类型和数量是关键。炭黑含量为40至80 p.h.r.的橡胶比炭黑含量较低的橡胶更容易粘接。粘土和白炭黑等非黑填料也有利于粘接。

　　蜡和油--传递到硫化弹性体表面的蜡质或油质成分会降低粘接性能。包括低分子量聚烯烃助剂（即低熔点聚乙烯和聚丙烯加工助剂/润滑剂）、芳香油和脂肪酸酯（即蓖麻油酸酯）。环烷烃或石蜡油问题比较少。

　　邻苯二甲酸酯增塑剂--尽管经常推荐邻苯二甲酸二辛酯等增塑剂用于维持聚烯烃弹性体（EPDM和IIR）在低温、终端应用中的机械性能，但并不利于粘接。使用邻苯二甲酸酯会影响NBR材料的粘接性。但加入白炭黑等高表面积的无机填料，可中和邻苯二甲酸酯增塑剂的消影响。

　　抗臭氧剂 - 高性能的抗臭氧剂和某些抗氧化剂，是对苯二胺类，可能会减弱粘接性。

　　非二烯类弹性体--未使用硫磺和促进剂固化的弹性体，可加入高表面积的填料提升粘接性。与某些油、增塑剂和蜡混合时，粘接性会降低。

　　三、橡胶硫化粘接问题

　　粘接工艺上有很多需要注意的部分，如果出现问题，都需要查:

　　1、金属基材是不是变化了？

　　2、金属表面的处理是否出现问题，比如有灰尘、有油？

　　3、粘接剂是否过期？

　　4、涂刷在金属表面的粘接剂是否干透了？

　　5、硫化温度是否合理？

　　6、橡胶是否发生了变化？

　　硫化后粘接不好，你要看你涂的胶水是跟着橡胶还是跟着骨架！胶水跟着橡胶走，明你的金属件处理有问题。如果胶水跟着骨架走，明你的硫化工艺存在问题，还有一些问题需要去逐一排查的，是否胶水失效，橡胶是否存在问题，等等。有些问题找不到原因的时候，需要耐心的逐一排查。直到找到为止。

　　骨架的处理方式:高温除油——喷砂——磷化——烘烤——涂胶——固化

　　四、胶粘剂相关概念

　　1、胶黏剂的主要理化性能

　　操作时间

　　胶粘剂混合到待粘结件配对之间的大时间间隔

　　初固化时间

　　达到可搬卸强度时间，允许处理粘结件的强度，包括从夹具上移动零件

　　固化时间

　　胶粘剂混合后得到机械性能需要的时间

　　贮存期

　　在一定条件下，胶黏剂仍能保持其操作性能和规定强度的存放时间

　　粘接强度

　　在外力作用下，使胶粘件中的胶黏剂与被粘物界面或其邻近处发生破坏所需要的应力

　　剪切强度

　　剪切强度是指粘接件破坏时，单位粘接面所能承受的剪切力，其单位用MPa（N/mm2）表示

　　不均匀扯离强度

　　接头受到不均匀扯离力作用时所能承受的大载荷，因为载荷多集中于胶层的两个边缘或一个边缘上，固是单位长度而不是单位面积受力，单位是KN/m

　　拉伸强度

　　拉伸强度又称均匀扯离强度、正拉强度，是指粘接受力破坏时，单位面积所承受的拉伸力，单位用MPa（N/mm2）表示

　　剥离强度

　　剥离强度是在规定的剥离条件下，使粘接件分离时单位宽度所能承受的大载荷，其单位用KN/m表示

　　2、胶粘剂的常见检测项目

　　1.物理性能

　　常规性能:厚度；粘度；耐水性

　　机械测试:拉伸性能；剥离强度；拉伸剪切强度；压缩剪切强度；水平和垂直持粘性

　　燃烧性能:水平燃烧；垂直燃烧；灼热丝燃烧

　　电性能:缘材料表面和体积电阻率；防静电材料表面电阻率；介电强度、击穿电压；耐电压

　　2.老化测试

　　紫外老化；氙灯老化；耐温湿老化；盐雾老化 ；老化后外观及性能评价

　　3.成分分析

　　主成分定性分析；全成分定性分析；全成分定量分析；灰分含量

　　4.性

　　温湿循环；温度冲击；防水防尘；振动测试

　　3、胶黏剂的现行相关标准

　　GB 18581-2009室内装饰装修材料溶剂型木器涂料中有害物质限量

　　GB/T 2791-1995胶黏剂T剥离强度试验方法 挠性材料对挠性材料

　　GB 18581-2009室内装饰装修材料溶剂型木器涂料中有害物质限量

　　GB/T 27934.3-2011纸质印刷品覆膜过程控制及检测方法

　　GB/T 2794-2013胶黏剂黏度的测定 单圆筒旋转黏度计法

　　GB/T 16585-1996硫化橡胶人工气候老化（荧光紫外灯）试验方法

　　GB/T 7124-2008胶粘剂剪切强度

　　ASTM D 1781-1998胶黏剂滚筒剥离试验方

　　一年一度的橡胶交流盛会即将到来，2024年第十六届橡胶技术交流会定于 6月21日- 23日在常州举行。

　　会议由橡胶技术网主办，江苏赛捷新材料有限公司协办，以“分享知识，创造价值”为宗旨，邀请国内橡胶企业的专家老师，橡胶同仁前来交流学。

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　　【会议通知】2024年第十六届橡胶技术交流会将在常州举办（6月21-23日）

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　　氟橡胶胶料的配合

　　一、硫化体系

　　23型与26型氟橡胶是饱和的氟碳化合物，不能用硫磺进行硫化，但在二胺类硫化剂、二羟基化合物硫化剂以及有机过氧化物的作用下，可以进行硫化反应。

　　胺类硫化剂硫化胶，变形较低，耐酸性差；过氧化二苯甲酰耐酸性好，但耐热性较差，工艺性能不好。目前硫化剂很多，常用的硫化剂主要是3号、4号、5号（多羟基化合物）和过氧化二苯甲酰。

　　3号硫化剂全称:N，N-双肉桂叉-1，6—己二胺；

　　4号硫化剂全称:双--（4-氨己基环己基）甲烷氨基甲酸盐

　　5硫化剂全称:对苯二酚（氢醌）

　　23型氟橡胶常采用过氧化二苯甲酰作硫化剂，主要用于耐酸制品；26氟橡胶常用于耐热、耐热油制品，主要采用胺类硫化剂（3号硫化剂）。

　　胺类硫化剂3号硫化剂易于分散，对胶料有增塑作用，工艺性能好，硫化胶的耐热性和压变尚可。4号硫化剂是随246型氟橡胶出现而开发的，没能普遍采用；5硫化剂随着VitonE型胶种的出现而开发的硫化剂。

　　1. 二胺硫化剂:

　　氟橡胶分子中存在着—CH2—CF2—链节，由于氟原子强的电负性，使之在热和碱性化合物（如胺、氧化镁等）存在时，易于脱出氟化氢形成易化的双键，这种含氟烯烃结构很容易与亲核试剂如胺类、酚类加成，并生成交联键。普通二胺或多胺在氟橡胶中硫化起步快降低了胶料的加工**性，一般均采用隐蔽的多元胺，在较高的温度时才发挥其作用，以便迟延硫化起步，环状的氨基甲酸盐即为隐蔽的多元胺的代表。

　　随着硫化剂用量增加，硫化胶的硬度、强度增大，伸长率和压缩变形降低，高温老化后的强度保持率略有提高，伸长保持率则显著下降。

　　在胶料的配合中加入酸接受体（即吸酸剂），以便有效地中和氟橡胶硫化过程中析出的氟化氢（或氯化氢）。氟化氢或氯化氢的存在会妨碍橡胶进一步的交联并能严重腐蚀设备，由于吸酸剂能促进硫化交联密度的提高，赋予硫化胶较好的热稳定性，所以又称为活性剂或稳定剂。吸酸剂的作用与其碱性强弱有关，碱性越强，则所得硫化胶的硫化程度越高，硬度、强度较高，伸长率和压缩变形较小，但碱性越强，加工**性越差，越易于焦烧。常用的吸酸剂有氧化镁、氧化钙、氧化铅、二盐基亚磷酸铅等，吸酸剂对硫化胶的性能有较大的影响，应根据对胶料的要求而适当选择。凡是以耐热为主的配方宜用氧化镁为吸酸剂，当同时要求低压缩变形时，可用氧化钙或者氧化镁与氧化钙并用，要求耐酸的配方则采用氧化铅为吸酸剂。当使用氧化锌和二盐基亚磷酸铅组合时，则耐热性一般，但具有好的耐水性和耐高温水蒸汽的性能。氧化物的用量一般为15~25份。

　　二胺硫化剂其工艺**性，热老化性和抗压缩变形的性能均较差。已经明此种硫化体系有其的性能，如与金属粘合牢固，因而常被用作一些制品，如橡胶与金属的粘合制品。

　　2．二羟基硫化剂:

　　这类硫化剂体系是目前用得*多的，大多数市售氟橡胶中都加入了这类硫化剂。橡胶加工者再加入金属氧化物酸接受体和填料而制成成品胶料。

　　二羟基硫化剂为亲核试剂，使用二羟基硫化体系时硫化体系有更高的交联密度，故使硫化胶耐热性和抗形变得到改善。

　　用二羟基硫化剂硫化氟橡胶要有适当的碱性促进剂存在方能完成。在工业上，已经使用，发展迅速的促进剂主要为季磷盐和季铵盐，其品种甚多，如苄基三苯基氯化磷、苄基三辛基氯化磷等季磷盐和四丁基氢氧化铵及其盐、DBU类化合物及其衍生物等季铵盐。

　　二羟基硫化体系使胶料具有较好的加工性能和抗焦烧性能，较快的硫化速度并使硫化具有的抗压缩变形性能，但抗撕裂性能，是在热态下的抗撕裂性能不够理想。

　　3．过氧化物硫化剂:

　　过氧化物硫化氟橡胶使氟橡胶的耐水蒸汽的性能得到改进。它在硫化时生成的不溶性挥发副产物的量很小。

　　2、补强填充体系

　　氟橡胶在未加入填充剂时其硫化胶即具有较高的强度，补强填充体系虽对它有一定的补强作用，但主要是为了达到改进工艺性能，提高制品的耐热性，硬度，减小压缩变形和降低成本等目的。在氟橡胶中加入5-80份陶土、石墨、滑石粉、云母粉可以降低硫化胶的收缩率。氟橡胶中加入的无机填料是氟化钙，用量一般可达20-35份，它的耐高温（300度）老化性能优于碳黑和其他填料，但工艺性能较喷雾碳黑差，将两者并用，可以得到综合性能好的胶料。碳酸钙和硫酸钡也使用，前者的缘性好，后者可以获得低压变。用量它们一般为20-40份。

　　26型氟橡胶*常用的填料为中粒子热裂法炭黑（MT炭黑）、喷雾炭黑以及奥斯汀炭黑（由沥青化石油制得的产品），填充这些炭黑能够赋予胶料较好的混炼、压出和模压性能，填充中粒子热裂炭黑的胶料并具有优良的耐热性能。炭黑的用量不宜过多，硫化胶的硬度随炭黑的用量的增加而增大，随着炭黑用量的增加，胶料粘度上升工艺性能大大降低，更重要的是硫化胶的脆性温度亦随之升高，炭黑用量一般昀不超过30份。虽然高耐磨炉黑能提高抗撕裂和耐磨耗性能，但由于使胶料流动性变差和导致硫化胶硬度的显著上升，故很少使用。槽法炭黑由于其呈显酸性，迟延硫化一般不用。

　　26型氟橡胶使用白炭黑时，是气相白炭黑的胶料，工艺性能较差，硫胶的耐热，耐磨及高温压缩变形不好，故很少采用。通常只是在使用过氧化物为硫化剂的某些情况下，才使用沉淀法白炭黑，用量为15~30份，此种情况可用于制备浅胶料。使用氟化钙时对提高胶料的耐高温老化性能十分有利，优于炭黑和其它矿物填料，但工艺性能较差且耐酸性能不佳。用碳纤维和纤维状硅酸镁（针状滑石粉）能使硫化胶的高温强度和热老化性能得到提高，但在工艺性能方面较中粒子热裂炭黑稍差，是应用针状滑石粉的胶料有分层现象，给模压带来一定的困难，将其与碳纤维或喷雾炭黑并用会有所改善。用碳纤维填充的硫化胶其压缩变形比中粒子热裂炭黑为小，撕裂强度也相当大，用碳纤维作填料时，由于其导热性良好，在很大程度上，克服了混炼过程的生热问题和粘辊问题，并为氟橡胶作高速油封制件提供了可能性。

　　23型氟橡胶常采用1.5~3份的过氧化二苯甲酰作硫化剂，主要用于耐酸制品。由于炭黑对带有酰基基团的过氧化物有阻化作用，故能妨碍硫化反应，使硫化胶的物理机械性能低于以白炭黑为填料者，因此23型氟橡胶很少采用炭黑为填料。当使用沉淀法白炭和气相法白炭黑为填料时，硫化胶的室温抗张强度及硬度*高，但气相法白炭黑耐长期热老性能不佳。在200℃下长期老化后抗张强度保持*好的是氟化钙和二氧化钛，但氟化钙耐酸性能差，故常用沉淀法白炭黑和二氧化钛为填料，其用量为沉淀法白炭黑5~15份或二氧化钛20~30份。

　　3、操作体系

　　一般的增塑物质不能适用于氟橡胶，因为它们不仅会使硫化胶的耐热性和化学稳定性变差，而且在二段高温硫化过程中增塑物质往往会被蒸出，当含量较大时造成硫化制品严重收缩变形甚至起泡，故对增塑物质的要求甚高，对26型氟橡胶较好的软化剂为高粘度氟硅油或高粘度氟硅油与酚醛树脂的组合，它们可以降低硫化胶的硬度而对硫化胶的耐热、耐油、耐溶剂等性能影响很小。采取并用少量低分子氟橡胶的方法可以改善混炼和模压性能，并对硫化胶的耐热性能无明显影响。在23型氟橡胶中加入3~5份低分子量的聚三氟氯乙烯（氟蜡）为软化剂，可以降低胶料的粘度，改善混炼、压出、压延等工艺性能，同时对硫化胶的室温强度，200℃长期老化以及耐硝酸，耐油等性能均无明显影响。