汽车衬套用不同硫化体系天然橡胶胶料的粘接性能

何方科，胡余优，李 剑，邵伟国，刘 维*

[1.建新赵氏科技有限公司，浙江 宁海 315609；2.杜邦（中国）研发管理有限公司，上海 201203]

时至今日，汽车已经成为千家万户必备的日常出行工具，国内外各大车企的竞争也越发激烈。除价格比拼外，提升车辆的人体舒适度已经成为车企提高客户满意程度及竞争力的迫切需求。在众多车辆的人体舒适度影响因素中，车辆行驶过程中的噪声和震动程度是重中之重，而这与车辆减震部件的质量息息相关[1-2]。

衬套是典型的车辆减震部件，由橡胶和金属骨架通过粘合剂紧密粘接而成[3-4]。其结构形式有简单圆柱衬套、法兰衬套、开口衬套、球销衬套等。衬套种类多样，一方面是为了满足不同的安装位置和受载要求，另一方面是为了达到性能如动静刚度、耐久性能等要求。

金属与橡胶是两种截然不同的材料，其模量相差较大，如何将二者紧密地粘接到一起一直是业界不断探索的课题[5-10]。尤其是在汽车应用领域，两种不同的材料粘接成一个整体必须要保证有足够的粘接强度和粘接面来保证整车的性能。在实际研发和生产过程当中，经常遇到不同配方体系胶料的粘合剂选型问题。一些文献报道了不同粘合剂对天然橡胶（NR）胶料粘接性能的影响[11-13]以及考察不同粘合剂与胶料硫化工艺的匹配性问题[14]。

本工作考察不同粘合体系对采用不同硫化体系的NR胶料与汽车衬套骨架粘接性能的影响，以期能为不同硫化体系胶料选用合适的粘合体系提供理论支持。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，牌号CV60，越南进口产品；炭黑N330，卡博特（中国）投资有限公司产品；底涂粘合剂MEGUM 3270和THIXON P-6-EF、面 涂 粘 合 剂THIXON 520-PEF和MEGUM 538、高 活 性 面 涂/单涂粘合剂THIXON OSN-2-EF，杜邦（中国）研发管理有限公司产品；钢铁外套和钢铁内芯，常州市金豪精密钢管有限公司产品。

1.2 试验配方

1#配方：NR 100，炭黑N330 50，氧化锌5，硬脂酸 2，芳烃油 5，防老剂RD 2，防老剂4020 2，石蜡 2，硫黄 2，促进剂CBS 1，其他5。

2#配方：硫黄 0.8，促进剂CBS 2，促进剂DTDM 0.9，促进剂TMTD 0.3，其余组分及用量同1#配方。

1.3 主要设备和仪器

Sigma 100型硫化压机，德国Desma公司产品；TY801-120型衬套缩径机，宁波天誉机械设备有限公司产品；GT-7001-LS30型万能材料试验机，高铁检测仪器（东莞）有限公司产品。

1.4 试样制备

1.4.1 骨架处理

衬套骨架→抛丸→磷化→涂覆底涂粘合剂→烘干→涂覆面涂粘合剂→烘干→待用。

1.4.2 产品硫化

使用硫化压机（一出四模具）进行产品硫化，设定硫化温度为（175±5） ℃，实测硫化温度为（155±5） ℃，硫化时间为（500±50） s，塑化温度为（80±5） ℃。

1.4.3 产品缩径

使用衬套缩径机将成型后的衬套直径从37 mm缩至36.2 mm，衬套存放24 h后进行压脱测试。

1.5 性能测试

1.5.1 胶料性能

胶料性能按照相应国家标准进行测试。

1.5.2 衬套粘接性能

根据大众汽车标准PV3378方法A进行衬套的粘接性能测试。

2 结果与讨论

2.1 胶料性能

本研究两种NR配方的主要差别在于硫化体系，其中1#配方采用普通硫化体系，2#配方采用低硫高促硫化体系。两种NR胶料的性能对比如表1所示。

表1 两种NR胶料的性能对比Tab.1 Performance comparison of two NR compounds

从表1可以看出，采用普通硫化体系的1#配方胶料的t10和t90均长于采用低硫高促硫化体系的2#配方胶料，说明低硫高促硫化体系NR胶料的反应速率略大于普通硫化体系NR胶料。根据胶料的硫化特性，确定衬套产品的硫化工艺条件为：硫化温度（实测温度） （155±5） ℃，硫化时间（500±50） s，塑化温度 （80±5） ℃。

从表1还可以看出，采用低硫高促硫化体系的2#配方胶料的定伸应力和拉伸强度高于采用普通硫化体系的1#配方胶料，拉断伸长率则相反。

2.2 粘合机理及粘合剂选择

一般而言，实现金属与橡胶粘接需要涂覆底涂和面涂双涂层热硫化型粘合剂。其中底涂粘合剂含有的酚醛树脂、卤化高分子、稳定剂等有效组分溶解和分散在酮类溶剂中，实现骨架与面涂粘合剂之间的粘接；面涂粘合剂含有的交联体系、卤化高分子、稳定体系等有效组分溶解和分散在芳香类溶剂中，实现底涂粘合剂与橡胶的粘接。

面涂粘合剂产品按照交联体系和卤化高分子的不同分为Ⅰ型面涂粘合剂和Ⅱ型面涂粘合剂。一般而言，Ⅰ型面涂粘合剂由于含有较大比例的卤化高分子成分而具有较好的成膜性和耐冲刷性；Ⅱ型面涂粘合剂由于含有较大比例的交联体系成分而具有较高的活性，比较适合难粘胶料如三元乙丙橡胶胶料的粘接。面涂粘合剂配方更接近胶料配方。对于不同配方胶料，其粘合剂选型主要针对面涂粘合剂。本研究选用Ⅰ型面涂粘合剂THIXON 520-PEF、Ⅱ 型 面 涂 粘 合 剂MEGUM 538以及高活性面涂/单涂粘合剂THIXON OSN-2-EF，配合底涂粘合剂，研究采用不同硫化体系的NR胶料与骨架的粘接性能。

2.3 衬套粘接性能

粘合体系对1#配方（普通硫化体系）胶料衬套粘接性能的影响如表2所示（粘合体系中“/”之前为底涂粘合剂，之后为面涂粘合剂，后同）。

表2 粘合体系对1#配方胶料衬套粘接性能的影响Tab.2 Effect of adhesive systems on adhesive properties of bushing of 1# formula compound

从表2可以看出：对于1#配方胶料，采用3种粘合体系衬套的最大破坏力由大到小依次为MEGUM 3270/THIXON 520-PEF 粘 合 体 系、MEGUM 3270/MEGUM 538粘 合 体 系、THIXON P-6-EF/THIXON OSN-2-EF粘合体系；三者破坏后的覆胶率均为100%，即破坏形式为橡胶本身破坏。覆胶率数据说明3种粘合体系均能满足采用普通硫化体系的NR胶料与骨架的粘接要求。

粘合体系对2#配方（低硫高促硫化体系）胶料衬套粘接性能的影响如表3所示。

表3 粘合体系对2#配方胶料衬套粘接性能的影响Tab.3 Effect of adhesive systems on adhesive properties of bushing of 2# formula compound

从表3可以看出：对于2#配方NR胶料，采用3种粘合体系衬套的最大破坏力由大到小依次为 MEGUM 3270/THIXON 520-PEF粘 合 体 系、THIXON P-6-EF/THIXON OSN-2-EF粘 合 体 系、MEGUM 3270/MEGUM 538粘 合 体 系；三 者 破 坏后的覆胶率均为90%，即破坏形式主要为橡胶本身破坏，部分（10%）破坏为面涂粘合剂与橡胶之间的粘合失效。覆胶率数据说明3种粘合体系均能满足采用低硫高促硫化体系的NR胶料与骨架的粘接（覆胶率大于85%）要求。

单纯从NR硫化胶的强度来看，采用普通硫化体系的NR硫化胶低于采用低硫高促硫化体系的NR硫化胶；制成衬套产品后，采用普通硫化体系的NR硫化胶与骨架的最大破坏力大于采用低硫高促硫化体系的NR硫化胶。这可能是由于粘合体系在不同硫化体系NR胶料界面的迁移反应造成的交联密度差异引起的。从反应机理来看，粘合剂层的有效交联组分和胶料中的活性成分在硫化过程中通过层间吸附、迁移、反应而达到粘接的目的。低硫高促硫化体系中的硫黄含量较小，向粘合剂界面层的可迁移物质较少，使得界面的交联密度相对较低。

从NR胶料与骨架的粘接数据来看，低硫高促硫化体系胶料衬套破坏后的覆胶率约为90%，低于普通硫化体系胶料衬套。这说明由于硫黄含量较小，NR胶料趋于难粘。但对本研究衬套产品，其破坏后90%的覆胶率基本能够满足粘接需要。

对比不同的粘合体系NR胶料衬套，MEGUM 3270/THIXON 520-PEF粘合体系NR胶料衬套的最大破坏力大于其他两种粘合体系NR胶料衬套，这与实际生产结果一致。一般而言，Ⅰ型面涂粘合剂中卤化高分子含量较大，物理吸附能力更强，而且对硫化过程中压力的敏感性更低，从而表现出更大的粘接力。

3 结论

（1）与采用普通硫化体系的NR胶料相比，采用低硫高促硫化体系的NR胶料的反应速率略快，拉伸强度略高。

（2）对于衬套最大破坏力，采用普通硫化体系的NR胶料大于采用低硫高促硫化体系的NR胶料。

（3）对于3种粘合剂体系，采用MEGUM 3270/THIXON 520-PEF粘合体系的NR胶料衬套的最大破坏力大于采用其他两种粘合剂体系的NR胶料衬套。

（4）MEGUM 3270/THIXON 520-PEF，MEGUM 3270/MEGUM 538 和 THIXON P-6-EF/THIXON OSN-2-EF三种粘合体系均适合普通硫化体系和低硫高促硫化体系NR胶料与汽车衬套骨架的粘接。