橡胶与金属粘接性能试验方法课件.ppt

1、橡胶与金属粘接性能试验方法介绍橡胶与金属粘接性能试验方法介绍 GB/T77602003 硫化橡胶或热塑性橡胶与硬质板材粘合的测定 90剥离法 GB/T77612003 橡胶与刚性材料粘合强度的测定圆锥件法 1 概说概说 在一些橡胶制品的结构设计中, 引进了金属或其它材料，例如在橡胶减震器中采用金属骨架等。橡胶制品中应用这些材料的主要目的是为了增加强度、控制变形 , 使制品具有适宜的刚度和尺寸稳定性。 橡胶与金属粘接的制品中 , 产品性能除了与选用的材料有关外 , 还与粘接质量的好坏关系很大。在实际使用中 , 有些制品就是因为粘接性能不好,而丧失了使用价值。因此, 在这类产品的研制和生产检验中

2、, 需要测定橡胶与金属粘接性能 , 以便控制产品的质量。橡胶与橡胶与金属或金属或其它材料的粘接其它材料的粘接, 通通常有两种方法常有两种方法：1) 橡胶直接与金属的硫化粘接 (热硫化胶粘剂)2) 采用胶粘剂进行硫化橡胶与金属或其它材料的粘接(冷粘合)。 在评价粘接质量时常提到粘接力和强力两个词，所谓强力通常是指材料分子的内聚力 。所谓粘接力是指两种材料由于表面的化学物理作用而产生的一种结合力 , 是一种界面行为。如果两种材料粘接得好 ,有可能出现粘接力大于材料本身强力的现象 , 这是理想的粘接状态。2常用评价橡胶与金属粘接质量的试验方法常用评价橡胶与金属粘接质量的试验方法 在橡胶与金属粘接性能

3、试验中 , 根据粘接面 的受力状态不同，可分受正应力的拉伸试验 , 受剪应力的剪切试验 , 受线应力的剥离试验。相应的现行试验方法如下 :（1）GB/T77602003硫化橡胶或热塑性橡胶与硬质板材粘合的测定 90剥离法 （2）GB/T77612003 橡胶 用锥形件测定与刚性材料的粘合强度 （3）GB/T128301991 硫化橡胶与金属粘合剪切强度测定方法四板法 （4）GB/T139361992 硫化橡胶与金属粘接拉伸剪切强度测定方法 （5）GB/T152541994 硫化橡胶与金属粘接180剥离试验 3 GB/T77602003 硫化橡胶或热塑性橡胶与硬质板材粘合的测硫化橡胶或热塑性橡胶

4、与硬质板材粘合的测定定 90剥离法剥离法介绍介绍3.1 试验原理及其适用性范围试验原理及其适用性范围本方法规定了一种橡胶与硬质板材90剥离粘合强度的测定方法。 试样为一条橡胶(硫化橡胶或热塑性橡胶)与一块硬质板材料粘合，以90的剥离角剥离，测定橡胶与硬质板材剥离时所需的力。橡胶与硬质板材的90剥离粘合强度是指试样单位宽度上所能承受的最大剥离力。 72163451 5 0+50 试验装置试验装置1间隙约0.3mm 2连接螺丝 3与拉力机上夹具连接孔4板材厚度 5橡胶条 6硬质板材 7与拉力机下夹具连接122345 3.2.2 试样试样标准试样是由厚度为6mm0.1mm、宽度为25mm0.1mm，

5、总长度约为125mm橡胶条与硬质板材粘合所组成。粘合面长度为25mm0.1mm、宽度为25mm0.1mm。试样数量应为4个。3.2.3 试验步骤试验步骤 把试样地装入夹具中。试样的剥离面朝向试验者。把橡胶的自由端装入夹具中。然后开启拉力验机，速度为50mm/min，直至试样完全被分离，记录最大剥离力。 如果试验在其他温度下进行，必须将试样在温度控制箱中保持足够长的时间，以确保试样达到所需温度。 试验时也可使用自动绘图装置，对试样的剥离过程进行记录。3.2.4 结果表示结果表示 剥离粘合强度（单位为N/mm）,由最大剥离力（单位N）除以示试样宽度（单位为mm）计算得出。 试验结果以平均值、最大值

6、、最小值表示，并列出试样破坏类型。 用以下代号表述破坏类型。 R橡胶破坏； RC橡胶与粘合剂层间破坏； CP粘合剂层与底胶间破坏（如使用底胶）； PS底胶与板材间破坏； CS粘合剂层与板材间破坏； D对于无粘合剂试样破坏直接发生在橡胶与板材间的粘合面； S板材破坏。试验结果将四个试样破坏类型全部表示出（如3个“R”，1个“RC”）。 由此可见 , 在试验报告中说明粘接试样的破坏类型是很重要的。如有两种粘接情况, 测试所得时粘接强度相同，一种试样是粘附破坏 , 而另一种试样是被粘材料破坏。实际上是产生被粘材料破坏的粘接性能要比另一种粘接性能要好。因此 , 通过对粘接面破坏类型的分析 , 对确定进

7、一步提高粘接强度的方向也是很重要的。3.4 影响测评粘接性能的因素影响测评粘接性能的因素 橡胶粘接破坏是一种非常复杂的力学现象，关于橡胶粘接的拉伸或剥离破坏的理论众说纷纭，但无论是分子取向理论、缺陷统计理论，还是交联网络理论都只是把复杂的问题进行了简化和理想化处理。一种最简单而实用的方法是通过简化处理，建立 “标准试样”的破坏模型，采用橡胶物理试验方法来评价橡胶与金属粘接质量。橡胶与金属粘合组件中的粘合结构是很复杂的，粘接质量受金属类型及其表面处理状况、粘合剂、打底胶浆和弹性体的组份、填料的类型和用量以及硫化体系等因素的影响。一旦选定了试验方法，影响测评粘接性能结果的因素除了橡胶、胶粘剂和金属

8、材料的本身的性能之外，还与试件的制作与试验过程有关。即： 试件制作和试验方法的影响试件制作和试验方法的影响3.4.1 试件制作的影响试件制作的影响 试样的粘接质量与制作工艺有很大的关系。这里所指的制作工艺含金属表面处理方法、粘接试件制作方式和条件有关。 金属表面处理方法的影响在粘接制件中获得最佳的粘接强度的重要条件之一是金属表面的有效处理。表面处理方法有两类 : 物理方法和化学方法。从处理的方式看有，表面清洗、用水溶性清洁剂清洗、机械处理和溶剂处理。 3.4.2 橡胶与金属粘接试件制作方式的影响橡胶与金属粘接试件制作方式的影响 橡胶与金属粘接试件制作方式有模压法、传递模压法、注压法等，不同的制

9、作方式同类试样的同种试验所取得的试验的结果也不相同。 例如模压法是目前国内生产橡胶制品广泛采用的一种方法，经研究证明某些橡胶胶料与金属的热硫化粘合体在不同方向的粘合强度差异较大。经对剥离粘合强度的方向性差异与胶料在模腔内的流动方向的依赖关系所作的研究说明，两者相关。相关。 3.4.3 本方法试样制备应注意的问题本方法试样制备应注意的问题 可以采用两种模具制备试样。一种用于制备多个试样，另一种用于制备单个试样。当试样使用一种橡胶和一种粘合剂时可使用多试样的模具。模腔与试样长度方向上平行的尺寸为125mm。模具的横向尺寸取决于每次制样的数量。考虑到所用板材的厚度变化，给橡胶在模腔留出6mm0.05

10、mm的深度空间，所以模腔深度（即与试样平面垂直的方向）也同样是可根据板材厚度变化的。 除非试样的宽度不适合模具的尺寸，否则在制备同一种试样时，应使用上述的模具。 当使用未硫化橡胶或热塑性橡胶制样时，可从一块足够厚的胶片上直接裁下与模具大小相应的胶条（长125 mm，宽度由试样数量定）。其厚度应能保证在制备试样过程中橡胶与底板之间具有适宜的最大压力。 在制样过程中，须注意保持粘合面的干净，避免灰尘、湿气、和外界物质对粘接面的污染。 粘合剂的使用应按照其说明书进行。可使用溶剂或用粘合剂说明书中要求的方法，对被粘合材料的表面进行处理。 用粘合剂粘合试样时。把组件放入模具中，板材在底层。若同时制备多个

11、试样时，应使试样间保持约3mm间隔，以便粘合后取样。 特别注意，应用压敏膠粘帶把板材的兩端隔離，以使粘合有效面积能满足规定。 在试样尚未完全冷确前，把试样从模具中取出时要十分小心，应避免试样粘合面由于受到应力作用而影响试验结果。 当同时制备多个试样时，就需要把试样分割开，分割可用剪刀、刀片或其他适宜工具。为使胶条的边缘和硬材的边缘对齐，可用皮带沙轮打磨。但需注意防止打磨时橡胶过热，试样宽度不能减少到超过规定范围。 粘合每件试样时，都应使粘接部位长25mm0.1mm、宽25mm0.1mm尽可能在硬质板材中央的范围内。这也是剥离角视作900的必要条件之一. 3.4.3 试验过程的影响试验过程的影响

12、不同试验方法的试验过程，不同程度地影响试验的结果，这也是试验方法中需要引入“不确定度”的原因之一。以下仅对2003年后发布的新标准作一试验过程的影响说明。3.4.3.1方法的适用性方法的适用性本方法不适用于硬质橡胶与金属的粘接质量评价。此时的剥离角与方法原设计软质胶的剥离角已有了较大的区别。 3.4.3.2 试验过程应注意的问题试验过程应注意的问题 在加载之前，先用锋利的刀片把橡胶从板材上剥下1.5mm。试验过程中，当橡胶将被撕裂时,可暂停试验,并用小刀将橡胶与板材分割开。割口应紧贴板材。 4.4.3.3 拉力试验机的夹具拉力试验机的夹具 夹具的设计应使夹具能与拉力机的上夹具连接,并且在整个试

13、验过程中，能使引起剥离的拉力方向始终同（橡胶/硬质板材）粘合面基本保持垂直，也就是与固定面保持90角。夹具的间隙过大或前后移位都将影响试验的结果。 3.4.3.4 试样粘接板材的厚度试样粘接板材的厚度 硬质板材需要有一定厚度，以避免试验过程中板材变形。金属板材可用1.5mm0.1mm，如使用塑料板或其他板材时可能需要厚一些。板材宽度为25mm0.1mm，长度为60 mm1mm。下例为板材厚度对试验结果的影响,这里试样板材为PVC板与再生橡胶用双组份聚氨酯胶粘剂在室温下粘接，其中1#PVC板为3.0mm厚、2# PVC板为5.6mm厚。试样粘接后在室温停放24小时后试验。试验室环境温度23停放3

14、小时。试验结果如表1、表2示。试验结果。表 1（试验记录）1#2#试样宽度mm最大剥离力N剥离强度N/mm破坏类型试样宽度mm最大剥离力N剥离强度N/mm破坏类型25.01084.3R25.01194.8R25.01174.7R25.01255.0R25.01355.4R25.01204.8R25.01255.0R25.01275.1R3.5 试验的其他应用形式试验的其他应用形式 可以采用本方法来检验粘合的粘弹性特性，此时可使用其他加载速度。在此种应用情况下，推荐采用以对数规律增加剥离速度。 对于同一个粘合系统来说,为了更好的了解粘合剂的粘弹性特征,可将试验在多个速度和多个温度下进行。包括试样

15、从内聚破坏到粘附破坏的转变。 3.6 本标准与本标准与ISO 813:1997的主要差异的主要差异 本标准等效采用ISO 813:1997硫化橡胶或热塑性橡胶与硬质板材料粘合强度得测定90剥离法主要差异为本标准的试验结果以平均值，最大值与最小值表示，而ISO 813:1997中无明确规定。 本标准试验结果中的破坏类型用四个试样的破坏类型一起表示（如“3个R；1个CP”），而ISO 813:1997中无明确规定。本标准删除了 ISO 813：1997中的参考件附录B参考文献3.7 本标准与本标准与GB /T 7760-1987硫化橡胶与金属粘合硫化橡胶与金属粘合的测定的测定 单板法单板法的主要差

16、异为的主要差异为 被粘材料不同。GB/T 7760-1987中规定了被粘材料为金属与硫化橡胶，而本标准中将硫化橡胶改为硫化橡胶或热塑性橡胶；将金属改为硬质板材，并且板材的厚度是可根据情况作适当变化，只要保证板材在试验过程中不发生变形。 夹具有所不同。由于硬质材料的厚度是可变的，所以本标准中夹具的试样夹持部分有所变化。试样破坏形式的表示有所改变。试样数量由不应少于5个变为4个。对于试样的制备也较原先更为详细。本标准还允许试验在高于或低于常温的环境中进行。 增加了附录A对粘接性能的粘弹性的分析。 4. GB/T77612003橡胶与刚性材料粘合强度的橡胶与刚性材料粘合强度的测定圆锥件法测定圆锥件法

17、4.1 试验原理与适用范围试验原理与适用范围 本试验原理是测定由圆柱形橡胶粘接两个圆锥形刚性体所组成的标准试样产生破坏所需的力，是一种测定硫化橡胶对刚性材料静态粘合强度方法。由于试样的几何形状特殊，应力集中于圆锥件顶端，在大多数情况下试样的破坏发生在橡胶和圆锥件界面之间。 在一些粘合件的粘合支撑件的横截面很小，尽管其模量很高但刚度很低，如橡胶和金属丝、帘线或薄片的粘合不适于使用本方法来评价粘接质量。 4.2 试验方法介绍试验方法介绍4.2.1 试验装置试验装置拉力试验机与配置的夹具。4.2.2 试样试样形状和尺寸见图1，刚性体圆柱形部分和橡胶圆柱的直径应为250.5mm,刚性体圆锥端 面 间

18、的 距 离 应 为121mm,圆锥顶点的半角应为451，而顶尖的球半径不大于0.8mm。至少要制备和测试3个试样。 圆锥件端头最大曲率半径0.8圆锥件端头橡胶1 2 1 3 4.2.3 试验步骤试验步骤 将试样装到拉伸试验机的夹具上，小心对中和调整试样，以致测试时拉力对称地分布于横截面上。夹具以50mm/min5 mm/min的恒速分离而施以拉力，直至式样断裂并记录最大力值，并检查破坏的表面4.2.4 试验结果表示试验结果表示 试样产生破坏所需要的力即为粘合力，以牛顿表示。取全部测试值的平均值、最大值和最小值作为测试的试样结果纪录粘合破坏的类型4.3 试验的注意事项：试验的注意事项：4.3.1

19、 粘接用刚性件粘接用刚性件4.3.1.1 粘接刚性件的材质和尺寸粘接刚性件的材质和尺寸如果对刚性件材料的技术要求没有做出规定，应使用低碳钢棒材制作，且锥形面要经过喷沙处理。本标准只规定了每个刚性件的圆柱部分长度应不小于5mm，且应加工成便于和试验机上的夹具相匹配，而没有规定整个刚性件的总长度。推荐采用ASTM D 429中的推荐值23.40.5mm（标称值23.50.5mm）。4.3.1.2 刚性件的重复使用刚性件的重复使用 粘合用的刚性件可以重复使用,刚性件通常可以采取燃烧或化学清理的方法进行维护，也可采用机械或化学的表面处理技术，用以重新获得一个清洁的粘合表面。锥形尖端的锐利程度在维护过程

20、中可能会降低，这将影响测试结果的重现性，必须小心从事以使重新形成锥形锐利到球面半径小于等于0.8mm。圆锥顶点的半角应为451。4.3.2 试样制作应注意的问题试样制作应注意的问题 试样模具设计应考虑到重复使用所加工的刚性部件会导致尺寸的逐渐变小, 模具设计保证刚性体圆锥端面间的距离应为121mm。ASTM 给出硫化粘合模具照片及依此模具确定的混炼胶的体积，用足够的胶料填满空隙，胶料填满模腔，另有些余胶为好。 硫化结束后，在试片完全冷却之前试样出模时要特别小心，防止粘合表面承受过大的应力 4.3.3 试验用的夹具试验用的夹具 试验用的夹具应能使所加负荷的作用线与试样的中心线一致,可以采用滑槽式夹具与试样的锥形件颈部匹配,并注意中心定位。4.4粘合破坏的类型 通过对断裂试样的观察，确定粘合破坏的类型。并以下列一个或多个符号表示：R 橡胶块破坏；RC 橡胶和上层胶之间界面破坏；CP 上层和底层胶之间的界面破坏；M 金属和底层胶界面破坏。每个符号后面还要用该种类型的破坏占锥形面积的百分数，估计精确到5%。注： 不同破坏类型的估计百分数表示如下： R50、RC50表示有约50%的破坏发生在橡胶块上，另有50%的破坏发生在橡胶和上层胶之间。R25、RC25、M50表示有约25%的破坏发生在橡胶块上，另有25%的破坏发生在橡胶和上层胶之间，另有50%的破坏发生在金属和底胶层之间。