Legame gomma-metallo: processo, adesivi e modalità di guasto

L'incollaggio da gomma a metallo è il processo che rende un elastomero e un inserto metallico un singolo carico che trasporta parte e quando funziona nessuno se ne accorge Quando si guasta un supporto motore cade, una boccola di sospensione sferraglia o un ciclo di produzione automobilistica di 1.000 pezzi viene rifiutato durante l'ispezione in entrata Questo documento descrive come sono costruite le parti incollate, quali negozi chimici adesivi utilizzano reali, e le modalità di guasto che rendono affidabile una linea o rottami Se specifichi un servizio di incollaggio da gomma a metallo per il primo tempo o risolvi i problemi di produzione precedente inizia il guasto della tua serie a velocità.

Cos'è il legame tra gomma e metallo?

L'incollaggio gomma-metallo è un processo di giunzione chimica attivato termicamente in cui un elastomero non indurito viene fuso permanentemente su una superficie metallica durante la vulcanizzazione. Uno strato adesivo di primer e rivestimento poggia tra i due materiali durante il riscaldamento, e il calore e la pressione del processo vulcanizzano nuovamente la gomma e induriscono anche l'adesivo. La parte finita è un singolo componente incollato che trasferisce il carico mediante deformazione della gomma con ancoraggio del carico sulla linea di collegamento al metallo.

Il motivo principale per cui i negozi di produzione si preoccupano della chimica piuttosto che limitarsi a imbullonare, rivettare o saldare un tampone di gomma a una parte metallica è che gli elementi di fissaggio meccanici concentrano lo stress in ogni punto di fissaggio, causano affaticamento della gomma attorno al foro e degradano la durata della tenuta e alla fine perdono sotto carico dinamico Un legame chimico distribuisce il carico su tutta l'area di contatto, sopporta milioni di cicli termici, smorza i sonagli, scivola sotto il carico senza squittire ed è silenzioso per tutta la vita della macchina. Questo è il motivo per cui trasportare la gomma al metallo incollando nelle vibrazioni del rumore e nelle applicazioni di durezza è una soluzione preferita rispetto ai gruppi saldati, rivettati o imbullonati, i legami elastomerici smorzano l'aereo, il camion e la rotaia rimanendo quasi invisibili al bordo dello spettro dati sulle vibrazioni.

Qual è lo scopo dell'incollaggio gomma-metallo?

L'esigenza funzionale è quella di combinare due proprietà che nessun materiale ha: l'assorbimento di energia elastica di una gomma con la ghiera e la fissabilità del metallo La gomma da sola non può essere imbullonata nel vano motore senza aprire il foro del bullone Il metallo da solo non può assorbire la banda di vibrazione 20-200 Hz che crea la qualità di guida e il comfort della cabina Il loro legame insieme produce un isolatore che si monta come un metallo, si smorza come una gomma esattamente ciò che rende le boccole delle sospensioni e i supporti del compressore in modo affidabile durante milioni di cicli.

La qualità del legame gomma-metallo viene testata in base al ASTM D429 Metodi di prova standard per la proprietà-adesione della gomma ai substrati rigidi, che delinea cinque metodi di prova con lettere Il metodo A utilizza un sandwich di gomma tra metalli tirato in tensione Il metodo B, il test di pelatura a 90 gradi, è lo standard industriale de facto per il controllo qualità della produzione perché non solo indica il grado di forza del legame, ma individua anche dove il legame è fallito (R, RC, CM o M, dettagliato nella sezione delle modalità di guasto) Il test di pelatura 90 è stato dimostrato dal settore almeno dagli anni '80.

Come è la gomma legata al metallo? Il processo a 5 fasi

Ogni linea di processo di incollaggio gomma-metallo-ogni negozio da 500 pezzi al giorno fare negozio a 50.000 a settimana (Tier-1 OEMs supporti motore di lavoro sullo standard automobilistico IATF 16949, per esempio) - passa attraverso le stesse cinque fasi Ciò che differenzia ogni negozio è il grado di controllo stretto per ogni passo Questi cinque passaggi sono: preparazione della superficie del metallo, rivestimento di primer, rivestimento adesivo rivestimento rivestimento di rivestimento (topcoat), stampaggio con co-cure, e distruttivo QC.

I guasti spesso iniziano nella fase di preparazione del metallo L'olio di macinazione, le impronte digitali ambientali, il riporto di silicone dal compressore di un negozio o semplicemente l'ossidazione ambientale di una superficie di acciaio nudo ore dopo la sabbiatura possono causare una rottura istantanea del legame prima dell'applicazione del primer Un ingegnere veterano della gomma su Eng-Tips afferma che l'esternalizzazione della fase di preparazione del metallo a uno specialista, con comandi documentati dello spessore dello strato di primer e controlli di qualità per lotto, ha ridotto il suo tasso di difetti ben al di sotto di 1%, ha eliminato completamente tutti i guasti dello strato adesivo e consente al resto del suo negozio di continuare a funzionare secondo standard di alta qualità con una produttività molto elevata. Lo stesso effetto può essere eseguito da un personale di negozio coscienzioso che controlla accuratamente la pulizia della superficie, limiti rigorosi sulla manipolazione di alimenti o bevande e utilizza un unico marchio di primer coerente.

“Non abbiamo riscontrato un fallimento del legame come descritto da te. In generale, selezionando la corretta formulazione del primer per il substrato e la gomma, buone procedure nella preparazione e applicazione del primer e nello sviluppo della corretta pressione dello stampo giocano tutti un ruolo nel successo dell'adesione.”

Quale temperatura viene utilizzata per l'incollaggio gomma-metallo?

La temperatura di polimerizzazione varia a seconda dell'elastomero e del sistema adesivo. Chemlok 205/220 ha legato gomma naturale e neoprene all'acciaio a basso tenore di carbonio in uno stampo a iniezione o trasferimento, in genere viene polimerizzato a 145171 C (293340 F), sotto pressione di serraggio, da 10 a 20 minuti. Velocità di polimerizzazione più elevate tempo di ciclo, ma può provocare un'eccessiva polimerizzazione della gomma (ridotta resistenza alla trazione) e un invecchiamento termico dell'adesivo. La temperatura di polimerizzazione inferiore lascia la gomma sottoindurita e crea variazioni di durezza tra le cavità, che è una delle modalità di guasto più facili da trascurare fino all'inizio dei ritorni sul campo.

Tre metodi di incollaggio a confronto: vulcanizzato, post-cura e meccanico

Non tutta la gomma “legata agli assemblaggi metal” utilizza la stessa chimica Troverai tre approcci dominanti e non sono intercambiabili Selezionare l'approccio errato è il modo più veloce per sottospecificare una parte che avrebbe dovuto essere progettata per una co-cura, o sovraspecificare una parte che potrebbe aver appena avuto bisogno di una semplice boccola a pressione. Usa questa matrice di confronto del processo di stampaggio come punto di partenza, quindi fare riferimenti incrociati con la tabella seguente.

La linea di fondo di quella tabella è che solo l'incollaggio vulcanizzato fornisce la modalità di guasto dello strappo della gomma che gli utenti finali automobilistici e industriali si aspettano Le applicazioni adesive post-indurimento sono valide per la riparazione e la prototipazione; l'incapsulamento meccanico è la scelta corretta per le guarnizioni portanti con metallo vincolato, ma nessuna delle due produce il legame chimico interfacciale che sopporta un milione di cicli di stress in condizioni NVH. Se hai un fornitore che propone di far aderire un tampone di gomma indurito a una staffa metallica in un supporto motore, quella parte fallirà sul campo.

Qual è la differenza tra il legame vulcanizzato e quello post-cura?

Nel vulcanizzato la gomma non indurita aderisce al metallo innescato Il ciclo di stampaggio adesivo-adesivo è anche il ciclo di attivazione I gruppi reattivi del primer si complessano con le molecole di elastomero reticolante man mano che si sviluppano, e questo spiega perché la superficie di rottura è la gomma (la gomma si strappa prima della linea di legame) Il legame post-indurimento comporta una gomma già completamente reticolata e chimicamente reattiva, e l'adesivo può afferrare solo la superficie esterna della gomma. È lì che le resistenze alla pelatura diminuiscono di un ordine di grandezza e la modalità di rottura passa dalla rottura della gomma al cedimento della linea adesiva.

C'è anche un paradosso dello spessore del primer meno loquace La scheda tecnica di LORD Chemlok 205 elenca una pellicola secca da 0,2-0,4 mil Un esperto di incollaggio aerospaziale su Rapporti Eng-Tips che i primer devono essere tenuti sotto 0,0002 pollici perché la maggior parte dei primer strutturali diventano fragili e si trasformano nell'anello debole al di sopra di tale soglia Il rivestimento eccessivo e il rivestimento inferiore falliscono entrambi; la finestra del processo è più stretta di quanto ammetta la maggior parte delle specifiche.

Gomma agli adesivi leganti metallici La matrice di selezione del metallo

Chiedi a qualsiasi adesivo di gomma da utilizzare e la prima risposta è dominata da “talk to LORD” (Parlare con l'ingegnere della gomma) che, dopo l'acquisizione da parte di Parker Hannifin, significa Adesivi vulcanizzanti Parker LORD Chemlok. La famiglia Chemlok è stata di fatto lo standard industriale di livello mondiale sin da quando LORD Corporation lo commercializzò negli anni '50, e anche i concorrenti che eccellono nel legame gomma-metallo specificheranno Chemlok sulle proprie linee Le famiglie Thixon di Henkel e Megum di Rohm & Haas sono le alternative credibili per entrambe le specifiche chimiche elastomeriche, ma Chemlok è il punto di partenza predefinito.

La scelta di un sistema adesivo diventa un problema a tre variabili: il composto elastomerico, il substrato metallico e l'ambiente di servizio Gli accoppiamenti Chemlok più comuni sono riassunti nella tabella seguente Abbinali ai tuoi selettore di mescole in elastomero di gomma per finalizzare il grado di gomma prima di impegnarsi in un adesivo.

“Bonding EPDM to metal è sempre stato un problema Hai davvero bisogno di contattare LORD per un adesivo specializzato o parametri di processo per controllare (questo non è un caso in cui uno stack standard di Chemlok risolve il problema da solo.”

Questo consenso del forum porta assorbimento: in particolare il EPDM indurito con perossido può essere l'elastomero che più probabilmente sorprenderà anche un ingegnere stagionato Il EPDM indurito con zolfo si lega decentemente con una pila di primer-rivestimento standard, ma il EPDM indurito con perossido non ha siti di reticolazione dello zolfo per l'impugnatura adesiva e si traduce in una modalità di guasto della gomma cementizia (RC) al test di resistenza alla pelatura Dove le specifiche richiedono EPDM ad alta temperatura, diagnosticare quale sistema di indurimento il compounder di gomma sviluppato prima di depositarsi su una procedura di incollaggio.

E6000 incollerà la gomma al metallo?

E6000 è un adesivo a contatto progettato per l'uso in artigianato e riparazioni di consumo Terrà un tampone di gomma su una staffa metallica in condizioni statiche per un breve periodo, ma non è in alcun modo una soluzione di produzione La resistenza alla pelatura di gomma-metallo speciens legato con E6000 è un ordine di grandezza al di sotto dei sistemi Chemlok di livello automobilistico, la linea di collegamento non è resistente all'olio o al ciclo termico e l'adesivo si ammorbidisce sotto carico statico sostenuto superiore a circa 60 C. Per qualsiasi parte legata da gomma a metallo che possa incontrare taglio dinamico, ciclo termico o fluido durante il funzionamento, gli adesivi di livello consumer sono lo strumento sbagliato da utilizzare Utilizzare sistemi di primer e rivestimento di vulcanizzazione e polimerizzare la gomma sul metallo in un unico ciclo di stampo.

Cinque comuni modalità di guasto E come diagnosticare il

Tutti i guasti di legame sembrano ad occhio nudo essere lo stesso problema: una parte in gomma cade da un inserto metallico ASTM D429 Metodo B dà all'ingegnere plastico le parole per descrivere cosa è successo esattamente quando vengono rivelate le 4 superfici di rottura: R significa strappo di gomma (verde), RC significa rottura tra la gomma e il rivestimento (giallo), CM significa rottura tra il rivestimento e il metallo (arancione) e M significa striscio di primer pulito dalla superficie metallica (rosso) Quella lettera indica dove nel processo di produzione guardare per primo Ecco le cinque modalità di guasto che danno la stragrande maggioranza dei rendimenti del campo: riassunti da Schilthorn Precision analisi della modalità di errore pubblicata e professionisti sul forum di ingegneria della gomma Eng-Tips.

1. cedimenti CM dalla superficie metallica che trasporta contaminanti petroliferi Questo è il classico I sintomi includono striscio d'olio “river” attraverso il viso guasto, depositi di primer irregolari, guasti ai test di rottura dell'acqua (l'acqua respinge invece di attaccarsi alla superficie metallica pulita) e impronte digitali o contorni delle dita Le cause vanno dal riporto di silicone dal compressore d'aria di un negozio, alla contaminazione delle impronte digitali, alla formazione di ossido a causa della finestra da brillamento a primo che è troppo lunga L'azione correttiva è processi disciplinati: metodi di sgrassaggio convalidati, una finestra temporale definita da brillamento a primo, manipolazione dei guanti di cotone e test di rottura dell'acqua della superficie pulita prima di ogni operazione di adescamento Un ingegnere della gomma è stato in grado di ridurre il suo tasso di difetti a circa 1% mediante un'applicazione rigorosa delle misurazioni dello spessore da primer a superficie; questo dovrebbe essere il modello per il negozio.

2. RC guasti da primer o covercoat variazione di spessore Questo è il paradosso dello spessore del primer dall'ultimo paragrafo “ it”punisce il negozio sia per eccesso e carenza di promotore di adesione primer quantità Se il primer è sottile, fori di spillo, attraverso il quale il modanatura locale, creando zone deboli Troppo spessa, diventa fragile una volta indurito, e si rompe nel tempo al carico di buccia I sintomi includono pulita separazione adesivo-faccia dopo test di strappo di gomma, e visibile “fiume fiume pattern” striaking sul viso fallito Contromisure sono per calibrare l'attrezzatura di spruzzatura periodicamente, monitorare il contenuto di solidi primer-spray, e distruttivo parti di prova di sezione trasversale campione e misurare lo spessore effettivo del film secco.

3. in condizioni di squilibrio di polimerizzazione/cura: più comune di quanto si possa pensare In genere, la necessità di eseguire nuovamente il processo con temperature più elevate e tempi di ciclo più lunghi non sarà mai notata nelle medie di qualità. Possono essere necessari 3-6 mesi di stress sul campo prima che le parti invecchiate a caldo e testate a fatica inizino a mostrare la resistenza alla trazione persa e le linee di collegamento prima del cedimento. Le cause di solito si riducono alla deriva della temperatura della piastra, alla riduzione del tempo di ciclo senza riconvalida o ai gradienti termici negli stampi a cavità multipla che consentono ad alcune cavità di polimerizzare eccessivamente mentre altre cavità si polimerizzano eccessivamente I rimedi sono test del reometro per stabilire il miglior profilo di polimerizzazione per l'elastomero formulato, mappatura termica della pressa, test di invecchiamento accelerato prima dell'implementazione del cambiamento.

4. disadattamento composto Perossido-EPDM. Questa modalità di guasto è abbastanza specifica che i negozi di guasto possono vederlo solo una volta molti OPA e quando lo fanno, costa intere esecuzioni di pre-produzione Perossido-indurito EPDM ha una chimica di superficie diversa rispetto alla gomma solforata, e i primer convenzionali Chemlok spesso non si legano affatto Perossido-EPDM ha bisogno di un sistema di primer compatibile con il perossido Quello che ne risulta è un guasto RC con una linea di buccia di gomma tipicamente pulita Mai supporre che un cambiamento composto di gomma sia legame-neutrale: eseguire sempre un lotto di verifica ASTM D429 prima.

5. guasto di sfiato dello stampo dovuto agli impilamenti di tolleranza. Questo sorprende anche gli ingegneri esperti (A) post di follow-up nel thread Eng-Tips Descrive un caso in cui la pila di tolleranza dimensionale dell'inserto creava una tenuta involontaria lungo un bordo della cavità dello stampo, impedendo il corretto spurgo dell'aria durante il ciclo di bloccaggio. L'aria intrappolata nell'interfaccia produceva quindi vuoti localizzati e un bordo di legame debole una modalità di rottura che assomiglia a contaminazione adesiva ma in realtà è un problema di progettazione dell'attrezzatura L'azione correttiva è la verifica CMM della planarità e della concentricità dell'inserto, la simulazione del flusso durante la progettazione dello stampo e il monitoraggio della pressione della cavità nella produzione Questo è il motivo per cui i fornitori di gomma incollata prendono sul serio la tolleranza dell'inserto non è solo un problema di adattamento e finitura.

Dove vengono utilizzati i legami gomma-to-metallo - Industrie e tipi di parti

Le parti in gomma incollata si presentano ovunque le vibrazioni debbano essere smorzate e il carico trasferito in modo affidabile a temperature estreme, a volte per decenni alla volta La nostra breve lista di settore copre automotive, trasporto ferroviario, macchinari industriali, dispositivi aerospaziali e medici Ciò che in realtà differisce è come i vincoli di progettazione si spostano tra quei mercati, e come la scelta tra gomma nitrilica, EPDM o FKM è guidata dallo specifico ambiente fluido e termico che ogni applicazione impone.

• Automotive.: montaggi motore, montaggi trasmissione, montaggi cabina, boccole sospensione, boccole barra antirollio, montaggi rack sterzo Spec dominante è IATF 16949 e l'obiettivo dominante di resistenza alla pelatura è 6 kN/m all'apparecchio ASTM D429.
• Trasporto ferroviario e di massa: boccole di sospensione primarie e secondarie, cuscinetti antivibranti sotto il materiale rotabile, supporti per motori di trazione. Il fabbisogno di maggiore durata (oltre 20 anni) porta a sezioni più pesanti e polimeri di base resistenti all'ossidazione.
• Macchinari industriali: supporti per compressori, isolatori per pompe, isolatori con montaggio a pressione, pattini per macchinari. Selezione Durometro dipende dal calcolo della frequenza di disturbo rispetto alla frequenza naturale in questa applicazione. La gomma morbida è la risposta sbagliata se la frequenza operativa si avvicina alla frequenza naturale del supporto.
• Aerospaziale e difesa: isolatori di vibrazioni per avionica, ammortizzatori del carrello di atterraggio, supporti per piloni del motore Controllo più preciso dello spessore del primer (la regola aerospaziale < 0,0002 ") e ulteriori test di qualificazione.
• Applicazioni in dispositivi medici: albero incollato per diaframma della pompa, isolatore silicone-metallo per ingranaggi compatibili con MRI, componenti della pompa a contatto medico-alimentare.FDA/LFGB/NSF qualificazione a FDA/LFGB/NSF aggiunge un processo di selezione oltre alla chimica del processo di incollaggio.

Sebbene molti ingegneri del supporto motore siano appassionati di applicazioni NVH, spesso sono i primi a non pensare a un aspetto fondamentale di esse: se è possibile modificare la frequenza naturale di un supporto di 5 Hz, può essere modificata di un fattore 2 dall'interno con solo il durometro in gomma, la sezione trasversale incollata e la rigidità dell'inserto metallico nella parte statica del progetto. Bondline deve esistere all'interno di tre percorsi di carico: quando la gomma si allunga e si stringe, l'inserto metallico spinge indietro e lo strato di primer trasferisce il taglio all'interfaccia. Uno qualsiasi di questi tre sarà un supporto altamente trasmissivo (se il dispositivo di rigidità, e quindi meno trasmissivo), o un'asta di gomma incollata con una modalità di guasto che inibisce gli errori di taglio della linea di collegamento.

Come scegliere un metodo di legame gomma-metallo Un quadro decisionale

Non esiste un'unica risposta corretta per “quale metodo di legame dovrei usare?” perché in realtà si tratta di tre domande in una: substrato, elastomero, ambiente. Il modello decisionale a tre assi riportato di seguito riduce la maggior parte dei problemi di specifica a un punto di partenza pratico. Abbinalo al confronto delle proprietà dell'elastomero prima di decidere quale grado di gomma utilizzare.

Prima di emettere qualsiasi specifica, attraversa una lista di controllo pre-obbligazione di cinque elementi: (1) stabilisci un obiettivo misurabile di resistenza alla pelatura ASTM D429 Metodo B, non “good bond”; (2) stabilisci l'involucro completo della temperatura di servizio comprensivo dei transitori di avvio e arresto; (3) specifica la lega e la finitura del substrato (rugosità superficiale Ra, non “lushed”); (4) sigilla il composto elastomerico e il sistema di polimerizzazione con il fornitore; e (5) controlla che il sistema adesivo selezionato sia senza piombo (220LF o equivalente) se REACH, RoHS o le specifiche OEM lo impongono Ogni voce deve essere allegata a uno standard misurabile, che si tratti di un test di numero, norma o superamento/fallimento.

Domande Frequenti

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