Legame gomma-metallo: come funziona, perché fallisce e come farlo bene

Legame gomma-metallo è l'unione chimico-fisica di due materiali dissimili, un elastomero e un substrato metallico, in un unico componente integrale Ogni buon supporto motore che ammortizza il movimento di un motore di un veicolo, ogni boccola antivibrante che isola un pμmp dal rumore dei macchinari, ogni guarnizione idraulica che contiene pressione è un esempio di legame gomma-metallo sano e permanente Nel 2011 il mercato mondiale delle parti incollate gomma-metallo ha superato 1,37 miliardi di dollari, con una previsione di crescita annuale composta di 6,1% fino al 2024, in aumento con il crescente utilizzo di queste parti in apparecchiature, componenti aerospaziali e automobili.

Questo articolo definisce l'incollaggio gomma-metallo, descrive il processo di incollaggio in 5 fasi, mostra il confronto dei percorsi di incollaggio, discute le applicazioni per settore e descrive in dettaglio le modalità di guasto del prodotto e le strategie di prevenzione Le decisioni relative all'incollaggio di gomma e metallo possono essere complesse; sia che si scelga un produttore di incollaggio o che si approvvigiona di una parte incollata, questo white paper fornisce la guida tecnica e ingegneristica necessaria per risultati ottimali.

Cos'è la gomma per il legame del metallo? E perché è importante

Il legame gomma-metallo è il processo mediante il quale un composto elastomerico viene legato chimicamente con un substrato metallico durante il processo di stampaggio e indurimento della parte composita Una volta incollato, è impossibile rimuovere l'elastomero senza distruggere il gruppo incollato a differenza delle parti fissate o di quelle incollate con adesivi applicati in superficie.

L'incollaggio gomma-metallo crea un singolare componente combinato unendo due materiali in gomma e metallo intrinsecamente dissimili in un unico composito: la gomma fornisce capacità di tenuta, flessibilità, qualità di smorzamento delle vibrazioni e del suono e scivola tra le parti del macchinario mentre il metallo fornisce rigidità, integrità strutturale, capacità di carico e fissaggio.

Il processo di incollaggio gomma-metallo: 5 passaggi critici

Come è la gomma legata al metallo?

L'incollaggio della gomma al metallo si ottiene seguendo una procedura di invecchiamento e produzione controllata con precisione all'interno dell'industria della gomma che prevede la preparazione del substrato metallico, il rivestimento batch con gli agenti di adesione, premendo il batch su uno stampo e indurendolo sotto calore e pressione Durante il processo di vulcanizzazione, gli agenti leganti si attivano e collegano chimicamente la gomma al sistema di legame, creando un legame chimico permanente all'interfaccia mentre contemporaneamente la gomma si reticola formando il suo stato elastomerico finale Il prodotto finale è tale che la gomma non permetterà di rompere il legame senza distruggere uno dei materiali coinvolti.

Di seguito sono riportati i cinque passaggi che costituiscono il processo per produrre parti metalliche in gomma incollate di base:

1. Preparazione della superficie metallica-Il processo inizia con la pulizia della parte metallica in modo che tutti gli strati di olio, grasso, ruggine e ossido vengano rimossi, le parti in acciaio sono normalmente soggette a sgrassaggio con solvente seguito da sabbiatura per ottenere una rugosità superficiale di 50-75 m Ra. L'alluminio viene trattato mediante attacco chimico o anodizzazione. Ciò fornisce una superficie di base attiva, pulita, asciutta con il grado di rugosità richiesto sufficiente per l'aderente da afferrare.
2. Applicazione di un primer-Un primer a base solvente o a base acqua viene applicato sulla superficie metallica e viene lasciato asciugare L'affinità chimica del primer del substrato metallico per reticolare l'adesivo del rivestimento superiore in modo che sia in grado di legarsi al primer I sistemi di primer comuni includono resina fenolica, poliisocianato, formulazioni di primer polimerici alogenati all'interno delle serie Chemlok e Megum.
3. Applicazione di un adesivo topcoat-Questa applicazione di un adesivo topcoat sopra il primer essiccato Lo scopo di un adesivo topcoat è quello di fluire quando essiccato tra il primer e la gomma per garantire un rivestimento continuo “cross-linked” che garantisce un legame sicuro Selezionare l'adesivo corretto in base alla composizione di gomma e al tipo di metallo che applica sono fondamentali, altrimenti, il legame sarà debole, indipendentemente dalla qualità della preparazione della superficie.
4. La gomma è stampata su - L'inserto metallico preparato e rivestito con prim'ordine è posizionato su uno stampo e la gomma non indurita viene iniettata o posizionata attorno all'inserto utilizzando il processo di compressione, trasferimento o iniezione. Tutto dipende dalla complessità della parte, dalla tolleranza accettabile e dal volume disponibile.
5. Indurimento e vulcanizzazione-L'intero sistema viene quindi indurito utilizzando pressione e calore per attivare le mescole di legame incorporate nella miscela di gomma e nel processo di reticolazione Allo stesso tempo, la gomma si reticola nel suo stato elastico Le temperature di indurimento tipiche variano da 140C a 200C a seconda della composizione del sistema di incollaggio utilizzato.

Per il trasporto e l'assemblaggio di componenti metallici in gomma incollata, utilizzare il nostro calcolatore del processo di incollaggio gomma-metallo per calcolare tempi di ciclo e parametri adatti alla tua applicazione.

Metodi e tecnologia di incollaggio: vulcanizzazione vs. adesivo vs. fissaggio meccanico

Il Rubber-to-metal può essere realizzato utilizzando tre metodi fondamentalmente diversi al fine di garantire l'incollaggio Questi metodi sono

Il bonding (vulcanizzazione) è di gran lunga il più comune di questi metodi di fissaggio, durante lo stampaggio vengono utilizzati primer e sistemi adesivi specializzati per legare la gomma al metallo a livello molecolare vulcanizzando la gomma Il legame che si forma è permanente la gomma non può essere rimossa se non distruggendo la parte Questo metodo fornisce la più alta forza di adesione e la migliore resistenza alle vibrazioni, alla fatica ciclica e al ciclo di temperatura.

L'incollaggio adesivo prevede l'utilizzo di adesivi acquosi o attivati dal calore per fissare la gomma già indurita al componente assemblato meccanicamente, dopo che uno dei componenti è stato prodotto separatamente L'uso esperto di primer o fasi di pretrattamento con sistemi adesivi fornisce la massima forza di adesione Questo metodo è adatto per riparazioni fastfield, componenti assemblati a basso volume e parti di retrofit in cui la vulcanizzazione non è fattibile in termini di tempo o temperatura Esiste un compromesso tra la forza dei legami vulcanizzati e le coppie legate con adesivo considerevolmente più economiche Gli adesivi prodotti da fornitori come DuPont (serie Chemlok) e Henkel (Loctite) hanno migliorato la forza di adesione per molte applicazioni a quella della vulcanizzazione.

I componenti gomma-metallo possono anche essere fissati mediante fissaggio meccanico, che prevede l'uso di caratteristiche fisiche (fori, boschetti, sottosquadri, piastre di serraggio) che utilizzano l'attrito e la compressione per trattenere la gomma contro la superficie del componente metallico Non viene generato alcun legame chimico Il fissaggio meccanico è significativamente più economico a lungo termine, poiché i componenti in gomma usurati possono essere facilmente sostituiti dall'azione meccanica Tuttavia, con la vibrazione ciclica, la gomma fissata con questo metodo funziona invariabilmente allentata con l'uso e quindi non è adatta per applicazioni antivibranti ad alte prestazioni in cui la durata a lungo termine è importante.

Applicazioni nel mondo reale: dove si comportano i prodotti in metallo legato alla gomma

Le parti in gomma-metallo incollate sono diffuse in tutti i settori in cui è necessario controllare segni di vibrazioni altrimenti sgradite o movimenti indesiderati Le proprietà di smorzamento energetico della gomma combinate con la resistenza del metallo creano componenti ad alte prestazioni con una durata che nessuno dei due materiali avrebbe fornito da solo.

Produzione automobilistica ed elettrica I supporti per motori, le boccole delle sospensioni, i ganci di scarico, i supporti della trasmissione e gli isolatori antivibranti dal vano ruota al vano motore dipendono tutti dall'incollaggio gomma-metallo Una tipica autovettura può contenere dozzine di parti incollate in gomma-metallo Il crescente interesse per i veicoli elettrici ha aumentato la domanda di controllo NVH (rumore, vibrazioni e durezza), poiché il treno di trasmissione elettrico ha un funzionamento quasi silenzioso che lascia le altre fonti di vibrazioni nel veicolo sempre più udibili.

Aerospazio e difesa I supporti per trasmissione di potenza per motori elettrici, i supporti per isolamento dalle vibrazioni utilizzati per mantenere l'avionica in posizione, le boccole per i supporti del motore e le boccole per il carrello di atterraggio sono tutti esempi di componenti in gomma-metallo incollati che devono aderire a specifiche impegnative molto impegnative, come ad esempio Specifica federale MMM-A-121 per gli adesivi per legare la gomma vulcanizzata all'acciaio Lavorando con parti incollate aerospaziali, devono essere incontrate condizioni estreme come alte temperature e vibrazioni cicliche estreme, nonché resistenza chimica ai combustibili e ai fluidi idraulici.

Macchinari industriali I supporti antivibranti per pompe, compressori e apparecchiature per la generazione di elettricità proteggono altri macchinari sensibili dalle vibrazioni trasmesse I componenti incollati gomma-metallo si trovano comunemente anche sui rulli dei nastri trasportatori Le apparecchiature minerarie sopportano un impatto costante e ambienti abrasivi utilizzando parti incollate.

Costruzioni e infrastrutture L'incollaggio gomma-metallo viene utilizzato anche per cuscinetti di ponti, supporti di isolamento per edifici per zone sismiche, guarnizioni per flange di tubazioni e anelli di tenuta incollati per passaggi di cavi.

L'interazione tra gomma e metallo è un problema complesso, che coinvolge fenomeni in 3 aree specifiche; fisica delle superfici, chimica dei polimeri e meccanica Conoscere la causalità che governa il legame riuscito o fallito è essenziale per qualsiasi produttore di compositi legati.

vista Team di ingegneria del movimento, Qingda (oltre 20 anni nella produzione di ammortizzatori in gomma)

Selezionare l'elastomero corretto per la vostra applicazione utilizzando il nostro selettore di mescole di gomma.

Perché le obbligazioni in gomma e metallo falliscono e come prevenirle

Il guasto del legame nei componenti gomma-metallo può essere il risultato di un numero qualsiasi di fattori Da un'indagine sulle modalità di guasto tipiche riscontrate nella produzione ci sono sei modalità di guasto che possono essere osservate in un composito gomma-metallo vulcanizzato Identificare il modello di legame a 3 zone (Substrate Interface Elastomer) fornisce informazioni su dove questo guasto potrebbe essere iniziato.

Qual è il miglior legame tra gomma e metallo?

Il corretto processo di incollaggio è una funzione di tre fattori: il tipo di mescola di gomma elastomerica, il metallo e l'ambiente di applicazione Per la produzione di grandi dimensioni di componenti che presentano vibrazioni cicliche e ampi intervalli di temperatura, i legami di vulcanizzazione, aiutati da un sistema primer/topcoat abbinato, sono standard del settore Per riparazioni su piccoli campi o operazioni di assemblaggio a basso volume, una resina epossidica strutturale in due parti progettata per applicazioni in elastomero (non adesivo epossidico di consumo) fornisce prestazioni per soddisfare tutta la resistenza, i costi e la produttività richiesti.

La chiave è la scelta corretta delle sostanze chimiche per essere compatibili sia con l'elastomero che con il metallo.

Per un elenco completo delle forze di legame per mescola di gomma e tipo di metallo, vedere il nostro guida di riferimento della forza di legame.

Come scegliere il partner giusto per il legame tra gomma e metallo

Qualsiasi ingegnere esperto sa che la qualità di una parte incollata gomma-metallo è limitata non solo dal design ma anche dal controllo del processo da parte del produttore Quando si seleziona un partner di incollaggio è saggio controllare quanto segue prima di impegnarsi in un ciclo di produzione.

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  Preparazione interna della superficie g, sabbiatura, trattamento chimico e ispezione di qualità del profilo superficiale prima dell'applicazione del primer
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  Competenza nel sistema adesivo capacità di selezionare e convalidare la combinazione primer/topcoat corretta per la tua specifica mescola di gomma e substrato metallico
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  Capacità di stampaggio multiple compressione, iniezione e stampaggio a trasferimento per soddisfare i requisiti di geometria e volume delle parti
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  ASTM D429 prova di trazione test di adesione documentati in-house bond
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  Recensione DFM (Design for Manufacturability) progettazione di strumenti tecnici prima della progettazione, individuando potenziali rischi di fallimento obbligazionario
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  Certificazioni di qualità – ISO 9001 come minimo per applicazioni automobilistiche
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  Tracciabilità materiale 10.000 tracciamento del sistema batch per mescola di gomma, adesivo e substrato metallico durante l'intero ciclo di produzione
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  Capacità di prototipazione capacità di produrre parti campione per la convalida del mondo reale prima di impegnarsi nella produzione completa

La progettazione completamente integrata dello stampo e l'attrezzatura di servizio completo alla gomma Engelhardt fornisce stampaggio su misura della gomma con incollaggio integrato gomma-metallo-dalla revisione DFM, alla produzione, e test di legame ASTM D429.

Domande frequenti sul legame tra gomma e metallo