Ligação borracha-metal: como funciona, por que falha e como acertar

Ligação de borracha a metal é a união químico-física de dois materiais dissimilares, um elastômero e um substrato metálico, em um único componente integral Cada bom suporte do motor que amortece o movimento de um motor de veículo, cada bucha antivibração que isola um pμmp do ruído da maquinaria, cada selo hidráulico que contém pressão é um exemplo de uma ligação borracha-metal sólida e permanente Em 2011, o mercado mundial de peças ligadas de borracha a metal ultrapassou USD 1,37 bilhão, com previsão de crescimento anual composto de 6,11TP20 T até 2024, aumentando com o uso crescente dessas peças em equipamentos, componentes aeroespaciais e automóveis.

Este artigo define a ligação de borracha a metal, descreve o processo de ligação em 5 estágios, mostra a comparação dos caminhos de ligação, discute aplicações por indústria e detalha os modos de falha do produto e as estratégias de prevenção As decisões de ligação de borracha e metal podem ser complexas; seja escolhendo um fabricante de ligação ou adquirindo uma peça colada, este white paper fornece a orientação técnica e de engenharia necessária para obter resultados ideais.

O que é ligação de metal de borracha para que isso importa?

A ligação borracha-metal é o processo pelo qual um composto de elastômero é quimicamente ligado a um substrato metálico durante o processo de moldagem e cura da peça compósita. Uma vez ligado, é impossível remover o elastômero sem destruir o conjunto ligado, ao contrário das peças fixadas ou daquelas coladas com adesivos aplicados na superfície.

A ligação borracha-metal cria um componente combinado singular ao unir dois materiais de borracha e metal intrinsecamente diferentes em um compósito: a borracha fornece capacidade de vedação, flexibilidade, vibração e qualidades de amortecimento de som, e desliza entre as peças da máquina, enquanto o metal fornece rigidez, integridade estrutural, capacidade de suporte de carga e fixação.

O processo de ligação entre borracha e metal: 5 etapas críticas

Como a borracha está ligada ao metal?

A borracha de ligação ao metal é conseguida seguindo um procedimento de envelhecimento e fabricação precisamente controlado dentro da indústria da borracha que envolve a preparação do substrato metálico, o revestimento em lote com os agentes de adesão, pressionando o lote sobre um molde e curando-o sob calor e pressão Durante o processo de vulcanização, os agentes de ligação ativam e unem a borracha ao sistema de ligação quimicamente, criando uma ligação química permanente na interface enquanto simultaneamente as ligações cruzadas de borracha formam seu estado final de elastômero O produto final é tal que a borracha não permitirá que a ligação seja quebrada sem destruir um dos materiais envolvidos.

Abaixo estão as cinco etapas que constituem o processo de produção de peças metálicas básicas de borracha colada:

1. Preparação da superfície metálica-O processo começa com a limpeza da peça metálica de modo que todas as camadas de óleo, graxa, ferrugem e óxido sejam removidas, as peças de aço são normalmente sujeitas a desengorduramento com solvente seguido de jateamento de areia para obter uma rugosidade superficial de 50-75 m Ra. O alumínio é tratado por ataque químico ou anodização. Isso dá uma superfície de base limpa, seca e ativa com o grau de rugosidade necessário o suficiente para que o adesivo se agarre.
2. Aplicação de um primer- Um primer à base de solvente ou à base de água é aplicado sobre a superfície do metal e é deixado secar A afinidade química do primer do substrato metálico para reticular o adesivo do acabamento para que ele seja capaz de se ligar ao primer Os sistemas de primer comuns incluem resina fenólica, poliisocianato, formulações de primer de polímero halogenado dentro das séries Chemlok e Megum.
3. Aplicação de um adesivo de acabamento-Esta aplicação de um adesivo de acabamento sobre o primer seco, A finalidade de um adesivo de acabamento é fluir quando seco entre o primer e a borracha para garantir um revestimento contínuo de “reticulado” que garante uma ligação segura Selecionar o adesivo correto de acordo com a composição de borracha e tipo do metal de aplicação são críticos, caso contrário, a ligação será fraca, não importa a qualidade da preparação da superfície.
4. A borracha é moldada - A inserção metálica preparada e revestida é colocada em um molde e a borracha não curada é injetada ou colocada ao redor da inserção usando processo de compressão, transferência ou injeção. Tudo depende da complexidade da peça, tolerância aceitável e volume disponível.
5. Cura e vulcanização-Todo o sistema é então curado usando pressão e calor para ativar os compostos de ligação incorporados na mistura de borracha e processo de reticulação Ao mesmo tempo, as ligações cruzadas de borracha em seu estado elástico As temperaturas de cura típicas variam de 140 C a 200 C, dependendo da composição do sistema de ligação usado.

Para o transporte e montagem de componentes metálicos de borracha colados, use nosso calculadora de processo de ligação de borracha a metal para calcular tempos de ciclo e parâmetros adequados à sua aplicação.

Métodos e tecnologia de ligação: Vulcanização vs. Adesivo vs. Fixação Mecânica

Borracha-metal pode ser alcançado usando três métodos fundamentalmente diferentes, a fim de garantir a ligação Estes métodos são

A ligação (vulcanização) é de longe o mais comum desses métodos de fixação Primers especializados e sistemas adesivos são usados durante a moldagem para ligar a borracha ao metal em um nível molecular, vulcanizando a borracha A ligação que é formada é permanente a borracha não pode ser removida a não ser destruindo a peça Este método fornece a maior resistência de ligação e a melhor resistência à vibração, fadiga cíclica e ciclagem de temperatura.

A ligação adesiva envolve o uso de adesivos aquosos ou ativados por calor para fixar a borracha já curada ao componente montado mecanicamente, após qualquer um dos componentes ter sido fabricado separadamente O uso qualificado de primers ou etapas de pré-tratamento com sistemas adesivos fornece a maior resistência de ligação Este método é adequado para reparos de campo rápido, componentes montados em baixo volume e peças de retrofit onde a vulcanização não é viável em tempo ou temperatura Há um compromisso entre a resistência das ligações vulcanizadas e pares adesivos consideravelmente mais baratos Os adesivos produzidos por fornecedores como DuPont (série Chemlok) e Henkel (Loctite) melhoraram a resistência de ligação para muitas aplicações à da vulcanização.

Componentes de borracha-metal também podem ser fixados por fixação mecânica, que envolve o uso de características físicas (buracos, ranhuras, cortes inferiores, placas de fixação) que usam fricção e compressão para segurar a borracha contra a superfície do componente metálico Nenhuma ligação química é gerada A fixação mecânica é significativamente mais barata a longo prazo, pois os componentes de borracha desgastados podem ser facilmente substituídos pela ação mecânica No entanto, com vibração cíclica, a borracha fixada por este método invariavelmente funciona solta com o uso e, portanto, é inadequada para aplicações antivibração de alto desempenho onde a durabilidade a longo prazo é importante.

Aplicações do mundo real: onde os produtos de metal colado com borracha funcionam

As peças de borracha-metal ligadas são difundidas em todas as indústrias onde os sinais de vibração indesejável ou movimento indesejado precisam ser controlados As propriedades de amortecimento de energia da borracha combinadas com a resistência do metal criam componentes de alto desempenho com durabilidade que nenhum dos materiais teria fornecido por conta própria.

Fabricação automotiva e EV Movimentos de motores, buchas de suspensão, cabides de escape, suportes de transmissão e isoladores antivibração da roda até o compartimento do motor dependem de ligação borracha-metal Um carro de passageiros típico pode conter dezenas de peças de borracha-metal coladas O aumento do interesse em VEs aumentou a demanda por controle NVH (ruído, vibração e dureza), já que o trem de força elétrico tem uma operação quase silenciosa que deixa as outras fontes de vibração no veículo cada vez mais audíveis.

Montagens de transmissão de energia aeroespacial e de defesa para motores elétricos, montagens de isolamento de vibração usadas para manter aviônicos no lugar, buchas para suportes de motor e buchas para trem de pouso são exemplos de componentes de borracha-metal colados que devem aderir a especificações exigentes muito exigentes, como Especificação Federal MMM-A-121 para adesivos para ligar a borracha vulcanizada ao aço Trabalhando com peças ligadas aeroespaciais, condições extremas, como alta temperatura e vibrações cíclicas extremas, bem como resistência química a combustíveis e fluidos hidráulicos, têm que ser encontradas.

Máquinas Industriais Montagens antivibração para bombas, compressores e equipamentos geradores de eletricidade protegem outras máquinas sensíveis da vibração transmitida Componentes ligados de borracha-metal também são comumente encontrados em rolos de correia transportadora Equipamentos de mineração suportam impacto constante e ambientes abrasivos usando peças coladas.

Construção e infraestrutura A ligação borracha-metal também é empregada para plataformas de rolamentos de pontes, suportes de isolamento de edifícios para zonas sísmicas, juntas de flange de tubulações e ilhós colados para passagens de cabos.

A interação entre a borracha e o metal é um problema complexo, envolvendo fenômenos em 3 áreas específicas; física de superfícies, química de polímeros e mecânica Conhecer a causalidade que rege a ligação bem-sucedida ou malsucedida é essencial para quaisquer fabricantes de compósitos colados.

(20+ anos na fabricação de amortecedores de borracha)

Selecione o elastômero correto para sua aplicação usando nosso seletor de composto de borracha.

Por que as ligações de borracha falham em metal e como evitá-las

A falha de ligação em componentes de borracha para metal pode ser o resultado de qualquer número de fatores A partir de uma investigação de modos de falha típicos encontrados na fabricação existem seis modos de falha que podem ser observados em um compósito de borracha para metal vulcanizado Identificando o Modelo de Ligação de 3 Zonas (Substrate Interface Elastomer) fornece uma visão sobre onde essa falha pode ter começado.

Qual é a melhor ligação entre borracha e metal?

O processo de ligação correto é uma função de três fatores: o tipo de composto de borracha de elastômero, o metal e o ambiente de aplicação Para a fabricação de grande execução de componentes que experimentam vibração cíclica e amplas faixas de temperatura, as ligações de vulcanização, auxiliadas por um sistema de primer/revestimento superior combinado, são padrão da indústria Para pequenos reparos de campo ou operações de montagem de baixo volume, um epóxi estrutural de duas partes projetado para aplicações de elastômero (não adesivo epóxi de consumo) fornece desempenho para atender a toda a resistência, custo e rendimento necessários.

A chave é a escolha adequada de produtos químicos para serem compatíveis tanto com o elastômero quanto com o metal.

Para obter uma lista completa das resistências de ligação por composto de borracha e tipo de metal, consulte nosso guia de referência de resistência de união.

Como escolher o parceiro certo de ligação de borracha a metal

Qualquer engenheiro experiente sabe que a qualidade de uma peça colada borracha-metal é limitada não apenas pelo projeto, mas também pelo controle do processo pelo fabricante Ao selecionar um parceiro de ligação, é aconselhável verificar o seguinte antes de se comprometer com uma produção.

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  Preparação de superfície interna – jateamento, tratamento químico e inspeção de qualidade do perfil da superfície antes da aplicação do primer
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  Experiência em sistemas adesivos 0 primer/topcoat combinação correta para o seu composto de borracha específico e substrato metálico para validar
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  Múltiplas capacidades de moldagem & injeto, e molde da transferência para combinar a geometria e os requisitos do volume da peça
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  Teste de tração ASTM D429 Testes de adesão de ligação documentados com resultados documentados e rastreabilidade
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  Revisão DFM (Design for Manufacturability) & review do projeto de sua peça antes da ferramenta, identificando riscos potenciais de falha de ligação
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  Certificações qualidade ISO 9001 no mínimo; IATF 16949 para aplicações automotivas
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  Rastreabilidade material istenciamento de 100% para composto de borracha, adesivo e substrato metálico durante toda a produção
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  Capacidade de prototipagem A capacidade de produzir peças de amostra para validação do mundo real antes de se comprometer com ferramentas de produção completas

O projeto do molde totalmente integrado e o equipamento do serviço completo na borracha Engelhardt fornecem moldagem borracha personalizada com ligação borracha-metal integrada-da revisão de DFM, à produção, e teste de ligação 1TP8 T D429.

Perguntas frequentes sobre ligação de borracha a metal