具有层压橡胶元件的粘结部件和制备方法

专利名称：具有层压橡胶元件的粘结部件和制备方法
技术领域：
本发明一般涉及一种在压缩下制备具有层压橡胶元件的粘结橡胶-金属制品的方法，更特别的是涉及一种具有粘结两个刚性元件的层压橡胶元件的振动控制装置，且更具体的是涉及一种具有在压缩下直接与刚性或金属元件的内部和外部连接的环形层压橡胶元件的扭转振动减振器。
背景技术：
随着汽车发动机技术的发展，发动机产生高驱动扭矩和对曲轴减震器的更高要求，该曲轴减震器具有与两个刚性例如金属元件连接的橡胶元件。因此，依靠摩擦是不够的，且该橡胶元件必须与金属表面粘结以维持高驱动扭矩和提高耐久性。目前，粘结橡胶与金属的方法包括将在刚性或金属元件上施用的橡胶-金属胶粘剂用于随后的固化粘结或 者自粘结橡胶组合物的注塑成型。从固化温度冷却后，这些方法通常允许橡胶进入拉伸状态，导致耐久性下降和低温下部分过早损坏。为了避免橡胶进入拉伸状态并保持橡胶在压缩状态，可以使用具有在金属粘结表面上施用的各种橡胶-金属粘合剂的二次固化粘结。这些粘合技术通常需要很多昂贵的过程步骤制备用于粘结的金属和/或橡胶表面，施用粘合剂，处理化学物质或排放等等。美国专利No. 7，078，104和7，291，241已经公开了两步固化方法，这两篇专利公开消除常用粘合剂的自粘结橡胶配方和形成橡胶元件并将它粘结在金属上的两步固化方法，因此在橡胶上保持某种程度的压缩。然而，在实践中，当调整橡胶模量、减震、耐热性等时，在配制和处理橡胶方面给予竞争约束以优化粘结和保持压力之间的平衡，还已经证明难以保持足够的压力以达到用于曲轴减震器所需的耐久性目标。同样的担忧出现在任何一种粘结橡胶复合制品或部件中，在其中在刚性的元件间粘结橡胶元件且将橡胶元件保持在压力下以提高耐久性。需要一种将橡胶粘接在刚性部件上的方法，该方法在复合部件的使用寿命期内灵活地实现了高压缩状态，而不牺牲粘合性或不需要任何橡胶性能的调节，也不需要使用它们需要的表面制备要求的常用粘合剂。提到了申请人的共同待决申请序号12/340，864和序号11/890，163。

发明内容
本发明涉及将橡胶粘结到刚性部件上的体系和方法，该方法在复合部件的使用寿命期内灵活地实现了高压缩状态，而不牺牲粘合性或调节橡胶性能的能力，也没有使用常用粘合剂。本发明涉及一种粘结部件，具有在两个刚性元件之间压缩并粘结的压配合的硫化橡胶元件，其中所述橡胶元件是一种层压体，芯层夹在其中并粘结到两个自粘结橡胶层上。所述粘结部件可以是，例如，减震器、隔震器或吸震器，或任何拥有压缩的粘结橡胶层的部件。所述芯层和自粘结层可以具有相同的主弹性体和固化体系类型，所述自粘结层具有不存在于芯层的附着力促进剂。所述粘合剂层的厚度可以是约0. 05至约Imm或者是层压体厚度的约5%至约10%。所述刚性元件可以是金属。所述压缩的量可以是约10%至约50%。在本发明的一个实施方案中，所述橡胶芯层可以是过氧化物固化的弹性体组合物，所述自粘结橡胶层可以是含有附着力促进剂的过氧化物固化的弹性体组合物。主弹性体类型可以是乙烯-a-烯烃弹性体，所述附着力促进剂可以是a不饱和有机酸的金属盐。在本发明的另一个实施方案中，所述芯层具有至少一个有凸部和凹部的表面，所述粘合剂层可以位于或者填满凹部。本发明也涉及一种方法，其包括形成橡胶芯层、固化所述芯层、在芯层的每一侧施加橡胶粘合剂层形成层状橡胶元件，在压缩条件下将所述层压体嵌入两个刚性元件中，后固化该组合体形成粘结部件。所述粘合剂层在嵌入前可以被部分固化。所述芯层的固化可 以是根据ASTM D-5289或等效测试方法的完全固化的80%至100%。所述芯层的固化程度可以是基本上完全固化。在本发明的一个实施方案中，所述粘合剂层可以在压力下施加，然后部分固化至完全固化的30%至80%。施加步骤可以是挤出涂布。形成和施加步骤可以是共挤出。所述施加可以是嵌件模塑(注塑、压塑或传递模塑)并可以包括部分固化所述粘合剂层。所述施加可以是溶液涂布，具有干燥步骤，也可以部分固化所述橡胶粘合剂层。在本发明的实施方案中，所述芯和粘合剂层的主弹性体可以是相同类型的并可以选自由乙烯-a -烯烃弹性体、EPM、EPDM、SBR、NBR,NR、EVM、EAM、ECO及其共混物组成的组。所述橡胶层的固化体系可以是相容的并共固化以在其间粘合；所述粘合剂层可以具有不存在于芯层中的附着力促进剂。所述芯层具有作为主弹性体的EPDM和过氧化物固化体系；所述粘合剂层可以具有作为主弹性体的EPDM、过氧化物固化体系和作为附着力促进剂的不饱和有机酸金属盐。所述粘合剂层可以包括两种具有不同固化活化温度的过氧化物，至少相差 5。。。前面已经略述了本发明相当大致的特征和技术优势，以便下文的发明详细描述可以被更好地理解。本发明的其它特征和优点将在下文描述，其形成了本发明权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，公开的理念和具体实施方案可以容易地被用来作为修改或设计其它结构用于实现本发明相同目的的基础。本领域技术人员也应当了解，等同的结构没有脱离所附权利要求阐述的本发明的精神和范围。被认为是本发明特征的新特征，关于其组成和操作方法，与另外的目的和优点，结合附图时，从下面的说明书中将被更好地理解。然而，特别需要理解的是，提供的每个附图仅是说明和描述的目的，而不是为了限定本发明。附图简要说明所述附图，其并入说明书并形成说明书的一部分，其中类似的数字表示类似的部件，举例说明了本发明的实施方案，并与说明书一起，用来解释本发明的原理。图I是根据本发明构建的扭转振动减震器的部分片段透视图；图2是根据本发明的橡胶层压体的横截面；图3是根据本发明一个实施方案制造粘结橡胶部件的方法的流程图；图4是叠层部分剪切粘合测试装置的侧视图；以及图5是根据本发明另一个实施方案的橡胶层压体的横截面。
发明详述在一个实施方案中，本发明使用挤出，在基本上完全固化的橡胶芯上施加薄薄的一层自粘结橡胶层。所述芯和自粘结橡胶层在固化方面是相容的，因此所述自粘结橡胶层将粘结到所述芯层上。所述自粘结橡胶层包括附着力促进剂，其不必存在于橡胶芯中，因此所得层状橡胶元件将粘结到最终复合制品的刚性或金属元件上。本发明提供了大量相对于常用粘结方法的优点，包括不需要粘合剂；不需要对金属表面特殊处理；因此加工成本较低；不牺牲橡胶性能的情况下有优异的粘结力；可以保持优异的橡胶压缩。图2显示了根据本发明的典型挤出橡胶层压体的剖视图。图2中，层压橡胶元件8包括芯层12和自粘结粘合橡胶层14和16。该芯层组成橡胶元件的主要厚度且因此提供应用所需的弹性性能，如模量、减震、柔性、韧性、强度、压变性能等。所述自粘结粘合橡胶层相对薄的多并且在芯层和刚性元件间提供持久的强粘结。使用层压橡胶元件可以更灵活的设计和配制橡胶，因为为了它特定的目的，现在可以优化每一部分，而不必尽一切努力优化一个配方。本发明的一个实施方案中，每一层粘合剂层组成层压体总厚度的约5%至约10%。 另外，每一层粘合剂层的厚度可以为约0. 05mm (0. 002英寸)至约Imm (0.04英寸)，或者为约 0. Imm 至约 0. 5_。“压缩”是指在应用压力的主要方向上厚度的减少。此处，“压缩”不是指液体静压下的批量压缩或体积压缩。例如，将橡胶层压体压配合入两个刚性板之间的缝隙导致在垂直于板的表面的方向上层压体厚度减小，即压缩，且在平行板的表面的方向上尺寸增加。压缩表示为基于那个方向上的原始厚度的变形或偏斜百分比，如例如ASTMD-395中描述。当受到动态应力时，一定程度压缩下的橡胶比中性状态或拉伸状态下的橡胶更耐久。压缩量可以是约I %至约60 %，或者约5 %至约50 %，或优选约10 %至约40 %。“刚性”是指硬度足以保持它的形状，同时橡胶元件维持在压缩状态。硬度是材料性能(如模量)和刚性元件的尺寸的功能。复合制品的预期用途和应用也可以设置刚性元件的硬度要求。合适的刚性材料可以包括金属，如钢、黄铜、铝、铁及其它们的合金；和高性能热固性材料或热塑性塑料，如酚醛树脂、环氧树脂、聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚芳基醚酮、聚亚芳基硫醚、聚砜、聚碳酸酯以及类似物，包括具有各种增强材料、填料或其它添加剂的那些；以及基于金属氧化物的材料，例如玻璃或陶瓷；和上述各种刚性复合材料。“固化”、“硫化”和“交联”通常在此处交替使用来描述聚合物链间化学键的形成或交联，不管交联类型，通常为对橡胶组合物应用热、辐射和/或压力的结果，且通常由橡胶组合物可塑性下降和弹性增加显示。通过使用橡胶工业中熟知的任何一种固化测量仪和流变仪测定或表征给定橡胶组合物的固化状态或固化程度，然后推断应用在由那种橡胶组合物制成的给定部件上的实际固化条件和/或加工过程。例如，根据ASTM D-5289、ASTMD-2084、IS0 6502或类似标准测定固化百分比。此处使用的“基本完全固化”的实际意义是指该橡胶部件可以处理、重复拉伸，功能齐全，和/或基本达到一种或多种取决于固化的物理性能的最佳水平，例如伸长率、拉伸强度和撕裂强度、压缩永久变形、硬度以及类似性能，它们中的任何一种性能也可以用来表征固化程度或固化状态。作为非限制性实施例，根据ASTM D-5289，可以认为在指定时间内固化至“t90”或以上，或固化至“最大扭矩”，或固化至“最高扭矩”或类似为基本完全固化。在一个优选的实施方案中，可以从t80至t90，或完全固化的80%至90%或一种性能的最高值固化芯层。
在本发明上下文中，除非另有特别标注，术语“粘结的”和“粘附的”在本领域中公知地可互换使用，来表示由化学反应引起的强力的或相当大的固定作用。这种状态的特征在于与分离没有这类固定作用的基材所需的力相比，分离有关基材所需的任何增加的力。在本发明的实际操作中，粘结强度可能超过橡胶的撕裂强度，导致橡胶的内聚破坏，但是在本发明的上下文中，内聚破坏不是确定达到某些粘结必需的。“自粘结”或“粘合”橡胶是指施加热、射线和/或压力或其它合适的固化条件后会固化并粘结到基材上的橡胶组合物。所述基材不必具有任何其它类型的常用底涂剂、粘合齐U、粘合剂涂布或粘合处理，因为所述自粘结橡胶组合物“自”粘结到所述基材上。通常可用基材是金属材料或其它刚性结构材料，但根据上下文，可以是指任何基材。图I显示了根据本发明一个实施方案的扭转振动减震器形式的示例性制品。参见

图1，双圈减震器10包括内圈20和惯性外圈30以及层状橡胶元件8，其是上述的橡胶层压 体并以橡胶圈的形式示于图2中。内圈20包括轮毂I和网2以及边3。设计轮毂I的尺寸使其附着于轴(未示出，但是常用的)上，例如曲轴。图I所示的结构是为了轮毂I和轴的压配合，虽然本领域中已知的法兰、或栓孔、或其它结构也可以用来将轮毂紧固到接受轴上。惯性外圈30包括边6和带接受部分4。带接受部分4可以包含任何本领域已知的带轮廓，包括扁平带、V带、齿带或多V棱纹带轮廓5，如图I所示。在本发明范围考虑的其它复合设备包括震动装置例如发动机装置、轴衬、轴减震器、隔震器、离合器等。本发明特别适合于橡胶元件夹在其中并以压缩状态粘结到两个刚性元件的设备，例如为了连接或耦合两个具有一定柔韧度和/或某种振动阻尼、吸收或隔离的刚性元件。边3和6描绘了在它们之间缝隙中的环形空间。由于通常为圆柱形边的的刚性性能，该环形空间的厚度是固定的。边3和6可以是平的和/或光滑的。或者，边3和6可以各自具有复杂的形状，允许橡胶元件8机械固定在环形空间中，例如图I中所示的波浪形。边3和6可以包含铸瘤、表面粗糙度、或任何其它形式的无规表面不规则性或产生摩擦的形式来提高边和弹性体之间的粘合性。通常具有环形缝隙的圆柱形设备是一种振动控制设备，其具有嵌入其中的压缩的橡胶层，其可以受益于本发明。其它设备可以是矩形的，一些外框和内部刚性元件由橡胶元件分离。本发明最适用于这样的设备其中橡胶压缩由刚性元件本身保持，而不是由某些外力。橡胶层压体包括芯层，在每一侧上具有自粘结粘合剂层。所述芯层和粘合剂层可以包含任何所需的橡胶或弹性体组合物，适当地选择以满足应用需要，例如耐热性、柔性、模量、减震、环境电阻等。所述芯层和粘合剂层的橡胶组合物包括基础弹性体或主弹性体组分，其可以是任何所需的弹性体，其优选可以与自粘结橡胶层共固化或以其它方式与自粘结橡胶层相容。优选所述芯橡胶层和粘合橡胶层具有相同、或类似或至少相容的主弹性体，用于改善层之间的粘结相容性。合适的主弹性体包括天然橡胶(NR)、乙烯-a -烯烃弹性体(例如乙烯丙烯共聚物(EPM),乙烯丙烯二烯烃三元共聚物(EPDM),乙烯辛烯共聚物(EOM),乙烯丁烯共聚物(EBM)，乙烯辛烯三元共聚物(EODM);以及乙烯丁烯三元共聚物(EBDM);乙烯/丙烯酸弹性体(AEM)，聚氯丁二烯橡胶(CR)，丁腈橡胶(NBR)，氢化丁腈橡胶(HNBR)，丁苯橡胶(SBR)，氯磺化聚乙烯(CSN，ACSM)，环氧氯丙烷(ECO)，聚丁二烯橡胶(BR)，聚异戊二烯基弹性体(IR，IIR，CIIR，BIIR)，氯化聚乙烯(CPE)，溴化聚甲基苯乙烯-丁烯共聚物，苯乙稀-丁二稀-苯乙稀(S-B-S)和苯乙稀-乙稀-丁二稀-苯乙稀(S-E-B-S)嵌段共聚物，丙烯酸橡胶(ACM)，乙烯乙酸乙酯弹性体(EVM，EAM))以及硅橡胶，或者上述任何两种或两种以上的组合物或它们的混合物。参见其它合适弹性体和缩写的ASTM D-1418。就弹性体混合物来说，“主要”弹性体可以用来指混合物或混合物的主弹性体组分。优选芯层具有良好的由ASTM D-395测定的压变性能或相当的压变性能。这帮助橡胶元件在组件的使用寿命期内保持设备组装时施用的初始压缩。芯层橡胶组合物和/或自粘结橡胶组合物的固化体系可以是例如具有促进剂的硫磺基型、硫磺和类似物，或者具有一种或多种过氧化物的过氧化物基型、助剂和类似物，或者任何其它合适固化体系。芯层和粘合剂层优选具有相似的固化体系或至少相容体系以确保最终固化时材料间良好的粘结。合适的过氧化物固化剂包括但不限于1，I-双(过氧化叔丁基)_3，3，5-三甲基环己烷，2，5- 二甲基-2，5-双(过氧化叔丁基)3-己炔，过氧化二异丙苯，双-(过氧化叔丁基-二异丙基苯)，ct，a -双(过氧化叔丁基)二异丙基苯，双-叔丁基过氧化物，2，5- 二甲基-2，5-双-过氧化叔丁基己烷以及过氧化苯甲酸叔丁酯。通常每一百份橡胶(“phr”)中掺入约2至10重量份过氧化物。可以任选的以约0. I至 Iphr将硫磺加入过氧化物中作为固化体系的一部分。芯层和粘合橡胶层可以包括本领域已知原料的任何其它组合物，包括填料、纤维、油、抗氧剂、抗臭氧剂、加工助剂、促进剂、交联助剂、助剂、摩擦改进剂和类似物。自粘结橡胶层至少也包括一种附着力促进剂以保证橡胶和组件的刚性元件间的良好粘结。合适的附着力促进剂可以是单一组分或者组分的组合物或体系。只要实现刚性元件和核芯橡胶层的粘结相容，可以使用任何已知的附着力促进剂和粘合体系。通常最佳粘合体系取决于主弹性体、固化体系核刚性材料的选择。可以使用的附着力促进剂包括例如马来树脂，a-0不饱和有机酸的金属盐，具有硫磺的钴盐，铜盐或锌盐，有机镍盐，间苯二酚醛树脂，酚醛树脂，聚马来酰亚胺双马来酰亚胺，异氰酸酯，二氧化硅，硅烷和类似物以及它们的各种组合物。马来树脂或马来化树脂包括例如马来聚丁二烯或SBR，马来聚异戊二烯，马来植物油，马来乙烯-a -烯烃聚合物和类似物，例如如纳入本文参考的美国专利No. 5，300, 569中描述。a 不饱和有机酸的金属盐包括例如a，￠-乙烯基型不饱和羧酸的金属盐，如纳入本文参考的美国专利No. 5，776，294描述。用于丙烯酸盐和甲基丙烯酸盐的金属包括但不限于锌、镁、钠、钾、钙、钡、钴、铜、招和铁。由于它们的有效性和商业可用性，优选二丙烯酸锌(ZDA)和二甲基丙烯酸锌(ZDMA)为用于过氧化物固化橡胶组合物的附着力促进剂。有用的聚马来酰亚胺和双马来酰亚胺包括包含马来酰亚胺基团的N，N’ -联双马来酰亚胺，该马来酰亚胺基团可以在没有任何干预结构的情况下直接与氮原子连接，氮原子也可以通过干预的二价自由基如亚烃基、亚环烷基、二甲酰基、亚苯基(所有三种异构体)、2，6_ 二亚甲基-4-烷基酚或磺酰基与其连接或分离。优选的马来酰亚胺化合物包括通过马来酸酐和二胺化合物的缩合反应形成的那些，所述二胺化合物的每一个末端具有来自马来酸酐的双键。本发明使用的优选马来酰亚胺树脂为两摩尔马来酸酐和一摩尔芳香二胺反应产物。用于这个目的使用的芳香二胺的实例包括但不仅限于苯二胺，4，4’ - 二氨基_3,3’ -二甲基联苯，1,4_ 二氛基二苯酿,1,4_ 二氛基二苯基甲烧,2, 2_ 二(4_氛基苯基)丙烷，I，4-二氨基二苯砜，I，3-二(4-氨基苯氧基)苯，I，4-双(3-氨基苯氧基)苯和双(4-(3-氨基苯氧基)苯基)讽。M-亚苯基-二-马来酸亚胺是目如优选的化合物。聚马来酰亚胺化合物包括脂肪族或芳香族聚马来酰亚胺。优选具有约I至100芳香核的芳香族聚马来酰亚胺，其中马来酰亚胺基团直接与每一个相邻芳香环连接。本发明也涉及一种制造橡胶-金属粘结部件的方法。橡胶元件通过形成预定形状的橡胶芯并固化它制得，优选固化到基本上完全固化的程度。然后，将自粘结橡胶层施加到固化芯的两侧形成橡胶层压体，优选以其在压力和加热条件下施加的方法，例如挤出或层压方法或在封闭式模具中。如果需要，自粘结橡胶层可以任选地部分固化，用于改善操作性和/或引起粘结到芯橡胶上。然后将橡胶层压体嵌入两个刚性元件之间，后固化最终的组合体，完成自粘结层的固化并影响它们和刚性元件之间的粘结以及影响它们粘结到芯上。所述橡胶层压体通常比其嵌入的缝隙或空间厚，造成压配合并使层压体位于压缩状态。所述嵌入方法也可以在层压体上产生相当大的压力，其是层压体优选在压力和加热条件下形成并可以包括粘合剂层部分固化的原因，即为了改进层压体的完整性和操作性并防止组装过程中剥离。
图3显示了本发明方法的一个实施方案，使用挤出形成芯并在芯橡胶的每一侧施加自粘结橡胶薄层。在图3中，所述芯橡胶通过第一挤出机110和第一模具112，形成预定形状和/或尺寸的半成品芯114。然后，所述半成品芯通过第一固化炉120进行第一次固化，优选直到基本上完全固化。固化的芯橡胶124通过第二挤出机130的涂布模具132时可以保持在预定温度以促进与下一层的粘结。所述第二挤出机130将在芯橡胶的两侧施加自粘结橡胶薄层以制造半成品层压体134，其可以在可选的第二固化炉140中部分固化。成品144在通过切割机150之前在冷却步骤142中冷却以完成层压橡胶元件8的生产，其具有芯12和自粘结层14和16。可以弯曲橡胶层压体以形成橡胶圈108，其可以在组装操作160中被组装在减震器轮毂162和惯性或滑轮圈164之间的环形间隙中。组装的减震器在最终固化炉170中后固化，即后固化步骤，来活化橡胶与刚性或金属部件的粘结。在另一个实施方案中，第一和第二挤出机可以合并成共挤出步骤，因此没有第一固化炉120。然后在层压后发生芯层的固化，例如在第二固化炉140中。对于该实施方案，所述芯层必须与粘合剂层具有不同的固化体系，当在炉140中暴露在相同的硫化状态下时，其容许在所述自粘结层固化约70 %以上之前，优选至多约50 %至70 %，所述芯基本上完全固化。然后所得成品层压体144可以继续通过上述的方法。所述组装步骤包括将层压体压入间隙中，可能需要润滑剂。已经发现某些润滑剂可以利于改善所述粘结。优选所述润滑剂是基于相容性油或皂的，其吸入自粘结层和/或橡胶芯中。因此，所述润滑剂可以选自油、水性乳液、润滑剂悬浮液、皂液等。使用两种具有不同活化温度的固化剂或固化体系可以促进第二固化炉140中部分固化自粘结层的任选步骤。因此，至少两种单独的固化剂或固化体系(即，其中所述固化体系可以包括单个固化剂或两种以上独立的固化剂的共混物或混合物)，可以用来固化所述弹性体组合物。而且可以有利地选择这类固化剂使得每种这类固化剂或固化体系拥有不同于另一种的活化温度范围。在另一个实施方案中，在本发明的弹性体组合物中使用了两种这类固化剂，其每一个的活化由暴露在不同于另一种的一组条件下触发，包括温度、压力和/或曝光时间。对于基本上相同的曝光时间和压力，根据一个实施方案可以有利地使用的两种这类固化剂的活化温度彼此相差至少五(5)摄氏度；更优选彼此相差至少十五(15)摄氏度；最有选彼此相差至少二十五(25)摄氏度。利于本发明的操作显示各自活化温度的示例性材料包括作为第一固化剂，1，I- 二 -(叔丁基过氧基)-3，3，5-三甲基环己烷，例如可以从R.T. Vanderbilt以商品名VAROX 231XL购得的那些；以及作为第二固化剂，2，5-二甲基-2，5-二-(叔丁基过氧基)-3-己炔，例如可以从R. T. Vanderbilt以商品名VAROX130XL购得的那些。当使用层压粘合剂层任选部分固化时，固化程度可以为在后固化的步骤中提供处理优势而不阻止粘结至刚性部件上的任何量。例如，固化程度可以为20至95%，或40%至80%，且优选固化程度为50%至70%。在本发明的各种实施方案中可以使用形成芯层和/或应用粘合橡胶薄层的其它方法。例如，一种方法可以首先形成芯橡胶圈，使用注塑、压塑成型或传递模塑，优选基本完全固化它。然后，可以将芯橡胶圈放入第二模腔如嵌入，其中自粘结弹性体可以通过注塑或传递模塑或其它成型工艺应用到芯橡胶圈的内部表面和外部表面，优选具有一定程度的部分固化。组装后在最终的固化步骤(或“后固化”)中，自粘结弹性体将作为将橡胶粘结到刚性或金属表面上的粘结剂。 作为有用的应用步骤的另一个实施例，一种方法可以将固化橡胶芯层浸入粘结剂溶液中以施用粘合橡胶的涂层。可以使用多次已达到所需层厚度。组装和后固化(即，最终固化)步骤可以如上所述。如图5所示，层压橡胶元件58的另一个实施方案中，可以通过例如形成圈或在一侧或两侧挤出具有棱纹形状或齿状的轮廓(即，凸部和凹部)形成芯层52，然后基本完全固化芯弹性体。然后可以通过上述应用方法中的一种将该圈或轮廓应用到自粘结橡胶上。然后自粘结橡胶可以只填满凹部56或填满凹部56并覆盖凸部54。凹部可以起到提供具有更大深度或厚度粘合剂的区域的作用，而凸部提供较薄区域，该区域中，完全固化芯与最终部件的刚性元件接近或甚至暴露57。这种厚度分布可以提供粘合和压缩稳定的较好的结合。在组装和其它处理过程中，该凸部和凹部也可以帮助保留粘合剂。如上所述，另一个实施方案中，相对于粘合橡胶层，可以通过较低温度下具有不同固化体系的两种材料的共挤出，芯快速固化或相似步骤制备棱纹层压体。其它层压体也是可能的。例如，将用替代或交替的弹性体层在其水平面上形成层的芯设计成具有特定一组物理或动态性能，不可能具有单个层。具有粘结到最终部件的刚性元件的自粘结外层，这种变化目前有双重竞争优势使完全固化的弹性体橡胶的体积维持压缩和粘结到自粘结弹性体刚性表面。
实施例为了证明本发明的实施方案，混合了许多实例橡胶组合物用作橡胶层压体的芯或粘合剂层。所述实施例基于具有炭黑或二氧化硅填料和过氧化物或硫磺固化剂的各种EPDM弹性体。根据用于橡胶材料的常规操作，即使用Banbury型密炼机完成该混合。通常分两个步骤混合该化合物，在第二步骤中添加固化剂。将实施例H到N的薄粘合剂层压延成0. 25mm厚度，且在0. 5mm厚度下将实施例0挤压。通常以圈的形式注塑成型芯层，该圈的直径为约0. 5英寸，长度为约I英寸，和厚度为约3/16硬度。将该圈剪成一英寸方块，用于叠层剪切粘合测试，使用整个圈进行减震器中的测试，如下文进一步描述。表I中描述了许多用于本发明实施方案的芯层橡胶组合物(A到G)。表2中描述了许多用于本发明实施方案的粘合剂层橡胶组合物(H到0)。芯组合物A到F与粘合组合物H到N结合使用用于叠层剪切粘合测试以确认本发明对宽范围的层压体结合和组装项目具有广泛的适用性。表3中显示了组合和结果。表3中显示实施例的第一个系列。发明的实施例指定为“Ex. ”,而对比实施例指定为“Comp. Ex. ”。表3中包括许多对比实施例，其中使用粘合组合物制备部分固化芯，然后在没有其它粘合剂层的情况下，该芯与金属叠层剪切片接触完全固化。使用钢片72、74得到下表中提供的叠层剪切粘合结果，每一个的尺寸为25. 4mm (I英寸)X 63. 5mm (2. 5英寸),且用尺寸为0. 25mm(0. 001英寸)厚X I英寸的方形橡胶粘合剂层76层压的模塑橡胶芯片70的尺寸为4. 8mm厚(3/16英寸)X 25. 4mm (I英寸)的方形，根据ASTM D_816，“类型I叠层样品”的方法进行组装，使得在足以达到约25%橡胶压缩的施加压力下橡胶层压体样品基本完全覆盖在金属片的两个相关表面，如图4所示。因此，叠层剪切评价了橡胶层压体的完整性和整个粘结金属-橡胶部件。
对于许多实施例，在钢和/或层压体的表面上使用各种润滑剂来模拟润滑组装操作。“P-80”为可从International Products Corp ,获得的组装润滑剂以及“R”为以薄薄一层施用到钢片表面上的从Clark Oil and Refining Corporation获得的操作油的等级。在许多情况下，允许叠层剪切样品与润滑剂接触1、4或24小时-涂覆片，然后固化，如与组装细节有关的脚注中指出的。最后，以2英寸/分钟的速率将该样品拉伸至损坏点。热附着力测试在100°C下进行。将结果报告为以磅为单位的峰值负荷，其也与每平方英寸粘结面积的磅数相当。可能注意到橡胶撕裂通常为200磅以上峰值负荷下样品损坏的主要模式，以及粘结损坏的主要峰值负荷通常小于200磅，考虑到根据组合物的变化。对于表3和4中注明的某些实施例，所述钢部件在应用组装润滑剂和嵌入橡胶层压体之前，利用传统方法喷砂和/或碱洗。组装之前部分固化橡胶层压体的可选步骤在这些实施例中没有进行。表3中的叠层剪切结果显示了许多有利的结果。对比实施例25-27可以用作纯自粘结弹性体与金属的粘合水平的基线。本发明的组合观察到了类似的水平。因此，对于具有各种过氧化物固化自粘结层的硫固化芯(B和D)或过氧化物固化芯(A、C和E-F)可以得到良好的结果。实施例1-9和13-15举例说明了可以用相同的粘合橡胶组合物(H)将各种芯橡胶层(A-E)粘结到金属部件。这使得本发明比现有技术中基于单个橡胶配方的两步固化法更柔韧。列举的特定实施例包括硫固化和过氧化物固化配方，具有表I中测试结果所示的各种耐压缩永久变形水平。表3中的结果也举例说明了芯和粘结剂的某些组合优于其它组合，其它的改变可能是重要的，例如组装的细节、润滑、固化等。芯组合物A、D和E用粘合剂组合物I层压，所述层压体嵌入模拟扭转振动减震器，在扭矩转向测试中测试所得的粘合性。所述组合和结果示于表4中。从表4中可以看出，无论硫固化芯(D)或过氧化物固化芯(A和E)都可以与过氧化物固化自粘结组合物I 一起使用。但是，芯和粘合剂都是过氧化物固化的在化学性质上更好匹配的组合给出了最强的TTT结果。可能注意到这些实施例的某些没有进行测试，因为它们在后固化过程中突然分开。与喷砂表面相比，这可能发生在机械切削(光滑的)表面。芯组合物G与粘合剂组合物0 —起使用制造曲轴减震器形式的示例性组装部件，以证明本发明的实施方案相对于基于表I中所示的对比实施例橡胶组合物(“对比实施例51”)的常规方法的性能优势。形成对比实施例51的组合物并部分固化、组装进曲轴减震器中，根据两步固化法后固化，如美国专利No. 7，078，104所公开的，其并入本文作为参考。在这些实施例中，曲轴减震器与图I中所示的类似。表I

权利要求
1.一种粘结部件，包括在两个刚性元件之间压缩和粘结的硫化橡胶元件，其中所述橡胶元件是一种包含夹在其间并粘结到两个自粘结橡胶层上的橡胶芯层的层压体。
2.根据权利要求I的粘结部件，其形式为振动阻尼器、隔离器或减震器。
3.根据权利要求I的粘结部件，其中所述刚性元件为金属元件，所述压缩的量为10%至 50%。
4.根据权利要求3的粘结部件，其中所述芯层和自粘结层包含相同的主弹性体类型和相同的固化体系类型，所述自粘结层包含不存在于所述芯层的附着力促进剂。
5.根据权利要求4的粘结部件，其中所述橡胶芯层包含过氧化物固化的弹性体组合物，所述自粘结橡胶层包含含有附着力促进剂的过氧化物固化的弹性体组合物。
6.根据权利要求5的粘结部件，其中所述主弹性体类型为乙烯-a-烯烃弹性体，所述附着力促进剂为不饱和有机酸的金属盐。
7.根据权利要求I的粘结部件，其中每一层自粘结层的厚度为约0.05mm至约1_。
8.根据权利要求I的粘结部件，其中每一层自粘结层为层压体总厚度的约5%至约10%。
9.根据权利要求I的粘结部件，其中所述芯包含至少一个有凸部和凹部的表面，所述自粘结层填满凹部。
10.一种方法，包括 a)由包含主弹性体和固化体系的弹性体组合物形成橡胶芯层； b)至少部分固化所述芯层； c)在所述芯层的每一侧施加橡胶粘合剂层以形成橡胶层压体； d)在压缩条件下将所述橡胶层压体嵌入两个刚性元件中形成复合制品； e)后固化所述的复合制品以影响所述橡胶粘合剂层和刚性元件之间的粘结而形成粘结部件。
11.根据权利要求10的方法，其中进一步包含 f)所述嵌入之前，固化所述橡胶粘合剂层不大于根据ASTMD-5289或等效测试方法的完全固化的70%。
12.根据权利要求10的方法，其中所述芯层的所述固化程度是根据ASTMD-5289或等效测试方法的完全固化的80%至100%。
13.根据权利要求10的方法，其中所述芯层的所述固化程度为基本上完全固化。
14.根据权利要求10的方法,其中每一层粘合剂层的厚度为0.05mm至I. 0_。
15.根据权利要求10的方法，其中每一层粘合剂层为层压体总厚度的约5%至约10%。
16.根据权利要求10的方法，其中在压力下施加所述粘合剂层，然后部分固化至完全固化的30%至80%。
17.根据权利要求10的方法，其中所述施加为用自粘结橡胶组合物挤出涂布。
18.根据权利要求10的方法，其中所述形成和所述施加为共挤出。
19.根据权利要求10的方法，其中所述施加为嵌件模塑(注塑、压塑或传递模塑)并包括部分固化所述粘合剂层，不大于完全固化的70%。
20.根据权利要求10的方法，其中所述施加为溶液涂布，具有干燥步骤，其也部分固化所述橡胶粘合剂层，不大于完全固化的70%。
21.根据权利要求10的方法，其中所述芯和橡胶粘合剂层的主弹性体为相同类型并选自由乙烯-a -烯烃弹性体、EPM、EPDM、SBR、NBR, NR、EVM、EAM、ECO及其共混物组成的组；所述橡胶层的固化体系可以是相容的并共固化以粘合在其中；所述粘合剂层包含不存在于芯层中的附着力促进剂。
22.根据权利要求21的方法，其中 所述芯层包含作为主弹性体的EPDM和过氧化物固化体系；且所述粘合剂层包含作为主弹性体的EPDM、过氧化物固化体系和作为附着力促进剂的不饱和有机酸金属盐。
23.根据权利要求22的方法，其中所述刚性元件为金属元件。
24.根据权利要求23的方法，其中所述粘合剂层包括两种具有不同固化活化温度的过氧化物，至少相差5 °C。
全文摘要
一种粘结部件，具有压缩在两个刚性元件之间并粘结在那里的压配合的硫化橡胶，其中所述橡胶元件是一种层压体，芯层夹在其中并粘结到两个自粘结橡胶层上。粘结部件可以是例如振动阻尼器、隔离器或减震器。该芯层和自粘结层可以具有相同的主弹性体和固化体系类型，且该自粘结层具有不存在于芯层中的附着力促进剂。粘合剂层的厚度可以为0.05-1mm或者为所述层压体厚度的5％至10％。该方法包括形成橡胶芯层，固化它，在每一侧上施用橡胶粘合剂层以形成层压体，在压力下将该层压体嵌入两个刚性元件之间，固化后形成粘结部件。嵌入之前粘合剂层可以部分固化。
文档编号C08J5/12GK102802936SQ201080027775
公开日2012年11月28日 申请日期2010年6月25日 优先权日2009年6月30日
发明者冯雨丁, 朱霖, Y·霍迪亚特, P·N·邓拉普 申请人:盖茨公司