CN116461044A - 一种peek复合材料壳体与氯丁橡胶热硫化粘接的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种PEEK复合材料壳体与氯丁橡胶热硫化粘接的工艺方法，属于异种材料的热硫化粘结技术领域。采用平板硫化机，将需要热硫化粘接的PEEK复合材料壳体经过表面粗化处理、脱脂处理、刷底涂胶等工序后放入模具的型腔中合模，上模注胶口处放置加料罐，将适量的氯丁橡胶投入加料罐内并放上柱塞，然后放置到平板硫化机上进行预热，注意控制好加压速度、加压压力及加压(注胶)时间、注意保证保压压力及保压时间，保压时间到后，启模取出产品。本发明操作方便，适用范围广，能适合各种不规则PEEK复合材料加工件与氯丁橡胶需要高强度粘接的场合。
Description
技术领域
本发明涉及异种材料的热硫化粘结技术领域，具体涉及一种PEEK复合材料壳体与氯丁橡胶热硫化粘接的方法。
背景技术
聚醚醚酮(PEEK)作为新型的高性能工程塑料，具有很高的玻璃化转变温度和熔融温度，具有高的弹性模量、热稳定性、耐化学稳定性、耐辐射性以及摩擦系数低、耐磨性能好和承载啮合性好等优点，因此被广泛地应用于各个工业领域。
PEEK具有良好的加工成型特性。它可以替代铝、钛和其它金属材料并根据客户的图纸或样品很方便地采用注塑、车、铣、打孔、攻丝、数控精雕等工艺加工成各种复杂形状的零部件。PEEK具有低密度、良好的加工性等特征，使其容易加工成公差极小的零部件以代替其它金属零部件。
由于PEEK还具有良好的耐水解和耐腐蚀特性，对于油及酸之类的各种液体具有优异的耐化学稳定性，可延长零件的使用寿命等特点，并展现出了“以塑代钢”的巨大应用前景，为塑料工业开辟了新的应用领域，也为塑料与橡胶的硫化粘接开辟了新的思路。
电子电气领域PEEK同样具有优异的电气性能，在严苛的工作环境下如高温、高压和高湿度等环境中，依然可以保持优异的电绝缘性，因此被公认为是电子电气领域理想的电绝缘材料，可用于镶嵌插头、高可靠性插件、电缆插头、接线盒等部件，用它来制备的水下电连接器不仅能够满足结构轻量化设计而且有助于电绝缘安全性能的提高，PEEK在较宽的温度范围内不产生变形，依据这一特性，PEEK更适合用于制造大电流高电压连接器、高温接插件等。
随着我国海洋领域应用开发的不断发展扩大，各类型水下机器人、水下装备等应运而生。PEEK耐水解和耐腐蚀性能优良，密度为1.26～1.38g/cm3，作为“塑钢”它的比重非常小，重量仅为不锈钢重量的1/3，比水的密度稍大，面向海洋探测及开发的水下装备尤其是海底观测***上用的水下插拔连接器的外壳等易长期与海水接触的关键配套元器件上均有着重要且广泛的应用。它不但耐海水腐蚀，而且结构轻量化设计也便于遥控水下机器人(ROV)的机械手更加方便灵活的操作与抓取目标。以往，PEEK表面活性差，与橡胶等非金属粘接效果不佳，短时间使用尚可，但随着我国在海洋领域尤其是深海应用持续开发，原有的不锈钢与橡胶的粘接工艺在长时间海水浸泡后易出现不锈钢表面生锈或电化学腐蚀现象、胶接层易脱落，产品的可靠性差，不足以满足产品长期在深海环境下的使用需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种PEEK复合材料壳体与氯丁橡胶热硫化粘接的工艺方法，该方法是利用平板硫化机来解决带有镶件的PEEK复合材料壳体和氯丁橡胶的热硫化粘接，技术成熟、操作方便、能适合各种不规则且带有镶件的PEEK复合材料壳体与氯丁橡胶热硫化粘接。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种PEEK复合材料壳体与氯丁橡胶热硫化粘接的方法，该方法是采用平板硫化机和模具将PEEK复合材料壳体与插头通过氯丁橡胶粘接在一起，所述插头包括相连接的铜接触件和电缆；该方法具体包括如下步骤：
(1)将需要热硫化粘接的PEEK复合材料壳体和电缆依次进行表面粗化处理、脱脂处理和刷底涂胶工序；
(2)将经步骤(1)处理后的壳体放入模具的型腔中并合模，在上模注胶口处放置加料罐，根据工件的体积计算，将适量的氯丁橡胶投入加料罐内并放上柱塞，放置到平板硫化机上进行预热；
(3)热粘接处理：对模具依次进行加压和保压处理，其中：加压速度为0.15～0.4MPa/5s，加压压力为1.5～3MPa，加压(注胶)时间为40～60s；保压压力为1.5～3.5MPa，保压时间为20～30min，保压时间到后启模取出产品。
上述步骤(1)中，所述刷底涂胶工序是指将PEEK复合材料壳体和线缆上脱脂处理后的部位涂底涂胶，在涂刷底涂胶后，需要在干燥箱内60℃烘干40分钟，去除底涂胶中多余的水分再进行注胶硫化，以提高粘接强度。
上述步骤(1)中，在涂刷热硫化用底涂胶时，温度要控制在20℃～30℃之间，相对湿度小于或等于75％RH，以免底涂胶内层残留水分导致硫化粘接失败。
上述步骤(2)中，所述模具包括上模和下模，上模和下模合模后通过螺钉固定；所述上模上设有注胶口，注胶口处放置加料罐，加料罐内放置用于粘接的氯丁橡胶混炼胶。
上述步骤(2)中，模具合模并固定后，在加料罐内加入氯丁橡胶混炼胶后将模具移至平板硫化机的下平板上，并使上平板正好与加料罐上部接触时进行预热，预热温度130～160℃。
上述步骤(2)中，需要根据工件的体积计算氯丁橡胶投料量，以免注胶量过多引起壳体内部有镶件的电接触偶或导线、电缆芯线等材料被挤出导致硫化失败。
本发明的有益效果：
1、本发明采用平板硫化机，设备便宜、操作简单，而且操作空间开放性大，比较适合PEEK复合材料壳体内部带线缆和镶件的产品与橡胶热硫化粘接的场景；
2、由于使用平板硫化机，模具也使用橡胶硫化模具，优点是尺寸小、质量轻，劳动强度低，设计比较容易，加工成本低；不像注塑模具尺寸大，质量重，劳动强度大，设计机构也比较繁琐，加工成本高；
3、由于PEEK兼具金属及塑料的优点，而且PEEK是一种顶级环保材料，凭借其环保性能，为塑料工业开辟了新的应用领域，甚至是在某些领域可以取代不锈钢。
4、产品在表面粗化处理后用医用镊子夹取脱脂棉蘸取乙酸乙酯溶液进行清洗，激活被粘接表面，注胶前涂刷一层黏度低的热硫化底涂胶，两层面涂胶，能够完全浸润PEEK复合材料壳体表面，浸润角增大，PEEK与氯丁橡胶两者之间粘接面面积增加，附着力更好，粘接强度更高；
5、应用范围广，适合陆地与深海环境需求且结构轻量化设计的产品，如PEEK复合材料与氯丁橡胶热硫化粘接的场景。
6、本发明热硫化粘结过程中，一定要控制好加压速度、加压压力及加压(注胶)时间，以及注意保证保压压力及保压时间等工艺参数的准确性及稳定性，以免参数控制不精确影响最终PEEK复合材料壳体与氯丁橡胶粘接强度。
7、本发明件及模具预热时间不易过长，防止底涂胶失效，否则易导致硫化粘接强度不足而失败。
附图说明
图1为本发明一个实施例用PEEK复合材料壳体与氯丁橡胶硫化粘接的水密插头。
图2为插头体合模后上模放置加料罐示意图。
图3为模具整体在硫化机平板上注胶硫化示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
本实施例为带有镶件的PEEK复合材料壳体和氯丁橡胶结合的水密插头。热硫化粘接工艺方法如下：
1、将PEEK复合材料壳体11外壁需要与氯丁橡胶硫化粘接的部位进行机械打磨处理，要求表面粗糙度均匀一致。
2、将铜接触件12焊杯内壁镀锡处理，将线缆13剥线镀锡后与铜接触件12一一对应焊接，线缆需要硫化的部位用自制木锉打磨处理，要求表面粗糙度均匀一致。
3、将PEEK复合材料壳体打磨的部位用医用镊子夹取脱脂棉蘸取乙酸乙酯溶液进行脱脂处理两遍，然后放置到在一旁晾干，室温10min。
4、将线缆13打磨的部位用医用镊子夹取丙酮棉进行脱脂处理两遍，然后放置在一旁晾干，室温10min。
5、用软毛刷将PEEK复合材料脱脂处理过的部位涂一层底涂胶Ⅰ14，底涂胶Ⅰ配方中含有机烃聚合物和硅分散填料，质量分数分别为70％、20％，挥发体二甲苯的质量分数为10％，要求涂刷均匀，薄厚一致，以壳体表面无液体流动即可，涂胶厚度12.7～25.4μm之间，然后放置到60℃鼓风干燥箱内烘干40分钟，充分去除底涂胶中多余的水分，而后用漆膜厚度仪测量涂胶厚度，合格后进行下一步工艺。
6、用软毛刷将线缆打磨的部位涂一层配制的底涂胶Ⅱ15，底涂胶Ⅱ配方中聚异氰酸酯质量分数为40％，挥发体环己酮的质量分数为50％，胶粉质量分数为10％，要求涂刷均匀，薄厚一致，以线缆13外护套无液体流动即可，涂胶厚度12.7～25.4μm之间，然后放置到60℃鼓风干燥箱内烘干40分钟，充分去除底涂胶中多余的水分，而后用漆膜厚度仪测量涂胶厚度，合格后按照上述工艺再涂一层底涂胶Ⅱ15，合格后进行下一步工艺。
7、用软毛刷将PEEK复合材料涂一层底涂胶Ⅰ14的部位再涂一层配制的面涂胶16，面涂胶配方中含有机烃聚合物和硅分散填料，质量分数分别为65％、20％，挥发体二甲苯的质量分数为15％，要求涂刷均匀，薄厚一致，以壳体表面无液体流动即可，涂胶厚度12.7～25.4μm之间，然后放置到60℃鼓风干燥箱内烘干40分钟，充分去除面涂胶中多余的水分，而后用漆膜厚度仪测量涂胶厚度，合格后按照上述工艺再涂一层面涂胶16，合格后进行下一步工艺。
8、将插头整体放置到模具的型腔17中(参见图1)。
9、上下模合模后模具四角放置内六角螺钉21，用内六角扳手校紧，上模注胶口处放置加料罐22(参见图2)，根据工件的体积计算，将质量约为20g的氯丁橡胶混炼胶投入加料罐中并移至平板硫化机(参见图3)的下平板31上，启动油泵，使油缸33上升，当上平板32正好与加料罐柱塞接触时关闭油泵，进行预热，预热条件为150℃，预热时间3分钟，目的是增加混炼胶流动性，便于后续的注胶硫化。
10、预热时间到后再次启动油泵，按照硫化对象设定好加压(注胶)时间、加压速度、加压压力、保压时间及保压压力等工艺参数进行注胶硫化，见下表1，硫化完毕后启模，取出产品。
表1硫化工艺参数
| 硫化温度 | 150℃ |
| 加压时间 | 50s |
| 加压压力 | 2MPa |
| 加压速度 | 0.2MPa/5s |
| 保压时间 | 25min |
| 保压压力 | 2MPa |
硫化结束后，检查图1中所示氯丁橡胶17与PEEK复合材料壳体11、线缆13是否牢固地粘合在一起。实际测量氯丁橡胶与PEEK壳体剪切强度数值可达10MPa以上(普通不锈钢与氯丁橡胶硫化后剪切强度数值仅为8MPa左右)，其中：插头所用壳体11为PEEK复合材料，线缆13外护套为氯丁橡胶或聚氨酯材料。
采用本发明，避免了使用PEEK复合材料时并带有镶件的壳体在与氯丁橡胶硫化结合时出现粘接不牢、易脱落等缺陷，质量可靠性及稳定性能够保证，以满足在深海条件下水下可插拔电连接器产品壳体长时间与海水接触的耐化学腐蚀性；而且结构轻量化设计也便于水下机器人的机械手更加方便灵活的操作与抓取目标，产品耐水压指标可达到60MPa；采用PEEK复合材料壳体的耐磨损及耐刮擦性能也同时满足海底多种地形地貌等复杂环境下的使用需求。
Claims (6)
1.一种PEEK复合材料壳体与氯丁橡胶热硫化粘接的工艺方法，其特征在于：该方法是采用平板硫化机和模具将需要热硫化粘接的PEEK复合材料壳体插头通过氯丁橡胶粘接在一起，所述插头包括相连接的铜接触件和电缆；该方法具体包括如下步骤：
(1)将需要热硫化粘接的PEEK复合材料壳体和电缆依次进行表面粗化处理、脱脂处理和刷底涂胶工序；
(2)将经步骤(1)处理后的壳体放入模具的型腔中并合模，在上模注胶口处放置加料罐，根据工件的体积计算，将适量的氯丁橡胶投入加料罐内并放上柱塞，放置到平板硫化机上进行预热；
(3)热粘接处理：对模具依次进行加压和保压处理，其中：加压速度为0.15～0.4MPa/5s，加压压力为1.5～3MPa，加压(注胶)时间为40～60s；保压压力为1.5～3.5MPa，保压时间为20～30min，保压时间到后启模取出产品。
2.按权利要求1所述PEEK复合材料壳体与氯丁橡胶热硫化粘接的工艺方法，其特征在于：步骤(1)中，所述刷底涂胶工序是指将PEEK复合材料壳体和线缆上脱脂处理后的部位涂底涂胶，在涂刷底涂胶后，需要在干燥箱内60℃烘干40分钟，去除底涂胶中多余的水分再进行注胶硫化，以提高粘接强度。
3.按权利要求1所述PEEK复合材料壳体与氯丁橡胶热硫化粘接的方法，其特征在于：步骤(1)中，在涂刷热硫化用底涂胶时，温度要控制在20℃～30℃之间，相对湿度小于或等于75％RH，以免底涂胶内层残留水分导致硫化粘接失败。
4.按权利要求1所述PEEK复合材料壳体与氯丁橡胶热硫化粘接的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述模具包括上模和下模，上模和下模合模后通过螺钉固定；所述上模上设有注胶口，注胶口处放置加料罐，加料罐内放置用于粘接的氯丁橡胶混炼胶。
5.按权利要求1所述PEEK复合材料壳体与氯丁橡胶热硫化粘接的方法，其特征在于：步骤(2)中，模具合模并固定后，在加料罐内加入氯丁橡胶混炼胶后将模具移至平板硫化机的下平板上，并使上平板正好与加料罐上部接触时进行预热，预热温度130～160℃。
6.按权利要求1或5所述PEEK复合材料壳体与氯丁橡胶热硫化粘接的方法，其特征在于：步骤(2)中，需要根据工件的体积计算氯丁橡胶投料量，以免注胶量过多引起壳体内部有镶件的电接触偶或导线、电缆芯线等材料被挤出导致硫化失败。
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