在汽車工業(yè)中，橡膠與金屬的粘合是很普遍的，骨架油封、發(fā)動機及變速箱支承、擺壁襯套、車身支撐等都是典型的金屬——橡膠結(jié)構(gòu)。金屬和橡膠的結(jié)合強度對產(chǎn)品的性能有著至關(guān)重要的影響。金屬橡膠件的壽命很大程度上取決于兩種材料的粘接質(zhì)量。粘接技術(shù)因此成為許多工廠的研究課題。

    眾所周知，增大粘接面的表面積及靜電吸附力、提高粘接材料之間的化學(xué)作用力是獲得高粘接強度的關(guān)鍵。本文通過對金屬粘合表面不同處理工藝的試驗，得出了操作方便、經(jīng)濟性好、粘接性能優(yōu)異的骨架表面處理方法。

    一、實驗

    1.主要材料

    CHEMLOK 252上海洛德公司產(chǎn)品；CHEMLOK 205上海洛德公司產(chǎn)品；10^#鋼；20目石英砂；膠SCR5海南膠聯(lián)合產(chǎn)業(yè)集團；丁腈膠N41蘭州化學(xué)工業(yè)公司。

    2.設(shè)備

    普壓干噴砂機(空氣壓力>0.6MPa)；磷化處理線；400×400電熱平板硫化機；0-200℃老化箱；0-2500N電子拉機。

    3.粘接橡膠基本配方

    膠SCR5 100；硬脂酸1；氧化鋅(間接法)5；防老劑3；防護蠟4；軟化劑10；炭黑70；硫黃2；促進劑1.5。

    丁腈膠N41 10；硬脂酸1；氧化鋅(間接法)5；防老劑3；聚酯增塑劑10；炭黑60；DCP 1.5；硫黃0.5；促進劑1.5。

    粘合劑：①單涂氧化鋅(間接法)；②底涂CHEM-LOK 205,面涂CHEMLOK 252。

    4.粘接橡膠的常規(guī)機械性能

    膠邵爾A型硬度65度，拉伸強度22MPa，拉斷伸長率450%。

    丁腈膠邵爾A型硬度70度，拉伸強度24MPa，拉斷伸長率340%。

    5.試樣制備

    ①在K360×160開放式煉膠機上將配方物料混合均勻；②試塊表面處理；③在400×400電熱平板硫化機上壓制試樣；④試樣制備工藝。

    NR硫化工藝條件為155℃×6min。

    NBR硫化工藝條件為160℃×6min。

    6.測試

    按GB/T 13936標準對已硫化的試樣進行測試。

    二、實驗數(shù)據(jù)

    骨架不同表面處理方法下的粘結(jié)強度見表1，骨架不同后處理工藝下的粘結(jié)強度見表2，雙涂層粘合體系下不同骨架表面處理方法的粘結(jié)強度見表3，粘合劑涂層厚度對粘結(jié)強度的影響見表4。

表1  骨架不同表面處理方法下的粘結(jié)強度

    表2  骨架不同后處理工藝下的粘結(jié)強度

    表3  雙涂層粘合體系下不同骨架表面處理方法的粘結(jié)強度

    表4  粘合劑涂層厚度對粘結(jié)強度的影響

三、分析討論

    1.橡膠材料與金屬(或非金屬)的粘接，都要依賴于材料本身與骨架層之間形成的化學(xué)作用力或物理吸附力(包括機構(gòu)鑲嵌)。但是由于被粘接的兩種材料間結(jié)構(gòu)及極性相差較大，很難形成化學(xué)鍵，而且物理吸附力也很弱，如何增強被粘材料表面之間的親和力就顯得尤為重要。

    (1)從試驗結(jié)果來看，只是對金屬表面進行去油處理而未進行其它處理的試樣幾乎沒有粘接強度。去油后的骨架進行磷化處理和噴砂處理的試樣都獲得了較高的粘接強度(見表1)。噴砂是通過高強度的砂粒對金屬表面形成了不規(guī)則的凹凸面，增大了粘接面積并形成了機械鑲嵌，增加了粘合表面的阻力及吸附力，從而達到提高粘接強度的作用。

    (2)與噴砂的物理作用不同，磷化是通過化學(xué)作用在金屬骨架表面形成一聯(lián)接骨架與橡膠的親合層(磷酸鋅鹽的絡(luò)合物)，通過化學(xué)作用力來達到粘接的效果。

    (3)數(shù)據(jù)反應(yīng)，噴砂后再磷化處理的骨架粘合，無論是理論還是實驗結(jié)果都表明了單一的表面處理都有的局限性，機械噴砂與化學(xué)處理相結(jié)合才能達到的粘合效果。

    2.粘合劑涂好后進行后處理，對于提高粘結(jié)強度大有好處。在試驗中發(fā)現(xiàn)，涂粘合劑后稍做停放即壓制試樣，不但粘結(jié)強度不理想，同時有局部脫粘現(xiàn)象，但如果停放一段時間(12h)，粘合效果明顯改善，但是試樣斷層不均勻，有的地方粘接良好，局部地方幾乎未粘，甚至有些部位發(fā)脆。主要原因是試樣成型時，粘合劑受熱后在橡膠層的擠壓下流動而導(dǎo)致涂層不均勻；另外，粘合劑中的溶劑沒有完全揮發(fā)，也有可能使產(chǎn)品在硫化過程中產(chǎn)生氣泡而脫層。在實驗中，對涂粘合劑的骨架在70℃-80℃溫度下熱處理20分鐘，使粘合劑涂層輕微交聯(lián)，粘合強度及效果達到狀態(tài)，且質(zhì)量穩(wěn)定。

    3.除了表面處理與后處理，涂層的厚度與均勻度對粘合強度也有較大的影響，涂層太薄，粘合不能完全分散于骨架表面，且親合力不夠，無法提供足夠的粘接強度。涂層過厚，過多的粘合劑易堆積在一起，難以分散均勻，容易產(chǎn)生氣泡，脫層現(xiàn)象，同時粘合劑過多時，粘接層易發(fā)脆，從而導(dǎo)致粘接強度下降。

    四、結(jié)論

    1.橡膠與骨架材料的粘接，尤其是懸置、襯套、支承等件，骨架表面處理極為重要，的粘結(jié)效果是：噴砂+磷化處理并輔以溶劑去油處理。

    2.對于不與空氣接觸的骨架(全包)材料，可以在溶劑處理后噴砂處理，但強度要稍差一些。

    3.骨架表面涂粘合劑后要進行后處理，較為理想的工藝是在80℃左右溫度下烘干15-20分鐘。

    4.粘合劑的涂層厚度要控制，使用單涂層粘合時，涂層厚度以15-20μm為宜；使用雙涂層粘合時，每層厚度以10-12μm，總厚度為20-25μm為宜。

    5.采用雙涂層粘合工藝，更容易獲得好的粘合性能。