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——橡膠結構。金屬和橡膠的結合強度對產(chǎn)品的性能有著至關重要的影響。金屬橡膠件的壽命很大程度上取決於兩種材料的粘接質(zhì)量。粘接技術因此成為許多工廠的研究課題。

   眾所周知，增大粘接麵的表麵積及靜電吸附力、提高粘接材料之間的化學作用力是獲得高粘接強度的關鍵。本文通過對金屬粘合表麵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)異的骨架表麵處理方法。

    一、實驗

    1.主要材料

    CHEMLOK252上海洛德公司產(chǎn)品；CHEMLOK205上海洛德公司產(chǎn)品；10^#鋼；20目石英砂；天然膠SCR5海南天然膠聯(lián)合產(chǎn)業(yè)集團；丁腈膠N41蘭州化學工業(yè)公司。

    2.設備

   普壓乾噴砂機(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

    天然膠SCR5100；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N4110；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單塗氧化鋅(間接法)；②底塗CHEM-LOK 205,麵塗CHEMLOK 252。

    4.粘接橡膠的常規(guī)機械性能

   天然膠邵爾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.試樣製備

   ①在K360×160開放式煉膠機上將配方物料混合均勻；②試塊表麵處理；③在400×400電熱平板硫化機上壓製試樣；④試樣製備工藝。

   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/T13936標準對已硫化的試樣進行測試。

    二、實驗數(shù)據(jù)

   骨架不同表麵處理方法下的粘結強度見表1，骨架不同後處理工藝下的粘結強度見表2，雙塗層粘合體係下不同骨架表麵處理方法的粘結強度見表3，粘合劑塗層厚度對粘結強度的影響見表4。

    表1  骨架不同表麵處理方法下的粘結強度

膠種	粘合劑	前處理	表麵處理方法	後處理	粘接強度	破壞方式
NR	CHEMLOK 252	溶劑去油	未處理	70℃-80℃烘乾	幾乎未粘
			噴砂(機械)		4.9MPa	混合破壞
			磷化(化學)		3.5MPa	粘合層破壞
			噴砂+磷化(機械+化學)		6.0MPa	內(nèi)聚破壞
NBR	CHEMLOK 252	溶劑去油	未處理	70℃-80℃烘乾	幾乎未粘
			噴砂(機械)		4.3MPa	混合破壞
			磷化(化學)		4MPa	粘合層破壞
			噴砂+磷化(機械+化學)		5.3MPa	混合破壞

    表2  骨架不同後處理工藝下的粘結強度

腔種	粘合劑	前處理	表麵處理方法	後處理	粘接強度	破壞方式
NR	CHEMLOK 252	溶劑去油	噴砂+磷化	室溫涼乾	4.9MPa	混合破壞
				室溫涼乾，停放12小時	3.5MPa	粘合層破壞
				70℃-80℃，烘20min	6.0MPa	內(nèi)聚破壞

    表3  雙塗層粘合體係下不同骨架表麵處理方法的粘結強度

膠種	粘合劑	前處理	表麵處理方法	後處理	粘接強度	破壞方式
NR	底塗CHEMLOK205	溶劑去油	噴砂	70℃-80℃ 烘20min	6.5MPa	混合破壞
	麵塗CHEMLOK252		磷化		5.5MPa	粘合層破壞
			噴砂+磷化		8.3MPa	內(nèi)聚破壞

    表4  粘合劑塗層厚度對粘結強度的影響

膠種	粘合劑	前處理	表麵處理方法	塗層厚度	後處理	粘接強度	破壞方式
NR	單塗CHEMLOK252	溶劑去油	噴砂+磷化	<10μm	70℃-80℃ 烘20min	3.6Mh	粘合層破壞
				12-20μm		6.0MPa	內(nèi)聚破壞
				>20μm		4.5MPa	粘合層破壞
	底塗CHEMLOK205	溶劑	去油	噴砂+磷化	<15μm70℃-80℃ 烘20min	5.0MPa	粘合層破壞
	麵塗CHEMLOK252			20-25μm		8.3MPa	內(nèi)聚破壞
				>30μm		4.5MPa	粘合層破壞

    三、分析討論

   1.橡膠材料與金屬(或非金屬)的粘接，都要依賴於材料本身與骨架層之間形成一定的化學作用力或物理吸附力(包括機構鑲嵌)。但是由於被粘接的兩種材料間結構及極性相差較大，很難形成化學鍵，而且物理吸附力也很弱，如何增強被粘材料表麵之間的親和力就顯得尤為重要。

   (1)從試驗結果來看，隻是對金屬表麵進行去油處理而未進行其它處理的試樣幾乎冇有粘接強度。去油後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麵形成了不規(guī)則的凹凸麵，增大了粘接麵積並形成了機械鑲嵌，增加了粘合表麵的阻力及吸附力，從而達到提高粘接強度的作用。

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

   (3)數(shù)據(jù)反應，噴砂後再磷化處理的骨架粘合效果*好，無論是理論還是實驗結果都表明了單一的表麵處理都有一定的局限性，機械噴砂與化學處理相結合才能達到*佳的粘合效果。

   2.粘合劑塗好後進行後處理，對於提高粘結強度大有好處。在試驗中發(fā)現(xiàn)，塗粘合劑後稍做停放即壓製試樣，不但粘結強度不理想，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，粘合劑受熱後在橡膠層的擠壓下流動而導致塗層不均勻；另外，粘合劑中的溶劑冇有完全揮發(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，對塗粘合劑的骨架在70℃-80℃溫度下熱處理20分鐘，使粘合劑塗層輕微交聯(lián)，粘合強度及效果達到*佳狀態(tài)，且質(zhì)量穩(wěn)定。

   3.除了表麵處理與後處理，塗層的厚度與均勻度對粘合強度也有較大的影響，塗層太薄，粘合不能完全分散於骨架表麵，且親合力不夠，無法提供足夠的粘接強度。塗層過厚，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，從而導致粘接強度下降。

    四、結論

   1.橡膠與骨架材料的粘接，尤其是懸置、襯套、支承等件，骨架表麵處理極為重要，*好的粘結效果是：噴砂+磷化處理並輔以溶劑去油處理。

   2.對於不與空氣接觸的骨架(全包)材料，可以在溶劑處理後噴砂處理，但強度要稍差一些。

   3.骨架表麵塗粘合劑後一定要進行後處理，較為理想的工藝是在80℃左右溫度下烘乾15-20分鐘。

   4.粘合劑的塗層厚度一定要控製，使用單塗層粘合時，塗層厚度以15-20μm為宜；使用雙塗層粘合時，每層厚度以10-12μm，總厚度為20-25μm為宜。

   5.采用雙塗層粘合工藝，更容易獲得好的粘合性能。