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(dòng)機(jī)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(qiáng)度對(duì)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(qiáng)度的關(guān)鍵。本文通過對(duì)金屬粘合表面不同處理工藝的試驗(yàn)，得出了操作方便、經(jīng)濟(jì)性好、粘接性能優(yōu)異的骨架表面處理方法。

    一、實(shí)驗(yàn)

    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(tuán)；丁腈膠N41蘭州化學(xué)工業(yè)公司。

    2.設(shè)備

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

    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(hù)蠟4；軟化劑10；炭黑70；硫黃2；促進(jìn)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(jìn)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(jī)械性能

    膠邵爾A型硬度65度，拉伸強(qiáng)度22MPa，拉斷伸長(zhǎng)率450%。

    丁腈膠邵爾A型硬度70度，拉伸強(qiáng)度24MPa，拉斷伸長(zhǎng)率340%。

    5.試樣制備

    ①在K360×160開放式煉膠機(jī)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(jī)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(cè)試

    按GB/T 13936標(biāo)準(zhǔn)對(duì)已硫化的試樣進(jìn)行測(cè)試。

    二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

    骨架不同表面處理方法下的粘結(jié)強(qiáng)度見表1，骨架不同后處理工藝下的粘結(jié)強(qiáng)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(qiáng)度見表3，粘合劑涂層厚度對(duì)粘結(jié)強(qiáng)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(qiáng)度

    表2  骨架不同后處理工藝下的粘結(jié)強(qiáng)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(qiáng)度

    表4  粘合劑涂層厚度對(duì)粘結(jié)強(qiáng)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(jī)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(qiáng)被粘材料表面之間的親和力就顯得尤為重要。

    (1)從試驗(yàn)結(jié)果來看，只是對(duì)金屬表面進(jìn)行去油處理而未進(jìn)行其它處理的試樣幾乎沒有粘接強(qiáng)度。去油后的骨架進(jìn)行磷化處理和噴砂處理的試樣都獲得了較高的粘接強(qiáng)度(見表1)。噴砂是通過高強(qiáng)度的砂粒對(duì)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(jī)械鑲嵌，增加了粘合表面的阻力及吸附力，從而達(dá)到提高粘接強(qiáng)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(dá)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(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明了單一的表面處理都有的局限性，機(jī)械噴砂與化學(xué)處理相結(jié)合才能達(dá)到的粘合效果。

    2.粘合劑涂好后進(jìn)行后處理，對(duì)于提高粘結(jié)強(qiáng)度大有好處。在試驗(yàn)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(qiáng)度不理想，同時(shí)有局部脫粘現(xiàn)象，但如果停放一段時(shí)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(shí)，粘合劑受熱后在橡膠層的擠壓下流動(dòng)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(shí)驗(yàn)中，對(duì)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(qiáng)度及效果達(dá)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(duì)粘合強(qiáng)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(qiáng)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(shí)粘合劑過多時(shí)，粘接層易發(fā)脆，從而導(dǎo)致粘接強(qiáng)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(duì)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(qiáng)度要稍差一些。

    3.骨架表面涂粘合劑后要進(jìn)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(shí)，涂層厚度以15-20μm為宜；使用雙涂層粘合時(shí)，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。