橡膠與金屬粘接強度的影響因素分析

周保菊 梁丹 王成

摘要：橡膠與金屬的粘接強度直接影響復合材料的性能質(zhì)量，因此研究討論橡膠與金屬粘接強度的影響因素對提高粘接質(zhì)量具有重要意義。本文介紹了橡膠及金屬表面的處理方法，重點講解了橡膠與金屬的粘接方法和影響因素，主要包括機械作用和化學鍵作用兩個方面。通過對橡膠與金屬粘接強度的了解，企業(yè)在生產(chǎn)過程中可以重點控制關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)，確保粘接強度滿足質(zhì)量要求。

關(guān)鍵詞：橡膠；金屬；粘接強度

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，橡膠與金屬的粘接技術(shù)越來越先進，橡膠與金屬粘接強度是復合性能的重要指標。這種橡膠與金屬粘接在一起的復合材料具有橡膠和金屬的兩種性能，增加了橡膠的抗震性能、絕緣性能、密封性能。本文介紹了橡膠表面等離子及涂硅氧烷底涂劑；金屬表面處理技術(shù)，包括表面拋丸、表面清洗等內(nèi)容，重點講解了橡膠與金屬的粘接方法與強度的影響因素。

1橡膠表面處理

等離子處理機依靠電能，會產(chǎn)生高壓、高頻能量。這些能量在噴槍鋼管中被激活和被控制的輝光放電中產(chǎn)生低溫等離子體，借助壓縮空間將等離子體噴向處理表面，使處理表面產(chǎn)生相應的物理變化和化學變化。

等離子處理機處理的物體表面被清潔，去除了油脂、添加劑等成分，消除了表面靜電。同時，表面得到了活化，增加了附著力，有利于產(chǎn)品的粘合、噴涂、印刷及密封。

橡膠表面另一種重要的處理方式是火焰裂解，表面形成硅氧烷以增加附著能力的方法，或者直接涂抹含硅氧烷的方式來增加表面活性。

2 金屬表面處理

只有將金屬表面處理干凈，沒有雜質(zhì)，才能使得橡膠與金屬的粘接具有非常好的性能。另外，也要盡量大的增加粘接面積，從而增加橡膠和金屬的粘接強度。本文介紹了兩種表面處理方法，包括表面拋丸和表面清洗。

2.1 表面拋丸

金屬的比較常用的表面處理就是表面拋丸的處理方法。這種方法就是用鋼丸打擊金屬表面，使得金屬表面的晶格發(fā)生變形，而且金屬表面的硬度也會增大很多，同時在金屬的表面會出現(xiàn)很多微觀的空隙。拋丸的方法對金屬表面進行處理，金屬表面會出現(xiàn)各種各樣的溝槽和棱角，同時由于晶面移動等晶體運動，會出現(xiàn)塑性變形和組織變化的現(xiàn)象，從而使得金屬從不穩(wěn)定轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的形態(tài)。

影響金屬表面拋丸的原因有很多，例如鋼丸的材料、形狀、大小以及速度、角度、距離等因素。在進行金屬處理應注意以下事項：（1）采用拋丸處理方法的金屬需要有一定的厚度，厚度不能小于0.6mm，同時也不能選擇容易出現(xiàn)變形的金屬。（2）拋丸處理應當適度，不能操作太長時間，可能會使得金屬表面出現(xiàn)裂痕，也對橡膠和金屬粘接強度有較大的影響。（3）采用金屬拋丸表面處理時，如果造成金屬表面過度粗糙，將會造成金屬和橡膠的粘接強度降低。（4）選擇的鋼丸硬度要合適，不能太硬或太軟。如果鋼丸的硬度太低，效果就比較差，且鋼丸用量也會增大。

2.2 表面清洗

金屬表面經(jīng)常會出現(xiàn)油污，利用清洗劑溶解油污的作用，對金屬表面進行潤濕、溶解，使得油污能夠被清洗除掉，然后用清水將清洗劑沖洗干凈。一般金屬表面的清洗劑包括以汽油等為主的有機溶劑，還有以酸堿化學試劑為主的清洗劑、以活性劑為主的水性清洗劑等類型。

在金屬表面清理時有很多因素能夠影響清洗效果，主要包括以下因素：（1）金屬表示的粗糙度對清洗效果有一定的影響，表面比較光滑的較為容易清理干凈，所以要對金屬表面的粗糙度進行嚴格的控制。（2）金屬表面的污染物的化學成分很重要，要求在進行表面清理前了解清楚污染物的成分，從而選擇合適的清理方法。（3）影響金屬表面清洗效果的重要因素是清洗劑，選擇合適的清洗劑對于清洗效果是非常重要的。（4）通過增加機械手段，在金屬表面清洗時，外力作用可以提高清洗的效果，增加了清洗劑的滲透速度，提高了金屬污染物的清洗速度。

3 黏合方法與影響因素

橡膠與金屬的粘接方法有很多，比較常見的粘接方法有：硬質(zhì)膠黏合法、鍍黃銅黏合法、黏合劑黏合法和直接黏合法。其中，黏合劑法由于比較簡單、技術(shù)難度小，所以黏合劑法的使用比較廣泛。酚醛樹脂、多異氰酸酯和鹵化聚合物是黏合劑常用的3大類基體材料。黏合劑體系分為底涂劑和面涂膠。底涂膠可以與金屬表面發(fā)生強烈的物理吸附及化學作用，生成共價鍵和化學鍵，獲得較高的黏合強度。面涂膠通過相互滲透并借助內(nèi)部添加的高活性交聯(lián)劑在底涂膠/面涂膠和面涂膠/橡膠界面發(fā)生交聯(lián)反應，產(chǎn)生較高的黏合強度。

橡膠與金屬的粘接強度影響因素有很多，本文從機械作用和化學鍵作用這兩個方面進行介紹。（1）從機械作用方面看，機械作用并不是形成黏合力的因素，而是增加黏合效果的一種途徑，機械連接力的實質(zhì)是摩擦力。黏合劑滲透到被粘物表面的縫隙或凹凸之處固化后在界面區(qū)產(chǎn)生嚙合力。（2）從化學鍵的作用看，黏合劑與被粘物分子之間除范德華力外，還普遍存在離子鍵、共價鍵及金屬鍵等化學鍵作用，硫化膠與鍍銅金屬的黏合界面以及含有異氰酸酯成分的黏合劑的金屬/橡膠黏合界面等都會有化學鍵生成。經(jīng)過表面處理的金屬表面活性較高，有利于形成更多的化學鍵，增大黏合強度。

黏合劑在涂刷過程中應當注意以下內(nèi)容：（1）要根據(jù)金屬材料選擇底涂膠，而在選擇面涂膠時要根據(jù)橡膠的性質(zhì)；（2）在黏合劑涂刷要采用合理的稀釋劑，主要是對黏合劑進行稀釋，這種稀釋程度要根據(jù)具體項目的情況而定；（3）在黏合劑涂刷之前一定要嚴格檢查黏合劑的質(zhì)量，檢查密度和黏度指標，確保質(zhì)量合格；（4）在涂刷之前，要確保表面干燥，如果時間比較緊，也可以采取措施加快干燥。

結(jié)語

橡膠與金屬粘接強度是復合材料的重要指標，應當加強對粘接方法的研究，掌握影響粘接強度的各種因素，加強對這種因素指標的嚴格控制，不斷提高復合材料的綜合性能。對于不同的金屬材料和表面污染物應當選擇科學合理的處理方法，重點是將金屬表面的污染物清理干凈，進行嚴格的檢查，提高橡膠與金屬的粘接強度。只有把每個環(huán)節(jié)的質(zhì)量都控制好，才能保證最終的粘接效果。

參考文獻

[1] 伍華東 . 橡膠與金屬骨架黏合失效的原因分析及解決方法[J].特種橡膠制品，2005，26（4）：39-42.

[2] 黃良平 . 金屬表面處理工藝對橡膠與金屬的黏合性能的影 響 [J]. 特種橡膠制品，2003，24（1）：34-37.

[3] 余之金 . 歐洲粘接工程師 粘接生產(chǎn)技術(shù)，2018：53-67.

（作者單位：中車長春軌道客車股份有限公司）