某一膠黏劑在橡膠金屬件中的粘接性能研究

王 林 周承龍 謝彥飛

(株洲時代新材料科技股份有限公司 湖南 株洲 412007)

橡膠金屬復合制品由于綜合了橡膠高彈性和金屬高強度等優(yōu)點，廣泛應用于軌道車輛、工程機械及船舶、航空等領域，而兩者的黏合是產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。由于橡膠和金屬表面的浸潤性和自由能相差很大[1]，且橡膠金屬復合件通常在動態(tài)下使用，這對橡膠和金屬的黏合提出了更高的要求，涉及到粘接機理的研究、橡膠與金屬預處理的研究、高性能膠黏劑的研制、粘接方法及粘接過程中各項工藝參數(shù)的選擇等。

目前株洲時代新材料科技股份有限公司橡膠金屬復合制品主要采用國外品牌的膠黏劑，在一定的表面處理下，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及特點采用不同方式成型為復合制品。除國外品牌外，國內(nèi)并無廣泛應用的品牌,通過前期調(diào)研，選擇了一種國產(chǎn)膠黏劑(PLT815/821LF)，并對比公司現(xiàn)用膠黏劑的性能，作為技術(shù)儲備，防患于未然。

1 試驗

1.1 主要原材料

90°剝離樣板，按GB/T 7760—2003制作；菌型樣板，按GB/T 11211—2009制作；剪切樣板，按GB/T 12830—2008制作；底膠T811,面膠T835；底膠L805，面膠L808，為現(xiàn)用膠黏劑；底膠PLT815，面膠821LF，NR，IR、SBR、BR/IR,內(nèi)部配方。

1.2 主要儀器與設備

Q226自動噴砂機；Y33-50A型平板硫化機；WE-600A型液壓萬能試驗機；凱靈自動磷化線。

1.3 試樣制備

骨架表面處理：脫脂→噴砂→溶劑清洗→涂膠→干燥→包裝。

1.4 性能測試

90°剝離樣片黏合性能按GB/T 7760—2003測試；菌型樣片黏合性能按GB/T 11211—2009測試；四板剪切樣片黏合性能按GB/T 12830—2008測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 膠黏劑與膠料的粘接性能

2.1.1膠黏劑與不同膠料粘接性能對比

3組膠黏劑與不同膠料的粘接強度及附膠率如表1所示，粘接強度均在10 N/mm以上，L805/L808與CR的附膠率稍差，粘接強度與其他膠黏劑無明顯差異，可見3組膠黏劑均可與不同膠種達到良好的黏合，有較好的膠料適應性。

表1 與不同膠料粘接性能對比

2.1.2膠黏劑與不同硬度膠料粘接性能對比

NR作為軌道減振制品中的最常用膠料，以其為例，對比各膠黏劑與不同硬度NR的粘接性能，如表2所示，可以看出，各膠黏劑與低硬度、中硬度NR的粘接強度及附膠率無明顯差別，硬度增大，膠料強度增大，剝離強度增大，L805/L808由于耐沖刷性稍差，當高硬度膠料在硫化壓力下流動在膠黏劑表面時，會對膠黏劑產(chǎn)生沖刷作用，導致膠黏劑無法均勻在金屬表面分布，其在橡膠和金屬表面的反應程度會有所不同，進而影響橡膠與金屬的粘接性能。

表2 膠黏劑與不同硬度膠料粘接強度對比

2.1.3膠黏劑與不同硫化體系粘接性能對比

膠黏劑與不同硫化體系膠料的粘接性能如表3所示，3組膠黏劑與各硫化體系的粘接強度無明顯差異；而硫化體系不同，膠黏劑的粘接強度有所差異，分析認為，普通硫化體系產(chǎn)生的交聯(lián)鍵以多硫交聯(lián)鍵為主，半有效硫化體系中以低硫和多硫交聯(lián)鍵為主，有效硫化體系中以單硫和雙硫交聯(lián)鍵為主，而膠黏劑與膠料的反應過程中，交聯(lián)鍵越多，兩者間化學反應越多。

因此，不同硫化體系下膠黏劑的粘接強度依次優(yōu)劣為：普通硫化體系，半有效硫化體系，有效硫化體系。

表3 膠黏劑與不同硫化體系粘接強度對比

2.2 膠黏劑與基材粘接性能對比

2.2.1膠黏劑與不同材質(zhì)基材粘接性能對比

不同材質(zhì)下膠黏劑的粘接強度及附膠率如表4所示，3組膠黏劑與不同基材均表現(xiàn)出了良好的粘接強度和附膠率，T811/T835與不銹鋼的粘接性能稍差，L805/L808、PLT815/821LF對這3種基體材質(zhì)有良好的適應性。一方面不銹鋼作為惰性材料，表面能較低，與橡膠的粘接較差，另一方面T811/T835在基材適應性方面相對較差。而公司軌道交通產(chǎn)品大多以碳鋼為主，可見3組膠黏劑可以滿足產(chǎn)品的使用需求。

表4 膠黏劑與不同材質(zhì)粘接強度對比

2.2.2膠黏劑與不同硬度基材粘接性能對比

膠黏劑與不同硬度的碳鋼粘接性能如表5所示，3組膠黏劑的附膠率均有較大波動，推斷認為基材硬度提升，表面處理難度增大，粗糙度的均勻性和表面積均會受到影響，膠黏劑無法在基材表面充分浸潤和滲透，易形成局部缺陷和應力集中，導致粘接性能不穩(wěn)定，這與上述不同基材的粘接性能相吻合，不銹鋼硬度較高，與膠黏劑的粘接性能就會相對較差[2]。

表5 膠黏劑與不同硬度基材粘接強度對比

2.3 不同表面處理方式下膠黏劑粘接性能對比

不同表面處理方式下膠黏劑的粘接強度及附膠率如表6所示，3組膠黏劑均表現(xiàn)同樣的趨勢：噴砂后磷化大于噴砂大于拋丸，膠黏劑與金屬發(fā)生粘接主要通過膠黏劑浸潤金屬表面后滲入到金屬表面的空隙和凹孔內(nèi)，并排除界面上吸附的空氣，同金屬表面充分接觸，然后通過吸附作用和各種嚙合形式的機械作用產(chǎn)生黏合[3]。不同表面處理后的金屬表面粗糙度不同，拋丸后粗糙度較大，金屬表面凹凸不平，影響膠黏劑的浸潤性，易形成缺陷和應力集中，而磷化膜則增大了粘接的接觸面積，增強了膠黏劑的滲透吸附能力。

在同一表面處理方式下，各膠黏劑粘接強度相差不多，PLT815/821LF粘接強度在10 N/mm以上，附膠率在98%以上，穩(wěn)定性和粘接強度均優(yōu)于其他膠黏劑。

表6 不同表面處理方式下粘接強度對比

2.4 不同受力方式下膠黏劑粘接性能對比

膠黏劑在不同受力方式下的粘接強度及附膠率如表7所示，菌型試驗主要考察在拉斷作用力下金屬-橡膠的粘接性能；四板剪切試驗主要考察在縱向剪切力作用下的橡膠-金屬粘接性能；90°剝離試驗主要考察在剝離作用力下橡膠-金屬的粘接性能。在不同受力方式下，3組膠黏劑均表現(xiàn)出了良好的粘接強度和附膠率[4]。

表7 不同受力方式下粘接強度對比

3 結(jié)論

通過對比3組膠黏劑與不同膠料、不同硫化體系、不同基體材質(zhì)、不同表面處理方式及在不同受力方式下的粘接性能，得出PLT815/821LF粘接強度及附膠率與T811/T835相當，可見具有一定的應用前景。