橡胶与金属粘接强度的影响因素分析

周保菊 梁丹 王成

摘要：橡胶与金属的粘接强度直接影响复合材料的性能质量，因此研究讨论橡胶与金属粘接强度的影响因素对提高粘接质量具有重要意义。本文介绍了橡胶及金属表面的处理方法，重点讲解了橡胶与金属的粘接方法和影响因素，主要包括机械作用和化学键作用两个方面。通过对橡胶与金属粘接强度的了解，企业在生产过程中可以重点控制关键生产环节，确保粘接强度满足质量要求。

关键词：橡胶；金属；粘接强度

随着工业技术的发展，橡胶与金属的粘接技术越来越先进，橡胶与金属粘接强度是复合性能的重要指标。这种橡胶与金属粘接在一起的复合材料具有橡胶和金属的两种性能，增加了橡胶的抗震性能、绝缘性能、密封性能。本文介绍了橡胶表面等离子及涂硅氧烷底涂剂；金属表面处理技术，包括表面抛丸、表面清洗等内容，重点讲解了橡胶与金属的粘接方法与强度的影响因素。

1橡胶表面处理

等离子处理机依靠电能，会产生高压、高频能量。这些能量在喷枪钢管中被激活和被控制的辉光放电中产生低温等离子体，借助压缩空间将等离子体喷向处理表面，使处理表面产生相应的物理变化和化学变化。

等离子处理机处理的物体表面被清洁，去除了油脂、添加剂等成分，消除了表面静电。同时，表面得到了活化，增加了附着力，有利于产品的粘合、喷涂、印刷及密封。

橡胶表面另一种重要的处理方式是火焰裂解，表面形成硅氧烷以增加附着能力的方法，或者直接涂抹含硅氧烷的方式来增加表面活性。

2 金属表面处理

只有将金属表面处理干净，没有杂质，才能使得橡胶与金属的粘接具有非常好的性能。另外，也要尽量大的增加粘接面积，从而增加橡胶和金属的粘接强度。本文介绍了两种表面处理方法，包括表面抛丸和表面清洗。

2.1 表面抛丸

金属的比较常用的表面处理就是表面抛丸的处理方法。这种方法就是用钢丸打击金属表面，使得金属表面的晶格发生变形，而且金属表面的硬度也会增大很多，同时在金属的表面会出现很多微观的空隙。抛丸的方法对金属表面进行处理，金属表面会出现各种各样的沟槽和棱角，同时由于晶面移动等晶体运动，会出现塑性变形和组织变化的现象，从而使得金属从不稳定转化为稳定的形态。

影响金属表面抛丸的原因有很多，例如钢丸的材料、形状、大小以及速度、角度、距离等因素。在进行金属处理应注意以下事项：（1）采用抛丸处理方法的金属需要有一定的厚度，厚度不能小于0.6mm，同时也不能选择容易出现变形的金属。（2）抛丸处理应当适度，不能操作太长时间，可能会使得金属表面出现裂痕，也对橡胶和金属粘接强度有较大的影响。（3）采用金属抛丸表面处理时，如果造成金属表面过度粗糙，将会造成金属和橡胶的粘接强度降低。（4）选择的钢丸硬度要合适，不能太硬或太软。如果钢丸的硬度太低，效果就比较差，且钢丸用量也会增大。

2.2 表面清洗

金属表面经常会出现油污，利用清洗剂溶解油污的作用，对金属表面进行润湿、溶解，使得油污能够被清洗除掉，然后用清水将清洗剂冲洗干净。一般金属表面的清洗剂包括以汽油等为主的有机溶剂，还有以酸碱化学试剂为主的清洗剂、以活性剂为主的水性清洗剂等类型。

在金属表面清理时有很多因素能够影响清洗效果，主要包括以下因素：（1）金属表示的粗糙度对清洗效果有一定的影响，表面比较光滑的较为容易清理干净，所以要对金属表面的粗糙度进行严格的控制。（2）金属表面的污染物的化学成分很重要，要求在进行表面清理前了解清楚污染物的成分，从而选择合适的清理方法。（3）影响金属表面清洗效果的重要因素是清洗剂，选择合适的清洗剂对于清洗效果是非常重要的。（4）通过增加机械手段，在金属表面清洗时，外力作用可以提高清洗的效果，增加了清洗剂的渗透速度，提高了金属污染物的清洗速度。

3 黏合方法与影响因素

橡胶与金属的粘接方法有很多，比较常见的粘接方法有：硬质胶黏合法、镀黄铜黏合法、黏合剂黏合法和直接黏合法。其中，黏合剂法由于比较简单、技术难度小，所以黏合剂法的使用比较广泛。酚醛树脂、多异氰酸酯和卤化聚合物是黏合剂常用的3大类基体材料。黏合剂体系分为底涂剂和面涂胶。底涂胶可以与金属表面发生强烈的物理吸附及化学作用，生成共价键和化学键，获得较高的黏合强度。面涂胶通过相互渗透并借助内部添加的高活性交联剂在底涂胶/面涂胶和面涂胶/橡胶界面发生交联反应，产生较高的黏合强度。

橡胶与金属的粘接强度影响因素有很多，本文从机械作用和化学键作用这两个方面进行介绍。（1）从机械作用方面看，机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径，机械连接力的实质是摩擦力。黏合剂渗透到被粘物表面的缝隙或凹凸之处固化后在界面区产生啮合力。（2）从化学键的作用看，黏合剂与被粘物分子之间除范德华力外，还普遍存在离子键、共价键及金属键等化学键作用，硫化胶与镀铜金属的黏合界面以及含有异氰酸酯成分的黏合剂的金属/橡胶黏合界面等都会有化学键生成。经过表面处理的金属表面活性较高，有利于形成更多的化学键，增大黏合强度。

黏合剂在涂刷过程中应当注意以下内容：（1）要根据金属材料选择底涂胶，而在选择面涂胶时要根据橡胶的性质；（2）在黏合剂涂刷要采用合理的稀释剂，主要是对黏合剂进行稀释，这种稀释程度要根据具体项目的情况而定；（3）在黏合剂涂刷之前一定要严格检查黏合剂的质量，检查密度和黏度指标，确保质量合格；（4）在涂刷之前，要确保表面干燥，如果时间比较紧，也可以采取措施加快干燥。

结语

橡胶与金属粘接强度是复合材料的重要指标，应当加强对粘接方法的研究，掌握影响粘接强度的各种因素，加强对这种因素指标的严格控制，不断提高复合材料的综合性能。对于不同的金属材料和表面污染物应当选择科学合理的处理方法，重点是将金属表面的污染物清理干净，进行严格的检查，提高橡胶与金属的粘接强度。只有把每个环节的质量都控制好，才能保证最终的粘接效果。

参考文献

[1] 伍华东 . 橡胶与金属骨架黏合失效的原因分析及解决方法[J].特种橡胶制品，2005，26（4）：39-42.

[2] 黄良平 . 金属表面处理工艺对橡胶与金属的黏合性能的影 响 [J]. 特种橡胶制品，2003，24（1）：34-37.

[3] 余之金 . 欧洲粘接工程师 粘接生产技术，2018：53-67.

（作者单位：中车长春轨道客车股份有限公司）