金属表面预处理质量对环氧树脂粘结强度的影响

包英俊

摘要：表面涂层技术广泛应用于防污、防腐、耐磨、耐高温、绝缘等，涂层与基体的结合强度对涂层的防护性能起着至关重要的作用。本文主要就表面处理方法对于金属表面的形态有哪些改变以及金属表面预处理对环氧树脂粘结剂粘结强度的影响进行了叙述以及研究。

关键词：金属表面预处理;环氧树脂粘结剂;粘结强度

环氧树脂粘结剂已广泛的应用于实际生产中，主要用于各种金属材料和非金属材料之间的粘接。研究发现，金属表面预处理质量是影响涂层寿命的主要因素，因此金属表面预处理的质量直接决定了涂层的寿命及特性，通过对金属表面进行不同方式的预处理可以有效改善涂层的寿命。[1]现阶段主要的金属表面预处理方式有砂纸打磨、酸洗化处理及喷砂处理。本文主要就表面处理方法对于金属表面的形态有哪些改变以及金属表面预处理对环氧树脂粘结剂的粘结强度的影响进行了叙述以及研究。

1 关于试验内容以及基本方法

本文主要选用环氧树脂的粘结剂进行粘合，通过表面不同的预处理技术进行拉伸涂装，依据国家基本方法进行拉伸试样，使得试样在室温条件下能够持续几天，以此为基础做好试样制备工作。

1.1 关于金属表面的处理

本文使用的主要处理的方法有进行砂纸打磨、喷砂处理以及酸洗化处理。砂纸打磨是利用摩擦引起金属表面的塑性变形，使得金属表面温度升高，同时让金属表面向金属主体方向上的硬度产生连续变化，形成变性层，从而提高金属的表面性能。喷砂是利用一些非常快速度的砂流，可以去除工件表面的一些锈蚀以及一些其他的污物，通过沙粒的撞击、切削作用使金属表面粗化、净化。酸洗化处理即利用酸溶液去除金属表面上的氧化皮和锈蚀物，其通过化学反应，将金属表面的氧化物溶解，从而达到洁净金属表面的效果。

1.2 关于基本实验方法的研究

本次试验采用单因素对比法，除45#钢的表面处理方法不同，其他的试验操作仍严格按照现有的工艺要求进行。试验通过600目砂纸打磨、喷砂处理和酸洗化处理进行45#钢试片表面预处理。45#钢试片预处理完成后用干净的酒精绸布反复擦洗，洗净后自然晾干;随后在通风柜内按工艺要求均匀涂覆环氧树脂胶、晾干;现配聚氨酯胶，在试片模具内进行灌注，将模具水平放入烘箱固化24小时，取出模具至自然冷却。完成上述操作后，取出试片并进行编号，表面预处理用600目砂纸打磨的试片编号为1，表面预处理用喷砂的试片编号为2，表面预处理用酸洗的试片编号为3;将试片在常温环境中放置7天，试片如下图所示。

粘接固化后的试片图

根据GB/T 15254-2014标准进行试片-聚氨酯胶剥离试验，测量各拉伸剪度。

2 关于一些实验结果的探究

2.1 关于砂纸的打磨对于粘结剂强度的关系

不同的砂纸进行打磨，最后会出现不同的结果，因为金属表面会得到不同的修整。粘结剂也会导致金属的界面出现不同程度的变化。对于金属表面的粗糙度来说，由于粘结试片的胶层太薄，使得环氧树脂的粘结剂的拉伸剪度会与其厚度成反比，因为粘结剂的结合度比较高，所以金属界面的结合强度也会出现不同的程度的提升或者改变。[2]一些拉剪试样进行打磨之后，会破坏界面，因此用砂纸进行打磨之后，应该减少造成界面破坏以及胶黏剂内部构成的混合破坏。

2.2 喷砂对于粘结剂粘结强度的影响

研究表明，喷砂处理可以显著提高涂层和胶粘剂等与基材的结合强度。[3]但喷砂处理技术也存在一定的问题，喷砂过程中沙粒易留在基体表面，从而对涂层与基材的结合力带来不利影响。在一定范围内提高压力及粒径可以增大基材表面粗糙度，从而提高涂层的附着力，但这会增加沙粒的残留量，因而要选择合适的压力和粒径。喷砂角度对基材表面粗糙度和喷砂残留也有很大的影响，需设定合适的范围。[4]

2.3 对于酸洗处理之后的粘结剂对粘结强度的影响

酸洗处理之后，金属表面的氧化皮被去除。对于粘结剂来说，因为粘结剂的浸润使得酸洗之后的表面会有比较多的微孔，因此应该就粘结剂和金属基体的粘结程度进行观察，相关研究指出，无铬钝化技术获得的钝化膜性能要稍逊于铬酸盐钝化技术的，且成本較高。[4]将多种无铬钝化液按一定比例进行复配，依靠其协同作用可获得与铬酸盐钝化性能相近的钝化膜，显示出广阔的应用前景，但尚需进行更为深入的机理及配方研究。

3 结语

经过上述试验，物理法处理的金属表面，其粗糙度要明显大于化学法处理的金属表面，但表面粗糙度大，并不代表粘接效果好。如酸洗处理后的金属表面粗糙度远小于600目砂纸打磨的金属表面粗糙度，但其剪切强度却比砂纸打磨的要高。就喷砂和酸洗为例，该两种处理方法的剪切强度最强，粘接效果最好。实际应用中，酸洗的效率虽然更高，但考虑到酸液的储存、运输、使用以及后期的废液处理问题，在职业健康及环保问题日益重视的当今社会，显然并不适用。而喷砂处理，不仅有较高的效率，在配套除尘设施及降噪设施后，职业健康及环保问题均可避免，故喷砂处理更适用于实际生产。

参考文献：

[1]边洁.表面预处理工艺对橡胶与技术粘合性能的影响.特种橡胶制品，2018.3.2.

[2]管从胜.磷化处理在复合涂层中的应用研究[J].腐蚀科学与加护技术，2017.2.3.

[3]刘志文.表面处理对环氧粘结涂层剪贴强度的影响.中国技术，2017.5.6.

[4]黄良平.金属表面处理工艺对橡胶与金属粘合性能的影响.中国表面工程，2017.7.8.