丁腈橡胶和氢化丁腈橡胶与金属的粘合性能研究

赵 晴

（中国航空工业集团公司 金城南京机电液压工程研究中心，江苏 南京 211100）

航空燃油系统常用金属压胶活门作为活动和固定密封件[1-2]，其设计根据工作环境，选择具有相应拉伸强度、耐介质性能和耐老化性能的橡胶粘结在金属骨架上，使其兼具橡胶的弹性和金属的刚性，该结构产品在减震、绝缘和密封上有着良好的表现[3-4]。丁腈橡胶（NBR）价格低、综合性能特别是耐油性能较好，在航空燃油系统中广泛应用。氢化丁腈橡胶（HNBR）是将NBR分子链结构中碳-碳双键选择性地进行氢化处理而制得的，其耐热性能、耐候性能、耐化学介质性能较NBR提高，同时保持了NBR的易加工性，其应用越来越多[5-6]。

橡胶与金属常采用胶粘剂粘合[7-14]，美国洛德公司开发的开姆洛克（Chemlok）胶粘剂以粘合强度高、质量稳定、使用方便著称，能粘合多种橡胶与金属。常用的Chemlok胶粘剂可分为底涂型胶粘剂（简称底胶）、面涂型胶粘剂（简称面胶）和单涂型胶粘剂3类，其中面涂型和底涂型胶粘剂组合（即双涂体系）能在保证粘合强度的同时也能确保粘合件的耐环境性能和耐久性能[15]，实际生产中常采用双涂体系。针对具体产品，往往根据工作条件先确定橡胶和金属材料，再根据经验选择相应的胶粘剂，因此选择合适的胶粘剂与橡胶和金属配合使用以获得良好的粘合效果，这极为重要。

本工作针对NBR和HNBR，采用不同的双涂体系胶粘剂，对比研究橡胶与常用金属的粘合情况，以期对橡胶-金属粘合的胶粘剂选择提供参考。

1 实验

1.1 主要原材料

NBR（混炼胶），凯迪西北橡胶有限公司产品；HNBR（混炼胶），日本瑞翁公司产品；胶粘剂（底胶Chemlok205，面胶Chemlok220和Chemlok233x），上海洛德化学有限公司产品；钢30CrMnSiA，抚顺特殊钢股份有限公司产品；铝合金2A12，东北轻合金有限责任公司产品。

1.2 试样制备

对钢30CrMnSiA和铝合金2A12金属试样表面进行喷砂处理，然后用汽油洗涤并晾干，再用画笔在粘合表面涂制一层薄且均匀的Chemlok205，晾放1 h后分别涂制上Chemlok220和Chemlok233x并晾干，最后将橡胶贴合在金属试样粘合表面进行热硫化粘合。

1.3 性能测试

粘合强度按GB/T 11211—2009《硫化橡胶或热塑性橡胶 与金属粘合强度的测定 二板法》进行测试，试样结构如图1所示，为保证试验结果的准确性，每个试验条件下测试5个试样，结果取平均值。

图1 试样结构示意Fig.1 Diagram of sample structure

2 粘合原理

双涂体系的粘合机理见图2。底胶通过吸附作用与金属粘合，面胶、底胶与橡胶之间通过相互扩散和共交联作用实现粘合。

图2 双涂体系的粘合机理Fig.2 Adhesive mechanism of double coating adhesive system

3 结果与讨论

橡胶与金属的粘合情况如表1所示。

表1 橡胶与金属的粘合情况Tab.1 Adhesive situation between rubber and metal

3.1 橡胶对橡胶-金属粘合强度的影响

橡胶对橡胶-金属粘合强度的影响如图3所示。

从图3可以看出，在金属和胶粘剂相同的情况下，HNBR的橡胶-金属粘合强度较大。分析认为，NBR的极性比HNBR更强，理论上胶粘剂与NBR的粘合强度更大，但若其粘合强度大于橡胶本身的强度，橡胶-金属粘合的主要破坏形式为橡胶破坏，而NBR的拉伸强度小于HNBR，所以出现上述结果。

图3 橡胶对橡胶-金属粘合强度的影响Fig.3 Influence of rubber on rubber-metal adhesive strength

3.2 金属对橡胶-金属粘合强度的影响

金属对橡胶-金属粘合强度的影响如图4所示。

图4 金属对橡胶-金属粘合强度的影响Fig.4 Influence of metal on rubber-metal adhesive strength

从图4可以看出：在橡胶和胶粘剂相同的情况下，钢30CrMnSiA的橡胶-金属粘合强度较大，说明在测试拉伸时，胶粘剂与金属之间的粘合发生了部分破坏；Chemlok220与钢30CrMnSiA的粘合效果较好。

3.3 面胶对橡胶-金属粘合强度的影响

面胶对橡胶-金属粘合强度的影响如图5所示。

图5 面胶对橡胶-金属粘合强度的影响Fig.5 Influence of surface coating adhesive on rubber-metal adhesive strength

从图5可以看出，在橡胶相同和金属为钢30CrMnSiA的情况下，Chemlok220的橡胶-金属粘合强度较大；在橡胶相同和金属为铝合金2A12的情况下，Chemlok233x的橡胶-金属粘合强度较大，说明相同双涂体系对不同金属的粘合效果不同。

4 结论

（1）Chemlok双涂体系对NBR的粘合效果较好，NBR-金属粘合破坏形式主要为橡胶破坏；HNBR的拉伸强度更大，HNBR-金属的粘合强度较大。

（2）Chemlok双涂体系对钢30CrMnSiA的粘合效果较好，橡胶-钢30CrMnSiA的粘合强度较大。

（3）面胶的粘合效果与金属种类有关，当金属为钢30CrMnSiA时，面胶Chemlok220的橡胶-金属粘合强度较大；当金属为铝合金2A12时，面胶Chemlok233x的橡胶-金属粘合强度较大。