硫化橡胶与金属的室温黏合研究

全海源 ，冯进 ，林晓铭 ，马英 ，高静 ，张献辉 *

（1. 中国化工集团曙光橡胶工业研究设计院有限公司， 广西 桂林 547000 ；2. 海装广州局，广西 梧州 543000）

硫化橡胶与金属黏合广泛应用于国防、航空、航天、轻纺、电子、电视、无线电、机械等领域[1]，通过硫化橡胶与金属黏合，实现橡胶的高弹性与金属的高强度的结合，从而获得高强度和耐久的复合材料[2～3]，同时获得减震，降噪，增加耐磨性等特性。由于硫化橡胶与金属属于完全不同的材料，且它们化学结构和机械性能有巨大差异[4]，因此，借助黏合剂实现橡胶与金属的黏合是一种简便的方法，尤其在室温下完成黏合是重要的方式之一。

环氧树脂黏合剂作为金属材料黏合的结构胶，与金属的黏合性能优异[5]。在研究过程中发现，使用环氧树脂黏合剂对硫化橡胶和金属黏合，在进行剥离时，出现的所有黏合破坏面都出现在橡胶与环氧树脂固化层，原因在于环氧树脂固化后的弹性模量接近金属，远大于普通的硫化橡胶，从而使环氧树脂与金属的黏合性能较好，但它与橡胶的黏合强度较低，即所有黏接破坏都出现在橡胶与黏合剂的层面间[6]。为解决这一问题，在环氧树脂与橡胶之间引入过渡层成为了可靠方法，过渡层的弹性模量介于环氧树脂与橡胶之间，起到桥梁作用，贺洪[5]等人以 NDZ 环氧树脂黏合剂作为基部层胶，以自制的环氧树脂基黏合剂作为过渡层胶，进行硫化橡胶与金属室温下的复合黏合，硫化橡胶与金属黏合性能提高。

Chemlok 黏合剂是橡胶与金属热硫化黏合的常用黏合剂，在低模量的橡胶与高模量的金属之间形成一个模量梯度层，在橡胶与金属之间扩散，形成过度黏接层，增加黏合强度，本研究将利用chemlok 黏合剂的这一特性，将chemlok 黏合剂涂覆在硫化橡胶表面，在高温下使chemlok 黏合剂固化在硫化橡胶表面，与硫化橡胶黏合，形成过渡层，随后使用环氧树脂将硫化橡胶与金属在室温下黏合，实现室温下硫化橡胶与金属高强度黏合。本研究使用商业化的黏合剂，以简便的操作方式实现硫化橡胶与金属的黏合，对硫化橡胶与金属的黏合具有重要的实际应用价值。

本文以丁腈橡胶1965 的硫化橡胶与不锈钢片为例, 对硫化橡胶表面的表面处理方式、过度层组分、过渡层固化条件对黏接性能的影响进行研究。

1 实验部分

1.1 主要原材料

环氧树脂J-200-1A（黑龙江石化研究院），chemlok 黏合剂205，chemlok 黏合剂220，chemlok黏合剂233（上海洛德化学有限公司），乙酸乙酯（分析纯），自制铬酸洗液（重量份：重铬酸钾: 浓硫酸:水=1:10:30），重铬酸钾和浓硫酸均为市售分析纯。

1.2 主要仪器和设备

T-10 型电子拉力试验机，角磨机，烘箱，砂纸。

1.3 实验过程

1.3.1 试件规格尺寸

硫化胶片：300 mm（长）×25 mm（宽）×2 mm（厚）。

不锈钢片：150 mm（长）×25 mm（宽）×2 mm（厚），黏接长度100 mm。

1.3.2 测试样品制备

（1）硫化橡胶和金属表面处理

不锈钢片：用角磨机打磨去除表面的氧化层，并致其粗糙，随后用乙酸乙酯清洗，干燥；

硫化胶片：用打磨或酸洗处理硫化橡胶表面。①打磨：用砂纸对硫化橡胶表面进行打磨致其粗糙，清理打磨碎屑后用乙酸乙酯清洗，干燥，②酸洗：硫化橡胶用铬酸洗液进行表面处理20 min，随后在70 ℃下烘干1 h，冷却至室温。

（2）硫化橡胶过渡层生成

首先在硫化胶片黏合面均匀刷涂chemlok 黏合剂，自然晾干后转移到140 ℃烘箱中固化，固化完成后冷却至室温。

（3）黏合固化

将环氧树脂J-200-1A 按照甲组分 : 乙组分=10:3 的比例混合均匀，然后均匀涂抹在硫化胶片和不锈钢片的黏合面，将硫化胶片和不锈钢片贴合，并固定避免移动，在室温下固化24 h。

1.3.3 性能测试

黏合强度按照GB/T 2790—1995《胶黏剂180°剥离强度试验方法 挠性材料对刚性材料》规定的方法测试。

2 结果与讨论

2.1 硫化橡胶表面处理方式

对硫化橡胶表面采取不处理、酸洗和不同粗细砂纸打磨的处理方式，按照上述测试样品制备的操作，研究不同处理方式对黏合强度的影响，结果见表1。

表1 硫化橡胶表面处理方式对黏合强度的影响

由表1 可知，不对硫化橡胶表面处理，黏合强度最低，经过打磨处理的硫化橡胶黏合强度最高，且60目砂纸打磨的黏合强度高于120 目砂纸打磨，而酸洗处理的黏合强度低于打磨处理。由于橡胶表面存在迁移的配合剂，会降低黏合性，通过酸洗可洗去硫化橡胶表面杂质，因此，黏合强度相比未处理的高，而打磨处理增加了硫化橡胶与chemlok 黏合剂的接触面积，黏合剂的浸润性更好，黏合强度高，打磨砂纸越粗糙，硫化橡胶与黏合剂接触面积越大，黏接强度更高[6]。

2.2 过渡层胶黏剂选择

过渡层胶黏剂选择Chemlok 205 胶黏剂、Chem lok 233 胶黏剂以及双涂层Chemlok 205/220 和Chemlok 205/233 胶黏剂，按照上述测试样品制备的操作，研究不同过渡层胶黏剂对黏合强度的影响，结果见表2。

表2 不同过渡层胶黏剂对黏合强度的影响

由表2 可知，增加过渡层胶黏剂后，硫化橡胶与金属的黏合强度增加，采用双涂层过渡层胶黏剂的黏合强度较单涂的高，由于增加过渡层胶黏剂涂层在硫化橡胶与环氧树脂之间增加了模量梯度层，从而使得黏合强度增加，而双涂层增加了两个模量梯度层，底涂层与环氧树脂接近，面涂层与硫化橡胶接近，因此，黏合效果更佳[7]。其中Chemlok 205/220 的双涂层效果最佳。

2.3 过渡层胶黏剂固化条件

过渡层胶黏剂固化温度选择为140 ℃，温度升高会对硫化橡胶造成老化，温度降低则固化时间太长。在实际应用中可根据对硫化橡胶的性能要求，选择适合的固化温度。按照上述测试样品制备的操作，试验了不同固化时间下硫化橡胶与金属的黏合强度，结果见表3。

表3 不同过渡层胶黏剂对黏合强度的影响

随着固化时间的增加，黏合强度随之增加，固化时间达到40 min 后黏合强度达到最高，说明胶黏剂已经固化完全，因此，过渡层胶黏剂最佳固化条件为140 ℃×40 min。

3 结论

硫化橡胶表面采用砂纸打磨，并用乙酸乙酯清洗，硫化橡胶与金属的黏合强度更好，砂纸的越粗糙，打磨后黏合效果更好。

过渡层胶黏剂选择双涂层相比单涂层黏合效果更佳，在本研究中Chemlok 205 底涂和Chemlok220 面涂的双涂层过渡层胶黏剂的黏合效果最好。

在140 ℃下，过渡层胶黏剂的固化时间在40 min后固化完全，最佳固化条件为140 ℃×40 min。

本文提供的是一种硫化橡胶与金属的室温黏合方法，在实际应用中应根据不同的橡胶和黏合剂的模量，选择适合的过渡层胶黏剂。