金属表面处理工艺对橡胶与金属粘合性能的影响

金属表面处理工艺对橡胶与金属粘合性能的影响黄良平!唐先贺!谭亮红
!株洲时代新材料科技股份有限公司技术中心"湖南株洲
#
/"#$$!
#摘
#
要"研究了金属表面处理中抛丸工艺$磷化工艺对橡胶与金属的粘合强度的影响"取得了相应的最佳工艺
参数"用扫描电镜进行观察"证实了所提出的观点%
关键词"抛丸&磷化&橡胶&金属&表面处理&粘合
中图分类号"
)*%%$+"84
###
文献标识码"
,
###
文章编号"
"$$-./$%$
!
#$$%
#
$".$$%/.$/收稿日期"
#$$#."$.$-##
在减震橡胶制品中"橡胶与金属的粘合是十
分重要的环节%为了获得良好的粘合效果"必须
注意如下几个方面’!
"
#所用的胶粘剂必须对待粘
物体!橡胶与金属#的表面有良好的浸润性&!
#
#待
粘物体与胶粘剂的粘合强度以及胶粘剂本身的内
聚强度要高&!
%
#胶粘剂固化时的残余变形要小&
!
/
#粘合的耐久性要好%为了实现橡胶与金属的
牢固结合"要求从金属表面的处理$胶粘剂的选
择$粘合工艺$粘合结头设计等各方面进行考
虑(
"
)%
金属表面的处理方法大致可分为机械法和化
学法两种%机械法最常用的是喷砂!或抛丸#与打
磨%在减震橡胶制品生产中应用较多的方法是喷
砂!或抛丸#处理%该方法具有以下特点’!
"
#金属
表面的污垢和氧化膜清除干净&!
#
#工艺简单&!
%
#
生产效率高&!
/
#橡胶与金属粘合性能好%此法一
般包括脱脂$喷砂!或抛丸#$清洗三个步骤%最近
开发的湿法喷砂把脱脂与喷砂融于一道工序"可
获得稳定的高质量%其原理是把水和研磨材料混
和"利用压缩空气带来的冲击力超高速喷于金属
表面"使表面加工和去脂清洗同时进行%化学法
包括氧化$磷化等"目前使用最多的是磷化处理%
经磷化处理的金属表面具有良好的化学稳定性"
防锈效果明显"形成于金属表面的微小晶体和适
当的粗糙度对粘合十分有利(
#
!
-
)%
当然"为了获得良好的粘合效果"应该严格控
制抛丸和磷化处理的工艺条件%本文通过研究金
属表面抛丸处理时钢丸粒径$抛丸时间和金属表
面磷化处理时磷化液浓度$温度及磷化时间对橡
胶与金属粘合强度的影响"确定了金属表面处理
工艺中最佳钢丸粒径范围$最佳抛丸时间和最佳
磷化液浓度$温度$时间%
!
#
试验材料及仪器设备
!"!
#
材料
钢丸"长沙县跳马钢砂厂生产"硬度
<(P/4+/
!
-$+%
&金属粘结菌形试样"材质为
,%
钢"自备&胶粘剂"
P<#$-
!底胶#$
P<##$
!面胶#"
上海洛德化学有限公司生产&胶粘剂"
6%#!$
!底
胶#$
6"$$
!面胶#"德国
PTB5B2E??
公司产品&磷
化液$脱脂剂"上海
PTB5B2E??
公司产品&混炼胶"

"-0$""
公司自备%
!"#
#
仪器及设备
-$2
平板硫化机"
4
寸开炼机"
*%#4
履带式抛
丸机"
;lgO%%P::
电子万能试验机"
flfl#W$$
型电子扫描电镜"恒温水浴"
"$$$5?
烧杯$滴定
管$移液管等玻璃仪器%
#
#
试验方法
#"!
#
抛丸处理工艺试验方法
将菌形金属试样脱脂处理后"放入
*%#4
型
抛丸机抛丸处理"用不同粒径的钢丸在不同的抛
丸时间下处理试样%抛丸处理的试样表面清洗后
立即涂刷胶粘剂!底胶
P<#$-
$面胶
P<##$
#%胶
粘剂干燥后"用菌形金属试样与
"-0$"胶料在
-$2
平板硫化机上制作橡胶与金属粘结试样"硫化条
件为
"-$9U#-5DS
"硫化压力
#-6FE
%硫化试样
经
#%9U#/T
调节后"按
V’
*
)""#""O"0W0
检测
橡胶与金属的粘合强度%第
#/
卷
#
第
"
期
#
特种橡胶制品
#
=>?@#/
#
&>@"
#$$%
年
#
月
:
A
BCDE?FGH
A
>IB(GJJBHFH>KGC2ILBJHGEH
M
#$$%万方数据#"#
#
磷化处理工艺试验方法
将菌形金属试样脱脂处理后!采用不同浓度
的磷化液!改变磷化时间和温度处理试样"磷化
处理的试样涂刷胶粘剂#底胶
6%#!$
$面胶
6"$$
%"胶粘剂干燥后!按
#+"
硫化$调节方法制
备试样!检测粘合强度"在相同的磷化条件下制
备电镜观察试样!用
flfl#W$$
型电子扫描电镜
观察磷化处理后的金属试样表面"
#"’
#
不同处理工艺方法的比较
将菌形金属试样脱脂处理后!分别采用磷化$
抛丸$抛丸后再磷化工艺方法处理试样!再涂刷胶
粘剂#底胶
6%#!$
$面胶
6"$$
%"胶粘剂干燥后!
按
#+"
硫化$调节方法制备试样!检测粘合强度"
’
#
结果与讨论
’"!
#
抛丸时间对粘合强度的影响
图
"
为抛丸时间对橡胶与金属粘合强度的影
响"结果表明!随着抛丸时间的延长!橡胶与金属
的粘合强度逐渐增大!抛丸时间为
"$5DS
时粘结
强度出现最大值!然后随着抛丸时间延长粘结强
度逐渐减小"显然!抛丸时间不足将导致金属表
面氧化层及污物清除不干净!从而影响粘结强度"
但是!抛丸时间过长对粘结也不利"一般来说!适
当地提高金属表面粗糙度对粘结有利!但粗糙度
又不能超过一定的界限!表面太粗糙反而会降低
粘结强度"因为过于粗糙的表面不能被胶粘剂很
好地浸润!容易缺胶!包裹空气形成缺陷!且凹处
残留的空隙减少了实际粘结接触面积!因而对粘
结不利"图
!
#
抛丸时间对粘合强度的影响’"#
#
钢丸粒径对粘合强度的影响
图
#
为钢丸粒径对橡胶与金属粘结性能的影
响"由图
#
可知!随着钢丸粒径的增大!橡胶与金
属的粘结强度呈下降的趋势"因为金属表面抛丸
处理主要作用有二个

方面&一是除去防碍粘接的
表面污物及疏松层!二是增加表面积"用本试验
所选粒径的钢丸进行抛丸处理比较试验时!保证
了金属表面的清洁度!在其他条件相同的情况下!
影响粘合强度的主要因素为金属表面的表面积及
粗糙度"显然!抛丸处理时钢丸粒径增大!则金属
表面的表面积将减小!而表面的粗糙度增加!这些
因素将导致粘合强度的下降"但因
$+455
的钢
丸粒径太小!重量轻!生产中容易被抽风机抽出!
损失大!清理速度较慢!故不宜选用"而
"+#55
的钢丸粒径大!虽然清理速度快!但钢丸容易破
碎!消耗量大!用于生产显然不经济’而且抛丸后
金属表面粗糙!影响产品外观质量!所以也不宜选
用"综上所述!认为选用粒径为
$+W
!
"+$55
的
钢丸对金属表面进行抛丸处理较好"图
#
#
钢丸粒径对粘合性能的影响’"’
#
磷化液总酸点对粘合强度的影响
图
%
为磷化液总酸点对粘合强度的影响"由
图可知!总酸点在
"-
!
#$
之间粘合强度较高"然
后随着总酸点升高试样粘合强度下降"这说明磷
化液总酸点并不是越高越好!亦即并非磷化液浓
度越高磷化效果越好"这主要是由于磷化液总酸图
’
#
磷化液总酸点对粘合强度的影响点过高!在试样表面成核$结晶速度过快!晶体分
布不均匀!结晶不完善!可能有缺陷’同时!磷化膜
的形成速度太快!在生成膜的过程中把磷化过程
中生成的沉淀物包覆在磷化膜中!致使磷化膜结
构疏松!从而影响粘合强度"而磷化液浓度太低!
很难在金属表面成核并形成晶体!达不到磷化效
果"这一观点从电镜照片上得到进一步的证实"
图
/
!图
-
分别为总酸点为
"0
!
%"+#
时磷化后金
-%#$$%
年
##########
黄良平等
#
金属表面处理工艺对橡胶与金属粘合性能的影响万方数据图
(
#
磷化液总酸点
!I
时磷化膜电镜照片
图
)
#
磷化液总酸点
’!"#
时磷化膜电镜照片属表面磷化膜电镜照片
!比较两幅图片可明显看
出图
-
的磷化膜结构疏松"是使橡胶与金属粘合
强度下降的主要原因!图
V
#
磷化时间对粘合强度的影响’"(
#
磷化时间对粘合强度的影响
图
4
为磷化时间对粘合强度的影响!由图可
知"随着磷化时间的延长"粘合强度开始呈上升的
趋势"磷化时间为
"45DS
时达到最大值"再延长
磷化时间"则粘合强度降低!这可能是随着磷化
时间延长"磷化膜结构趋于完整"有利于胶粘剂的
物理吸附"使粘合强度增大!但磷化时间过长对
橡胶与金属的粘合性能反而不利!因为在磷化过
程中"金属表面主要产生锌
O
磷酸盐晶体"但与工
艺有关的其他离子如钙离子也会

同时结合到这些图
Z
#
磷化温度对粘合强度的影响
图
*
#
磷化温度
’)Q
时磷化膜电镜照片
图
I
#
磷化温度
VJQ
时磷化膜电镜照片
图
!J
#
磷化温度
*JQ
时磷化膜电镜照片晶体上
"若磷化时间过长"则磷化膜太厚"磷酸盐
晶体上结合的其他离子的数量增多"结晶不完善"
使磷化层本身的强度降低!同时"磷化膜厚"则试
样与橡胶粘合时"主要表现为橡胶与磷化层之间
的粘合"因此"在进行橡胶与金属的粘合性能拉伸
试验时"易导致磷酸盐层的断裂"而使粘合强度降
低!
4%特种橡胶制品第
#/
卷
#
第
"
期万方数据’")
#
磷化温度对粘合强度的影响
图
!
为磷化温度对粘合强度的影响!由图可
知"温度太高或太低时"粘合强度较低"磷化温度
在
-$
!
4$9
效果较好"粘合强度较高!因为低温
时磷化膜不完整"而高温时磷化膜结构又太疏松"
从而使粘合强度下降!下面的电镜图片证明了这
一点!图
W
"
0
"
"$
分别为磷化温度
%-9
"
4$9
"
W$9
时磷化膜电镜图片!图
W
有许多明显的凹
陷"使磷化膜表现为不连续状态"磷化膜较薄#图
0
的磷化膜较完整#图
"$
的磷化膜凹凸明显"结
构较疏松!正是磷化膜结构的差异"导致粘合强
度的差别!当然"在其他条件相同时"磷化温度越
高"则磷化速度越快"磷化膜越厚"当磷化膜厚度
超过一定限度时"也会使粘合强度降低!
’"V
#
金属表面不同的处理工艺方法对粘合强度
的影响
表
"
为金属表面不同的处理工艺对粘合强度
的影响!结果表明"抛丸与磷化处理相比"抛丸处
理的试样粘合强度更高!因为与磷化处理相比"
抛丸处理增加了金属表面的粗糙度"增大了粘合
面积"从而使粘合强度增大#同时"抛丸处理时去
氧化层较磷化更彻底"有利于提高粘合强度!相
比之下"抛丸后再磷化处理的试样粘合强度最高!
因为抛丸处理增加了金属表面的粗糙度"而磷化
处理后磷化膜的生成进一步增大了粘接的接触面
积"增强了胶粘剂的渗透$吸附能力"大大提高了
粘合强度!可见"抛丸后再进行磷化处理是最有
利于提高粘合强度的工艺方法!实际上"前面所
述湿法喷砂工艺正是利用这一方法保证了较高的
粘合质量!表
!
#
金属表面不同的处理工艺方法对粘合强度的影响表面处理
工艺方法
粘合强度"
6FE
备注
抛丸
4+!
磷化
4+"
磷化
4$9U"-5DS
抛丸后磷化
0+0(
#
结语
为了保证粘结质量和生产效率"金属表面抛
丸处理宜选用粒径
$+W
!
"+$55
的钢丸"最佳抛
丸时间为
"$5DS
!磷化处理时"应对磷化工艺条
件进行严格控制!其中总酸点以
"-
!
#$

较好"磷
化时间以
"45DS
为宜"磷化温度以
-$
!
4$9
为
佳!公司在实际生产中"按上述工艺条件严格执
行"保证了稳定的产品质量"保持了较高的生产效
率!当然"影响橡胶与金属粘结性能的因素还有
很多"如脱脂处理工艺$胶粘剂涂刷工艺及干燥条
件$硫化工艺等"在生产中要加以注意!参考文献
!
%
"
&
#
尹仪成
+
中国胶粘剂%
;
&"
"00W
"
W
’
"
()
%W./"+
%
#
&
#
翟海潮等著
+
粘结与表面粘涂技术%
6
&
+
北京)化学工业出
版社"
"00%
"
"00+
%
%
&
#
黄元昌译
+
橡胶工业%
;
&
+#$$"
"
/W
)
%4/.%4!+
%
/
&
#
黄元昌译
+
橡胶工业%
;
&
+#$$"
"
/W
)
#%0.#//+
%
-
&
#
李立新等
+
材料保护%
;
&
+#$$$
"
%%
’
"
()
!".!%+
%
4
&
#
雷海军
+
特种橡胶制品%
;
&
+"004
"
"!
’
%
()
".4+
%
!
&
#
张建伟等
+
橡胶工业%
;
&
+"00!
"’
/
()
#"!.#"0+
%
W
&
#
雷海军等
+
特种橡胶制品%
;
&
+"000
"
#$
’
"
()
%-.%!+
%
0
&
#
汪泉发等
+
电镀与环保%
;
&
+"00/
"
"/
’
/
()
"!."0+
%
"$
&
#
顾怡雯等
+
材料保护%
;
&
+#$$$
"
%%
’
%
()
%$.%"+C0012340>138?X@90821L918361:3L12B:4?4
NA
4:CGB15=4:
D13F11:&@DD198:G>138?%/)8.$-1’
5
3
F
-’
5"&)8.0-1’34,"&)8$-1’5
342’
5’
RTGdT>G)D5BI&Bc6E2BHDE?)BCTS>?>
‘M
P>@
"
72K
"
RTGdT>G
#
/"#$$!
"
PTDSE
(
CD539823
)
)TBBZZBC2>Z2TB2BCTS>?>
‘
DBI>Z
A
>?DITDS
‘
I2BB?JE??ESK
A
T>I
A
T>HDdDS
‘
KGHDS
‘
2TB5B2E?
IGHZECB2HBE25BS2>ZEKTBIDbBJB2cBBSHGJJBHESK5B2E?cBHBI2GKDBK@)TBC>HHBI
A
>SDS
‘
>
A
2D5G5
A
EO
HE5B2BHcEI
‘
EDSBK
"
ESK2TBHBIG?2IcEIC>SZDH5BKJ
M
2TB>JIBHbE2D>S>Z:a6@
E1
A
F49G5
)
A
>?DITDS
‘
I2BB?JE??
"
A
T>I
A
T>HDdDS
‘
"
HGJJBH
"
5B2E?
"
IGHZECB2HBE2DS
‘
"
EKTBID>S
!%#$$%
年
##########
黄良平等
#
金属表面处理工艺对橡胶与金属粘合性能的影响万方数据作者：黄良平， 唐先贺， 谭亮红
作者单位：株洲时代新材料科技股份有限公司技术中心,湖南,株洲,412007
刊名：
特种橡胶制品
英文刊名：SPECIAL PURPOSE RUBBER PRODUCTS
年，卷(期)：2003,24(1)
被引用次数：14次 1.汪泉发 查看详情 1994(04)
2.雷海军 查看详情 1999(01)3.张建伟 查看详情 1997(04)4.雷海军 查看详情 1996(03)5.李立新 金属磷化技术的回顾与展望[期刊论文]-材料保护 2000(01)6.黄元昌 查看详情 20017.黄元昌 查看详情 20018.翟海潮 粘结与表面粘涂技术 19939.顾怡雯 钢铁的锌系磷化[期刊论文]-材料保护 2000(03)10.尹仪成 查看详情 1998(01

) 1.刘锦春.肖建斌 浇注型聚氨酯弹性体/硫化橡胶粘接性能影响因素研究[期刊论文]-中国胶粘剂 2010(5)2.叶林铭.黄光速.于连江.张光亚 硅橡胶与金属粘合性能研究[期刊论文]-橡胶工业 2010(7)3.罗能凤.丁新艳.刘国钧.王进 金属表面处理对涂料性能的影响[期刊论文]-上海涂料 2010(5)4.谢苏江.杨松涛 金属发泡橡胶复合密封板材的研制[期刊论文]-液压气动与密封 2009(4)5.李文刚.石宝文 阳极氧化法处理的铝合金与橡胶粘合性能研究[期刊论文]-新技术新工艺 2008(11)6.谢彦飞.宋传江.李斌 CrMo金属和天然橡胶粘结工艺的研究[期刊论文]-特种橡胶制品 2008(3)7.谢忠麟 汽车用橡胶减震制品及其它杂件的技术进展[期刊论文]-橡胶工业 2007(8)8.张璞.许立宁.路民旭 金属表面预处理对环氧树脂粘结剂粘结强度的影响[期刊论文]-科学技术与工程2007(8)
9.谢彦飞.李斌.宋传江.陈忠海 金属-橡胶减震制品硫化后磷化防护的研究[期刊论文]-橡胶工业 2007(1)
10.张璞 纤维复合材料/钢界面粘结性能研究[学位论文]硕士 200711.谢彦飞.李斌.黄自华 钢骨架表面磷化处理的研究[期刊论文]-橡胶工业 2006(4)12.谢富霞.孙志勇.孔义 高硬度橡胶-金属黏接体的黏结性能[期刊论文]-合成橡胶工业 2006(3)13.谢彦飞.黄自华.李斌 卡车球铰粘结问题的研究[期刊论文]-特种橡胶制品 2005(6)14.伍华东.廖洪军 钢骨架表面的抛丸处理及涂胶工艺研究[期刊论文]-橡胶工业 2004(11) 本文链接：https://www.360docs.net/doc/8f9876265.html,/Periodical_tzxjzp200301012.aspx