劉志浩 陳煥霆

摘要：硅橡膠與金屬粘接強(qiáng)度對(duì)硫化電纜硫化成型合格率產(chǎn)生影響，一般，硫化電纜失效發(fā)生位置多為硫化橡膠和電連接器金屬外殼結(jié)合部位。本文硅橡膠與金屬粘進(jìn)行詳細(xì)介紹。

關(guān)鍵詞：硅橡膠;粘接;硫化

金屬-橡膠硫化粘接已廣泛地應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域，如機(jī)械工程、建筑、船舶及軍事工業(yè)中履帶式裝甲車(chē)輛負(fù)重輪、履帶板著地膠及履帶襯套的粘接等，由于橡膠和金屬是相差極大的異質(zhì)材料，同被粘橡膠的厚度相比，膠粘劑層相對(duì)較薄，大約20微米，是金屬與橡膠間的良好的界面過(guò)渡層材料，因此選擇優(yōu)良的膠粘劑對(duì)獲得金屬-橡膠良好的粘接是至關(guān)重要的。本文針對(duì)橡膠與金屬的粘接性能進(jìn)行研究，為后續(xù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)。

一、硅橡膠粘接體系發(fā)展?fàn)顟B(tài)

橡膠與金屬之間的粘接已有很久的歷史，可以追溯到1850年，目前采用的粘接方法可分為直接粘接法、硬質(zhì)橡膠法、鍍黃銅法和膠粘劑粘接法。

直接粘接法工藝簡(jiǎn)單，操作方便，將粘接材料表面進(jìn)行適當(dāng)處理后直接在加熱加壓過(guò)程中實(shí)現(xiàn)粘接?？赏ㄟ^(guò)在橡膠中加入一些組分、在膠料表面涂偶聯(lián)劑或?qū)?duì)橡膠進(jìn)行環(huán)化處理等來(lái)提高橡膠與金屬的粘接性能。

硬質(zhì)橡膠法是最古老的粘接體系，在金屬表面貼一層硫磺含量較高的硬質(zhì)膠料或一層硬質(zhì)膠漿，通過(guò)硫化使橡膠與金屬粘接起來(lái)，硬質(zhì)橡膠法粘接力較強(qiáng)，工藝簡(jiǎn)便，適于粘接大型制件。

膠粘劑法是目前應(yīng)用最廣和最有效的方法，已經(jīng)歷了酚醛樹(shù)脂、多異氰酸酯、鹵化橡膠、特種硫化劑的鹵化橡膠、硅橡膠和水基膠粘劑等不同的發(fā)展階段。至今國(guó)外已開(kāi)發(fā)出了多種性能優(yōu)異的膠粘劑，如Chenlok、Tylok、Metalok、Thixon等，特別是Chenlok系列品種繁多，并不斷有新型產(chǎn)品出現(xiàn)，在國(guó)內(nèi)有較廣泛的使用。

二、理論分析

目前主要的粘接理論有吸附理論、機(jī)械作用理論、擴(kuò)散滲透理論、靜電理論、電磁理論等。對(duì)于液態(tài)膠及采用單涂型粘接劑的粘接機(jī)理，其中膠粘劑或底圖型膠粘劑與金屬發(fā)生粘接主要是通過(guò)膠粘劑浸潤(rùn)金屬表面后滲入到金屬表面的空隙凹孔內(nèi)，并排除界面上吸附的空氣，同金屬表面充分接觸，然后產(chǎn)生吸附作用和各種嚙合形式的機(jī)械作用以產(chǎn)生足夠的粘接強(qiáng)度，膠粘劑與橡膠之間則通過(guò)分子或擴(kuò)鏈段的相互擴(kuò)散、滲透和共同交聯(lián)作用而實(shí)現(xiàn)粘接，同時(shí)膠粘劑與橡膠內(nèi)部也各自發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，從而使橡膠和金屬形成一個(gè)牢固的連接體。

三、橡膠與金屬粘接表面處理方法

由于橡膠的特性，在橡膠與金屬粘接時(shí)，通常都要對(duì)金屬表面進(jìn)行處理，以獲得更佳的粘接強(qiáng)度，通常采用物理方法和化學(xué)方法。

3.1 表面清洗

清洗金屬或其它基材表面的目的是除去所有的雜質(zhì)，以便作進(jìn)一步處理。重復(fù)使用已經(jīng)用過(guò)的噴射凈化材料可能會(huì)使已清潔的表面變臟。機(jī)械處理的第一階段是在阻燃溶劑的蒸汽中脫脂。脫脂后的零件置于鐵絲網(wǎng)里，再放進(jìn)蒸汽槽中。經(jīng)過(guò)這種處理，金屬零件上不可能再有油脂積垢，因?yàn)榕c金屬接觸的只有清潔新鮮溶劑或其蒸汽。

3.2用水溶性清潔劑清洗

在溶劑槽中脫脂對(duì)裝備的環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格，引起了不少爭(zhēng)議。在水介質(zhì)中清洗金屬則是可能代替在溶劑蒸汽中脫脂的方法。應(yīng)用三組清潔劑：（1） 酸性的（PH3.5～5. 5）;（2） 中性的（PH7.5～8）;（3） 堿性的（PH>8）。

3.3 機(jī)械方法處理

用機(jī)械方法處理金屬表面包括噴砂清洗、打毛、用刷子清潔，這些過(guò)程的目的是除去銹蝕和熔渣，并得到無(wú)氧化層的表面。

針對(duì)電纜組裝件中連接器金屬外殼，通常采用噴砂的方式進(jìn)行處理，在噴砂清潔時(shí)選擇二氧化硅顆粒，粒子尺寸應(yīng)為0.5mm～0.8mm ，噴砂時(shí)沙粒將金屬表面層的氧化膜除去，但是此種方法會(huì)破壞金屬原有的表面鍍層，噴砂后零件表面缺乏保護(hù)層，在空氣中長(zhǎng)期存放時(shí)又會(huì)產(chǎn)生二次氧化，所以噴砂處理后需要立即清洗并涂覆粘接劑，及時(shí)使用。

3.4化學(xué)處理法

金屬材料長(zhǎng)期放置在空氣中后，金屬會(huì)與空氣中的氧氣反應(yīng)形成一致密層的金屬氧化物，這些氧化物會(huì)阻礙粘接劑和金屬的結(jié)合，降低橡膠與金屬的粘接性能，所以通常選用化學(xué)方法除去金屬表面的氧化物，常用的方法有酸洗、堿洗、磷化處理等。

四、橡膠與金屬粘接失效原因分析

4.1 金屬與橡膠粘接失效類(lèi)型

根據(jù)橡膠和金屬的粘接原理，橡膠與金屬硫化粘接常見(jiàn)的失效類(lèi)型主要有以下三類(lèi)：（1）底涂型膠粘劑與金屬間破壞;（2）橡膠與面涂型膠粘劑之間破壞;（3）膠粘劑內(nèi)部破壞。

4.2 金屬與橡膠粘接失效原因

4.2.1底涂型膠粘劑與金屬間破壞

第一、金屬表面處理不當(dāng)：a、金屬表面處理程度不夠：金屬表面處理的要作用是除掉金屬表面的銹蝕層和油脂、污物等，獲得清潔、干燥并具有足夠粗糙度的活性表面，以利于膠粘劑的浸潤(rùn)和吸附。b、金屬表面不清潔：金屬表面清洗不凈或清洗后再次被污染而導(dǎo)致表面有油漬、雜質(zhì)、殘留清洗劑等，則實(shí)際上相當(dāng)于在金屬表面產(chǎn)生一界面層。

第二、膠粘劑選擇不當(dāng)：a、膠粘劑或底涂膠粘劑粘度過(guò)大，不能有效浸潤(rùn)金屬表面或者在金屬與膠粘劑界面產(chǎn)生氣泡并在氣泡周?chē)l(fā)生應(yīng)力集中。b、膠粘劑雖能夠有效浸潤(rùn)金屬表面，但固化后與金屬作用力太低。

4.2.2 橡膠與面涂型膠粘劑之間破壞

在硫化粘接過(guò)程中，橡膠分子和膠粘劑分子首先發(fā)生兩相分子間互相滲透和擴(kuò)散的物理反應(yīng)，然后兩相分子間、各相內(nèi)部分子間發(fā)生交聯(lián)化學(xué)反應(yīng)，從而使兩相結(jié)合為牢固的一體。

第一、橡膠膠料不合適：如果膠料中的配合劑噴霜或抽出而遷移到膠

第二、膠粘劑因素：a、膠粘劑與被粘橡膠不匹配，b、膠粘劑攪拌不均勻、涂刷完畢后晾置時(shí)間不夠或者涂膠面被污染。

4.2.3 橡膠內(nèi)部破壞

就粘接破壞形式而言，一般橡膠與金屬粘接體系所要求的理想破壞形式是100%橡膠本體破壞，此時(shí)的粘接強(qiáng)度主要取決于硫化膠的物理機(jī)械性能。假如此時(shí)的粘接強(qiáng)度仍未達(dá)到粘接要求，則可能是膠料本身的強(qiáng)度太低，或者是膠粘劑在向橡膠相發(fā)生擴(kuò)散、遷移并發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)時(shí)對(duì)界面處橡膠改性，降低該處橡膠的強(qiáng)度。

五、橡膠與金屬粘接失效解決方法

5.1底涂型膠粘劑與金屬間解決方法

針對(duì)金屬表面處理不當(dāng)：由于金屬表面處理程度不夠和表面不清潔，會(huì)造成粘接失效，因此，在刷涂底涂前，先進(jìn)行表面處理工序，通常為1）表面清洗，將金屬放入蒸汽中脫脂處理;2）用水溶性清潔劑清洗，使用酸性、中性或堿性清洗劑對(duì)金屬表面進(jìn)行清洗;3）機(jī)械方法處理，采用噴砂清洗、打毛、用刷子清潔，對(duì)粘接表面進(jìn)行清洗;4）化學(xué)處理法，使用酸洗、堿洗、磷化處理的方法，處理掉粘接表面的氧化層。

5.2 橡膠與面涂型膠粘劑之間破壞解決方法

針對(duì)橡膠膠料不合適：需要選著合適的膠料，避免選著膠料中含有會(huì)發(fā)生噴霜或抽出配合劑的膠料，如果膠料中必須含有此類(lèi)成分，可在混煉硅膠過(guò)程添加聚合物防止硫化電纜出現(xiàn)噴霜或抽出現(xiàn)象。

針對(duì)膠粘劑因素：前期要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證選擇匹配的粘接劑，對(duì)于雙組份的膠粘劑，需要將A、B劑充分?jǐn)嚢杈鶆?，刷涂后按照說(shuō)明書(shū)涼置或者烘培。

5.3橡膠內(nèi)部破壞解決方法

此類(lèi)失效為硫化膠的物理機(jī)械性能失效。膠粘劑在向橡膠相發(fā)生擴(kuò)散、遷移并發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)時(shí)對(duì)界面處橡膠改性，降低該處橡膠的強(qiáng)度，可以采用增加穩(wěn)定劑來(lái)防止粘接劑擴(kuò)散、遷移對(duì)橡膠成分進(jìn)行影響，降低橡膠的強(qiáng)度。

六、結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展、工業(yè)的進(jìn)步，橡膠與金屬粘接在汽車(chē)、航天、船舶、建筑等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)粘接性能和粘接工藝的要求也越來(lái)越高，影響橡膠與金屬的粘接強(qiáng)度因素比較多，本文從粘接原理、失效原因等方面進(jìn)行分析研究，解決了橡膠在粘接中失效問(wèn)題，為后續(xù)橡膠粘接提供可靠保障。

參考文獻(xiàn)

[1]張建慶.一種室溫固化的金屬與橡膠粘合劑的研究[J].化學(xué)世界，1998.

[2]于慶溪.橡膠原材料手冊(cè)第二版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.7.