王 林 周承龍 謝彥飛

(株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司 湖南 株洲 412007)

橡膠金屬?gòu)?fù)合制品由于綜合了橡膠高彈性和金屬高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于軌道車(chē)輛、工程機(jī)械及船舶、航空等領(lǐng)域，而兩者的黏合是產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。由于橡膠和金屬表面的浸潤(rùn)性和自由能相差很大[1]，且橡膠金屬?gòu)?fù)合件通常在動(dòng)態(tài)下使用，這對(duì)橡膠和金屬的黏合提出了更高的要求，涉及到粘接機(jī)理的研究、橡膠與金屬預(yù)處理的研究、高性能膠黏劑的研制、粘接方法及粘接過(guò)程中各項(xiàng)工藝參數(shù)的選擇等。

目前株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司橡膠金屬?gòu)?fù)合制品主要采用國(guó)外品牌的膠黏劑，在一定的表面處理下，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)采用不同方式成型為復(fù)合制品。除國(guó)外品牌外，國(guó)內(nèi)并無(wú)廣泛應(yīng)用的品牌,通過(guò)前期調(diào)研，選擇了一種國(guó)產(chǎn)膠黏劑(PLT815/821LF)，并對(duì)比公司現(xiàn)用膠黏劑的性能，作為技術(shù)儲(chǔ)備，防患于未然。

1 試驗(yàn)

1.1 主要原材料

90°剝離樣板，按GB/T 7760—2003制作；菌型樣板，按GB/T 11211—2009制作；剪切樣板，按GB/T 12830—2008制作；底膠T811,面膠T835；底膠L805，面膠L808，為現(xiàn)用膠黏劑；底膠PLT815，面膠821LF，NR，IR、SBR、BR/IR,內(nèi)部配方。

1.2 主要儀器與設(shè)備

Q226自動(dòng)噴砂機(jī)；Y33-50A型平板硫化機(jī)；WE-600A型液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)；凱靈自動(dòng)磷化線。

1.3 試樣制備

骨架表面處理：脫脂→噴砂→溶劑清洗→涂膠→干燥→包裝。

1.4 性能測(cè)試

90°剝離樣片黏合性能按GB/T 7760—2003測(cè)試；菌型樣片黏合性能按GB/T 11211—2009測(cè)試；四板剪切樣片黏合性能按GB/T 12830—2008測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 膠黏劑與膠料的粘接性能

2.1.1膠黏劑與不同膠料粘接性能對(duì)比

3組膠黏劑與不同膠料的粘接強(qiáng)度及附膠率如表1所示，粘接強(qiáng)度均在10 N/mm以上，L805/L808與CR的附膠率稍差，粘接強(qiáng)度與其他膠黏劑無(wú)明顯差異，可見(jiàn)3組膠黏劑均可與不同膠種達(dá)到良好的黏合，有較好的膠料適應(yīng)性。

表1 與不同膠料粘接性能對(duì)比

2.1.2膠黏劑與不同硬度膠料粘接性能對(duì)比

NR作為軌道減振制品中的最常用膠料，以其為例，對(duì)比各膠黏劑與不同硬度NR的粘接性能，如表2所示，可以看出，各膠黏劑與低硬度、中硬度NR的粘接強(qiáng)度及附膠率無(wú)明顯差別，硬度增大，膠料強(qiáng)度增大，剝離強(qiáng)度增大，L805/L808由于耐沖刷性稍差，當(dāng)高硬度膠料在硫化壓力下流動(dòng)在膠黏劑表面時(shí)，會(huì)對(duì)膠黏劑產(chǎn)生沖刷作用，導(dǎo)致膠黏劑無(wú)法均勻在金屬表面分布，其在橡膠和金屬表面的反應(yīng)程度會(huì)有所不同，進(jìn)而影響橡膠與金屬的粘接性能。

表2 膠黏劑與不同硬度膠料粘接強(qiáng)度對(duì)比

2.1.3膠黏劑與不同硫化體系粘接性能對(duì)比

膠黏劑與不同硫化體系膠料的粘接性能如表3所示，3組膠黏劑與各硫化體系的粘接強(qiáng)度無(wú)明顯差異；而硫化體系不同，膠黏劑的粘接強(qiáng)度有所差異，分析認(rèn)為，普通硫化體系產(chǎn)生的交聯(lián)鍵以多硫交聯(lián)鍵為主，半有效硫化體系中以低硫和多硫交聯(lián)鍵為主，有效硫化體系中以單硫和雙硫交聯(lián)鍵為主，而膠黏劑與膠料的反應(yīng)過(guò)程中，交聯(lián)鍵越多，兩者間化學(xué)反應(yīng)越多。

因此，不同硫化體系下膠黏劑的粘接強(qiáng)度依次優(yōu)劣為：普通硫化體系，半有效硫化體系，有效硫化體系。

表3 膠黏劑與不同硫化體系粘接強(qiáng)度對(duì)比

2.2 膠黏劑與基材粘接性能對(duì)比

2.2.1膠黏劑與不同材質(zhì)基材粘接性能對(duì)比

不同材質(zhì)下膠黏劑的粘接強(qiáng)度及附膠率如表4所示，3組膠黏劑與不同基材均表現(xiàn)出了良好的粘接強(qiáng)度和附膠率，T811/T835與不銹鋼的粘接性能稍差，L805/L808、PLT815/821LF對(duì)這3種基體材質(zhì)有良好的適應(yīng)性。一方面不銹鋼作為惰性材料，表面能較低，與橡膠的粘接較差，另一方面T811/T835在基材適應(yīng)性方面相對(duì)較差。而公司軌道交通產(chǎn)品大多以碳鋼為主，可見(jiàn)3組膠黏劑可以滿足產(chǎn)品的使用需求。

表4 膠黏劑與不同材質(zhì)粘接強(qiáng)度對(duì)比

2.2.2膠黏劑與不同硬度基材粘接性能對(duì)比

膠黏劑與不同硬度的碳鋼粘接性能如表5所示，3組膠黏劑的附膠率均有較大波動(dòng)，推斷認(rèn)為基材硬度提升，表面處理難度增大，粗糙度的均勻性和表面積均會(huì)受到影響，膠黏劑無(wú)法在基材表面充分浸潤(rùn)和滲透，易形成局部缺陷和應(yīng)力集中，導(dǎo)致粘接性能不穩(wěn)定，這與上述不同基材的粘接性能相吻合，不銹鋼硬度較高，與膠黏劑的粘接性能就會(huì)相對(duì)較差[2]。

表5 膠黏劑與不同硬度基材粘接強(qiáng)度對(duì)比

2.3 不同表面處理方式下膠黏劑粘接性能對(duì)比

不同表面處理方式下膠黏劑的粘接強(qiáng)度及附膠率如表6所示，3組膠黏劑均表現(xiàn)同樣的趨勢(shì)：噴砂后磷化大于噴砂大于拋丸，膠黏劑與金屬發(fā)生粘接主要通過(guò)膠黏劑浸潤(rùn)金屬表面后滲入到金屬表面的空隙和凹孔內(nèi)，并排除界面上吸附的空氣，同金屬表面充分接觸，然后通過(guò)吸附作用和各種嚙合形式的機(jī)械作用產(chǎn)生黏合[3]。不同表面處理后的金屬表面粗糙度不同，拋丸后粗糙度較大，金屬表面凹凸不平，影響膠黏劑的浸潤(rùn)性，易形成缺陷和應(yīng)力集中，而磷化膜則增大了粘接的接觸面積，增強(qiáng)了膠黏劑的滲透吸附能力。

在同一表面處理方式下，各膠黏劑粘接強(qiáng)度相差不多，PLT815/821LF粘接強(qiáng)度在10 N/mm以上，附膠率在98%以上，穩(wěn)定性和粘接強(qiáng)度均優(yōu)于其他膠黏劑。

表6 不同表面處理方式下粘接強(qiáng)度對(duì)比

2.4 不同受力方式下膠黏劑粘接性能對(duì)比

膠黏劑在不同受力方式下的粘接強(qiáng)度及附膠率如表7所示，菌型試驗(yàn)主要考察在拉斷作用力下金屬-橡膠的粘接性能；四板剪切試驗(yàn)主要考察在縱向剪切力作用下的橡膠-金屬粘接性能；90°剝離試驗(yàn)主要考察在剝離作用力下橡膠-金屬的粘接性能。在不同受力方式下，3組膠黏劑均表現(xiàn)出了良好的粘接強(qiáng)度和附膠率[4]。

表7 不同受力方式下粘接強(qiáng)度對(duì)比

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)比3組膠黏劑與不同膠料、不同硫化體系、不同基體材質(zhì)、不同表面處理方式及在不同受力方式下的粘接性能，得出PLT815/821LF粘接強(qiáng)度及附膠率與T811/T835相當(dāng)，可見(jiàn)具有一定的應(yīng)用前景。