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 412007)
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:TQ33011+6 文献标识码:A 文章编号:1005-4030(2003)01-0034-04
收稿日期:2002-10-05
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:(1)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;(2)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;(3)胶粘剂固化时的残余变形要小;(4)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[1]。
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:(1)金属表面的污垢和氧化膜清除干净;(2)工艺简单;(3)生产效率高;(4)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[2～5]。
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。1 试验材料及仪器设备111 材料
钢丸，长沙县跳马钢砂厂生产，硬度HRC4614～5013；金属粘结菌形试样，材质为A3
钢，自备；胶粘剂,CH205(底胶)、CH220(面胶)，上海洛德化学有限公司生产；胶粘剂,M3270(底胶)
、M100(面胶)，德国Chemetall 公司产品；磷化液、脱脂剂，上海Chemetall 公司产品；混炼胶,1590#，公司自备。112 仪器及设备
50t 平板硫化机,6寸开炼机,Q326履带式抛
丸机,J YW 233CSS 电子万能试验机,KYKY2800型电子扫描电镜，恒温水浴,1000ml 烧杯、滴定管、移液管等玻璃仪器。2 试验方法
211 抛丸处理工艺试验方法
将菌形金属试样脱脂处理后，放入Q326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CH205、面胶CH220)。胶粘剂干燥后，用菌形金属试样与1590#胶料在50t 平板硫化机上制作橡胶与金属粘结试样，硫化条件为150℃×25min ，硫化压力25MPa 。硫化试样经23℃×24h 调节后，按G B/T1121121989检测
第24卷 第1期
特种橡胶制品
Vol.24 No.12003年2月
Special Purpose Rubber Products
February 2003
橡胶与金属的粘合强度。212 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M3270、面胶M100)。胶粘剂干燥后，按211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KYKY2800型电子扫描电镜观察磷化处理后的金属试样表面。213 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M3270、面胶M100)。胶粘剂干燥后，按211硫化、调节方法制备试样，检测粘合强度。3 结果与讨论
311 抛丸时间对粘合强度的影响
图1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10min 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1 抛丸时间对粘合强度的影响
312 钢丸粒径对粘合强度的影响
图2为钢丸粒径对橡胶与金属粘结性能的影响。由图2可知，随着钢丸粒径的增大,
声波识别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016mm 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112mm 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018～110mm 的钢丸对金属表面进行抛丸处理较好。
图2 钢丸粒径对粘合性能的影响
313 磷化液总酸点对粘合强度的影响
图3为磷化液总酸点对粘合强度的影响。由
图可知，总酸点在15～20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3 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
旋转滑梯布不均匀，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。
5
32003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
图4 磷化液总酸点19
时磷化膜电镜照片
图5 磷化液总酸点3112时磷化膜电镜照片
图4，图5分别为总酸点为19,3112时磷化后金
属表面磷化膜电镜照片。比较两幅图片可明显看出图5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6 磷化时间对粘合强度的影响
314 磷化时间对粘合强度的影响
图6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16min 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2磷酸盐晶体,
但与工艺
图7
磷化温度对粘合强度的影响
图8 磷化温度35℃
煤矿井下用绞车
载荷谱时磷化膜电镜照片
图9 磷化温度60℃
时磷化膜电镜照片
图10 磷化温度80℃时磷化膜电镜照片
有关的其他离子如钙离子也会同时结合到这些晶体上，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。
63特种橡胶制品第24卷 第1
期
315 磷化温度对粘合强度的影响
图7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50～60℃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8,9,10分别为磷化温度35℃,60℃,80℃时磷化膜电镜图片。图8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9的磷化膜较完整；图10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。316 金属表面不同的处理工艺方法对粘合强度的影响
aveee
表1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1 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,MPa
备注
抛丸617磷化611磷化60℃×15min
抛丸后磷化
919
4 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018～110mm 的钢丸，最佳抛丸时间为10min 。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15～20较好，磷化时间以16min 为宜，磷化温度以50～60℃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:
[1] 尹仪成1中国胶粘剂[J ],1998,8(1):38-411
[2] 翟海潮等著1粘结与表面粘涂技术[M ]1北京：化学工业出
版社,1993,1991
[3] 黄元昌译1橡胶工业[J ]12001,48:364-3671[4] 黄元昌译1橡胶工业[J ]12001,48:239-2441[5] 李立新等1材料保护[J ]12000,33(1):71-731[6] 雷海军1特种橡胶制品[J ]11996,17(3):1-61[7] 张建伟等
1橡胶工业[J ]11997,(4):217-2191[8] 雷海军等1特种橡胶制品[J ]11999,20(1):35-371[9] 汪泉发等1电镀与环保[J ]11994,14(4):17-191[10] 顾怡雯等1材料保护[J ]12000,33(3):30-311
Affect of Metal Surface T reatment T echnology on Adhesion
bet w een Rubber and Metal半导体制冷空调
HUA N G L iang 2pi ng ,TA N G Xian 2he ,TA N L iang 2hong
(Zhuzhou Times New Material Technology Co.,Ltd ,Zhuzhou 412007,China )
Abstract :The effect of the technologies of polishing steel ball and phosphorizing during the metal sur 2face treatment of adhesive between rubber and metal were studied.The corres poning optimum parameter was gained ,and the results was confirmed by the observation of SEM.
K ey w ords :polishing steel ball ,phosphorizing ,rubber ,metal ,surface treating ,adhesion
7
32003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
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