金属表面处理工艺对橡胶与金属粘合性能的影响

’ " ## 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 万方数据
# $ $ % 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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’ " )# 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 在粘 合 强 度 较 高!因 为 低 温 $!4 $9 效果较好 " 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 图" 结 0 的磷化膜 较 完 整 # $ 的 磷 化 膜 凹 凸 明 显" 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 !
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 " " $ $ -./ $ % $ # $ $ % $ ".$ $ % /.$ /
橡胶与金属的粘合是十 ## 在减震橡胶 制 品 中 " 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 " 橡胶与金属 # 的表面有良好的浸润性 & ! # 待 物体 ! # 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 粘 合 工 艺$ 粘合结头设计等各方面进行考 择$
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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 $ + 4 55 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 "
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特 种 橡 胶 制 品
第# /卷#第"期
图 Z# 磷化温度对粘合强度的影响
图 (# 磷化液总酸点 ! I 时磷化膜电镜照片
图 *# 磷化温度 ’ )Q 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 !
平板硫化机上制 作 橡 胶 与 金 属 粘 结 试 样 " 硫化条 件为 " 硫化压力# % 硫化试样 $9U# 5 D S" 6F E 经# 按V * %9U# / T 调 节 后" ’ ) " " # " " O " 0 W 0检测 橡胶与金属的粘合强度 %
万方数据
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图! J# 磷化温度 * JQ 时磷化膜电镜照片
晶体 上 " 若 磷 化 时 间 过 长" 则 磷 化 膜 太 厚" 磷酸盐 晶体上结合的其他离子的数量增多 " 结晶不完善 " 使磷化层本身的强度降低 ! 同时 " 磷化膜厚 " 则试 样与橡胶粘合时 " 主要表现为橡胶与磷化层之间 的粘合 " 因此 " 在进行橡胶与金属的粘合性能拉伸 试验时 " 易导致磷酸盐层的断裂 " 而使粘合强度降 低!
图 ’# 磷化液总酸点对粘合强度的影响
点过高 ! 在 试 样 表 面 成 核$ 结 晶 速 度 过 快! 晶体分
图 !# 抛丸时间对粘合强度的影响
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
" 粘剂干燥后 " 用菌形金属试样与 " 胶料在 0 $ $ 2
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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
收稿日期 " # $ $ #." $.$ -
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$ 2平板硫化机 " 4 寸开炼 机 " * % # 4 履带 式抛 丸机 " 电子 万 能 试 验 机 " ; lg O % %P : : flfl # W $ $ 型电 子 扫 描 电 镜 " 恒 温 水 浴" 烧 杯 $ 滴 定 " $ $ $ 5 ? 管$ 移液管等玻璃仪器 % ## 试验方法 # " !# 抛丸处理工艺试验方法 放入 * 将菌 形 金 属 试 样 脱 脂 处 理 后 " % # 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 # $ -$ # # $
") 虑( %
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 金属粘 结菌形 试样 " 材质 为 , <( P / 4 + /!$ + %& % 钢" 自备 & 胶粘 剂 " 底 胶# $ 面 胶# " P< # $ -! P< # # $! 上海洛德化学 有 限 公 司 生 产 & 胶 粘 剂" 底 6 % # ! $! 胶# $ 面 胶# " 德国 P 磷 6 " $ $! T B 5 B 2 E ? ?公 司 产 品 & 化液 $ 脱脂剂 " 上海 P 混 炼 胶" T B 5 B 2 E ? ?公 司 产 品 &
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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 #/ # " # $ $ !
" " 公司自备 % " 0 $ ! " ## 仪器及设备
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 磷 化 等" 目 前 使 用 最 多 的 是 磷 化 处 理% 包括 氧 化 $ 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
图 I# 磷化温度 V JQ 时磷化膜电镜照片
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" 再延长 4 5 D S 时 达 到 最 大 值" 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 磷 酸 盐 晶 体" 但与工 O 艺有关的其他离子如钙离子也会同时结合到这些 万方数据
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# " ## 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 % # ! $$面 胶 % " 胶粘剂干燥后 ! 按# 调节方法制 6 " $ $ + " 硫化 $ 备试样 ! 检测 粘 合 强 度 " 在 相 同 的 磷 化 条 件 下 制 备电镜观察试样 ! 用 flfl # W $ $ 型电子扫描电镜 观察磷化处理后的金属试样表面 " # " ’# 不同处理工艺方法的比较 将菌形金属试样脱脂处理后 ! 分别采用磷化 $ 抛丸 $ 抛丸后再磷化工艺方法处理试样 ! 再涂刷胶 粘剂 # 底胶 6 面胶 6 "胶粘剂 干 燥 后! % # ! $$ " $ $% 按# 调节方法制备试样 ! 检测粘合强度 " + " 硫化 $ ’# 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" $ 5 D S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 "