橡胶与金属热硫化粘接剂性能研究

第４期２０２３年８月
机电元件
ＥＬＥＣＴＲＯＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳＶｏｌ ４３Ｎｏ ４
Ａｕｇ ２０２３
收稿日期：２０２３－０３－１７
橡胶与金属热硫化粘接剂性能研究
王　璐１，韩继先１，孙海航１，冯柏润２，姜睿智１
（１．沈阳兴华航空电器有限责任公司，辽宁沈阳，１１０１４４；２．空军装备部驻沈阳地区第三军代表室，辽宁沈阳，１１０１４４）
摘要：介绍了橡胶与金属热硫化粘接的基本机理及破坏类型，采用不同的双涂体系热硫化胶粘剂，对比研究三元乙丙橡胶、天然橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶与金属（铜合金Ｈ６２镀镍）的粘接性能。

结果表明：当用于铜合金镀镍件与三元乙丙橡胶、天然橡胶、氯丁橡胶粘接时，Ｐ
ｏｌｙｔｏｎ８１３、８２１和Ｃｈｅｍｌｏｋ２０５、６１５０的粘接性能相近，剥离试验后的破坏类型相同；当用于铜合金镀镍件与丁腈橡胶粘接时，Ｃｈｅｍｌｏｋ２０５、６１５０的粘接性能优于Ｐｏｌｙｔｏｎ８１３、８２１；经过环境试验后，金属基体与橡胶的剥离强度普遍大于环境试验前的剥离强度。

关键词：橡胶；金属；热硫化胶粘剂；粘接性能Ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－６１３３．２０２３．０４．０１３
中图分类号：ＴＰ３９１ ９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－６１３３（２０２３）０４－００４６－０３
１　引言
橡胶与金属是两种不同性质的材料，它们的化学
结构和机械性能有着很大的差别［
１］。

借助硫化橡胶与金属的粘接，可以使两种材料结合制得具有不同构型和特性的复合件，不仅增加了橡胶的抗震性能、绝缘性能、密封性能等，同时也增加金属的刚性和强度等性
能［２，３］。

橡胶与金属热硫化粘接已广泛应用于许多工
业领域，如航空、航天、电子、机械、船舶等，其粘接性能的好坏对粘接复合件的使用性能和可靠性起着关键性作用。

热硫化胶粘剂主要包括酚醛树脂、多异氰酸酯和卤化聚合物三大类，目前常用的进口热硫化胶粘剂主要有美国的Ｃｈｅｍｌｏｋ（开姆洛克）系列、Ｔｈｉｘｏｎ（罗门哈斯）系列，德国的Ｃｈｅｍｏｓｉｌ（汉高）系列等，其有效粘接
体系一般都为双涂层粘接体系［４］。

除国外品牌外，近
些年国内热硫化胶粘剂行业迅速发展，通过前期调研，选择了一种国产热硫化胶粘剂，并对比进口热硫化胶粘剂的性能，作为技术储备，防患于未然。

本文针对三元乙丙橡胶、天然橡胶、氯丁橡胶和丁腈橡胶，选取了开姆洛克的Ｃ
ｈｅｍｌｏｋ２０５、Ｃｈｅｍｌｏｋ６１５０和普力通的Ｐｏｌｙｔｏｎ８１３、Ｐｏｌｙｔｏｎ８２１热硫化胶粘剂，对比研究其在橡胶与金属硫化时的粘接性能。

２　橡胶与金属的热硫化粘接机理
对于橡胶与金属的热硫化粘接主要是通过粘接界面产生的粘附力来实现的。

其粘接机理的研究目前主要有吸附理论、机械作用理论、扩散渗透理论、静电理
论、电磁理论、共交联理论等［５］。

胶粘剂与橡胶之间主
要通过相互扩散、渗透和共交联作用实现粘接，金属与胶粘剂之间主要依靠吸附（物理吸附和化学吸附）作
用实现粘接［
６］。

３　橡胶与金属热硫化粘接的破坏类型
橡胶与金属热硫化粘接常见的破坏类型主要有以
下六类［４］
，示意图见图１。

１）橡胶内部破坏（Ｒ型）；
２）橡胶与面涂型胶粘剂之间破坏（ＲＣ型）；３）面涂型胶粘剂与底涂型胶粘剂之间破坏（ＣＣ型）；
４）胶粘剂内部破坏（Ｃ型）；
５）底涂型胶粘剂与金属间破坏（ＣＭ型）；
６）混合破坏，即以上２种或２种以上情况同时出
现。

图１　橡胶与金属热硫化粘接破坏类型示意图
４　实验
４．１　主要原材料
胶粘剂：底涂Ｃｈｅｍｌｏｋ２０５、面涂Ｃｈｅｍｌｏｋ６１５０，美国Ｃ
ＨＥＭＬＯＫ公司产品；底涂Ｐｏｌｙｔｏｎ８１３、面涂Ｐｏｌｙｔｏｎ８２１
，上海普力通公司产品。

金属试片：铜合金（Ｈ６２）镀镍。

橡胶：三元乙丙橡胶、天然橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶。

４．２　试样制备
对铜合金（Ｈ６２）镀镍金属试样表面用酒精擦拭并晾干，再用毛刷在粘接表面分别刷涂一层薄且均匀的Ｃｈｅｍｌｏｋ２０５和Ｐｏｌｙｔｏｎ８１３，晾放１ｈ后，再分别刷涂上
Ｃｈｅｍｌｏｋ６１５０和Ｐｏｌｙｔｏｎ８２１并晾干。

最后将橡胶放在金属试样表面进行热硫化粘接。

４．３　性能测试
粘合试验件的粘合强度按ＧＢ／Ｔ７７６０－２００３《硫化橡胶或热塑性橡胶与硬质板材粘合强度的测定９０°剥离法》进行测试，剥离强度试验如图２
所示。

图２　剥离强度试验
４．４　环境试验
根据我公司对产品的应用现状及产品性能要求，对这四种橡胶与金属粘接的试验件进行低温、高温、温度冲击及湿热环境试验，环境试验条件如表１所示。

表１　环境试验条件
试验橡胶低温高温温度冲击
湿热试验温度℃时间ｈ温度℃时间ｈ温度℃时间ｈ循环次数温度℃湿度％时间ｄ三元乙丙橡胶－５５
１
７０
１
－５５１７０１３
２３５０３０～６０９５１０
天然橡胶－６０１５０４－６００．５５００．５３２０
９５
２
氯丁橡胶丁腈橡胶
－４０４８６０４８－４００．５６０
０．５
５
ＧＪＢ１２１７－１９９１中方法１００２的规定Ⅱ型交变湿热试验
５　结果与分析
环境试验前后分别对试验件的剥离强度进行检测，试验结果见表２和表３，对于环境试验前进行的剥离试验，其橡胶的破坏状态如图３所示。

试验结果如下：
１）对于Ｐｏｌｙｔｏｎ８１３、８２１和Ｃｈｅｍｌｏｋ２０５、６１５０的热硫化胶粘剂，当用于铜合金镀镍件与三元乙丙橡胶粘接时，其破坏类型均为橡胶破坏，且均在粘接一端处发生断裂，说明橡胶和金属的粘接力大于橡胶本身的
强度。

２）当用于铜合金镀镍件与天然橡胶、氯丁橡胶粘接时，这两种热硫化胶粘剂的粘接性能相近，其破坏类型均为橡胶本体破坏，且在铜片部分一侧呈现鳞片状波纹，显示了橡胶与胶粘剂之间良好的相互作用。

破坏试样的局部放大形貌如图４所示，尽管粘接破坏发生在橡胶本体，但都接近于粘接界面部分，且从图４中可以看出，在剥离时铜片上残留的鳞片状残余胶对应橡胶部分的“深沟”结构。

这证明橡胶本体与胶粘剂之间有很好的相容性，即胶粘剂与橡胶可通过浸润和
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王　璐等：橡胶与金属热硫化粘接剂性能研究
化学交联实现“咬合”作用。

３）当用于铜合金镀镍件与丁腈橡胶粘接时，Ｐｏｌｙ ｔｏｎ８１３、８２１的破坏类型为橡胶本体破坏和部分底涂胶和金属间的破坏，而Ｃｈｅｍｌｏｋ２０５、６１５０的破坏类型为橡胶粘接一端处断裂，说明其粘接性能优于Ｐｏｌｙｔｏｎ８１３、８２１。

４）经过环境试验后，金属基体与橡胶的剥离强度普遍大于环境试验前的剥离强度，这可能与温度有关，经过一系列的环境试验，热硫化胶粘剂会在高温条件下继续发生交联反应，从而增大其粘接强度。

表２　环境试验前剥离强度
橡胶
普力通８１３、８２１
开姆洛克２０５、６１５０剥离强度ＭＰａ
破坏类型剥离强度ＭＰａ破坏类型三元乙丙橡胶７．９９Ｒ（橡胶拉断）
７．２６Ｒ（橡胶拉断）
天然橡胶７．８１Ｒ７．５０Ｒ氯丁橡胶９．３４Ｒ
１０．１４Ｒ丁腈橡胶
６．９４
９０％Ｒ＋１０％ＣＭ
７．５３
Ｒ（橡胶拉断）
表３　环境试验后剥离强度
橡胶
普力通８１３、８２１
开姆洛克２０５、６１５０剥离强度ＭＰａ
破坏类型剥离强度ＭＰａ破坏类型三元乙丙橡胶９．１６Ｒ（橡胶拉断）
７．４９Ｒ（橡胶拉断）
天然橡胶８．６１Ｒ８．９６Ｒ氯丁橡胶１０．７４Ｒ９．９０Ｒ丁腈橡胶
７．５２
Ｒ（橡胶拉断）
６．８８
Ｒ（橡胶拉断）
图３　橡胶的破坏状态
图４　粘接面局部放大图
６　结论
（１）当用于铜合金镀镍件与三元乙丙橡、天然橡胶和氯丁橡胶粘接时，Ｐｏｌｙｔｏｎ８１３、８２１和Ｃｈｅｍｌｏｋ２０５、６１５０的粘接性能相近，剥离试验后的破坏类型相同。

（
２）当用于铜合金镀镍件与丁腈橡胶粘接时，Ｃｈｅｍｌｏｋ２０５、６１５０粘接性能优于Ｐｏｌｙｔｏｎ８１３、８２１。

（３）经过环境试验后，金属基体与橡胶的剥离强度普遍大于环境试验前的剥离强度，主要是由于经过环境试验，热硫化胶粘剂会在高温条件下继续发生交联反应，从而增大粘接强度。

参考文献：
［１］　高守超，张康助，郭平军．橡胶与金属的硫化粘接
［Ｊ］．化学与粘合，２００３，（４）：１７６－１７８．
［２］　陈国栋，满敬国，钱伟国，等．硫化温度对橡胶和金属
粘接强度的影响［Ｊ］．世界橡胶工业，２００９，３６（９）：４０－４２．
［３］　李小康，王博．浅谈橡胶与金属粘接强度的影响因素
［Ｊ］．中国新技术新产品，２０１８，（８）：４６．
［４］　王勇，瞿连辉，曾飞．橡胶／金属硫化粘接破坏原因分
析及对策［Ｊ］．特种橡胶制品，２００８，２９（４）：３１－３３．［５］　翁熙祥，梁志杰．金属粘接技术［Ｍ］．北京：化工工业
出版社，２００６：１０－１７．
［６］　王劲，齐暑华，邱华，等．乙丙橡胶与金属粘接的研究
进展［Ｊ］．中国胶粘剂，２００８，１７（１２）：５８－６２．
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