橡胶与金属粘接时金属的表面处理

橡胶与金属粘接时金属表面处理方法

一、橡胶中常用的金属材料

按材质分：铁、钢、不锈钢、铜、铝及铝合金等；

按形态分：线绳、帘布、金属件、金属块等；

如轮胎中胎圈、胎体、带束层所使用的钢丝或钢丝帘线。内胎上的黄铜气门嘴；胶带中的钢丝绳、胶管中的钢丝编织层；胶辊中的金属芯，油封的金属骨架，橡胶的金属减震器，金属的防腐橡胶衬里等。

二、金属的表面性质

1、金属的表面层结构

金属的表面结构，由里向外依次为：金属基体、1000nm厚加工硬化层、10nm厚氧化物质层、0.3nm厚气体吸附层、3nm厚污染物层。

2、金属的表面性质:

由于金属内部的金属原子之间易形成金属键，原子之间的相互作用力强，金属表面层原子受内部原子的相互吸引力较大，力场处于不平衡状态，因此金属表面具有较大的界面张力，表面能很高，因此很容易吸附周围环境中的气体分子、液滴和灰尘，具有很强的吸附性，因此金属表面会有一层气体吸附层和污染物层。在金属与橡胶粘合时，如果气体吸附层和污染物层不除去的话，会严重削弱粘合效果。

由于高能表面对低能表面具有较强的吸附作用，所以低能表面在高能表面上能润湿，能赶走高能表面的气体吸附层，而与金属表面充分接触。由于橡胶材料属于低能材料，因此橡胶在金属表面是湿润的，这给橡胶与金属的粘合提供了热力学条件。由于金属表面层原子受内部分子吸引作用较大，表面层原子排列紧密，很难形变和运动，所以橡胶与金属表面在接触时不能发生互溶、扩散和渗透，再加上金属表面一般都比较光滑，这又给橡胶与金属粘合带来不利的影响。

由于金属表面有一层氧化层，从而使金属表面带有一定的极性，能够增大橡胶与金属表面的吸附作用力，有利于粘合。另外，金属表面较容易失去电子，而橡胶材料易获得电子，所以当橡胶与金属表面靠近时，会发生电子转移，形成双电层，从而产生界面静电引力，这也对粘合有好处。

但是，金属表面的氧化层与橡胶之间不易发生化学作用，形成的化学键键合作用很小（黄铜除外），而且氧化层松脆，与本体结合不很牢固，因此橡胶与金属之间突现牢固的粘合比较难。此外，由于金属材料与橡胶材料的模量差异太大，在粘合界面处易发生应力分布不均匀，易受剪切而破坏。

总体上说，橡胶与金属之间具备粘合的条件，但较难形成牢固而持久的粘合。要提高橡胶与金属的粘合效果，必须对金属进行表面处理。

三、金属的表面处理

1、表面处理的目的：①获得清洁、新鲜的表面；②提高表面能；③增大表面的粗糙度；④获得适当的化学活性或惰性。

2、表面方法：

物理机械表面处理：

车削加工、喷砂处理、机械打磨（砂纸、砂轮、钢刷等）、超声波处理；

化学表面处理方法：

酸法、碱法、有机溶剂法、磷化处理法；

这些方法可以单用，但大都采用多种方法结合使用，达到良好的粘合效果。不同的金属表面，所采取的处理方法不同。一般，大型金属部件宜采用车削加工、喷砂处理（厚度小于1.2mm的钢板不行）；小型部件宜用化学处理和砂纸打磨，结构复杂的小型部件采用超声波法。

（1）铝及其合金的表面处理：

铝属于活泼金属，表面覆盖一层致密的氧化膜（Al2O3），有很高的稳定性，粘合时需除去氧化层。具体处理方法：

①阳极化处理法步骤：

a．用丙酮或汽油去油污；

b．将铝件放入浓度为5％，温度为55℃的NaOH水溶液中泡3~5min，至表面发黑；c．取出被腐蚀骨架，用自来水冲洗多余的碱液；

d．将铝件置于30％的HNO3水溶液中光化至无黑色；

e．取出铝件用自来水冲洗至无酸；

f．将铝件置于浓度为100~140g/L二磷酸液中阳极化20min，极化电压10V，极化温度（20±2）℃；若无极化条件，可将铝件置于磷酸中浸泡10min；

g．取出后用自来水冲洗至无酸性，在65℃烘箱中烘干，即可涂覆胶黏剂。

②硫酸重铬酸钠法步骤：

a.用丙酮或汽油脱脂，也可用碱液脱脂；

b.将铝件在硫酸重铬酸钠处理液中浸泡10min；处理液配方：水 450ml，H2SO4（相对密度

1.84）80ml，NaCr2O3 15g。处理液温度：65~70℃。

c.水洗，干燥后立即涂粘合剂。

（2）钢、铁表面的处理方法：

钢、铁的主要成分为Fe，表面有Fe2O3、Fe3O4、FeO等氧化层，有油脂。具体方法：

①喷砂处理法：

去锈，表面粗化对尺寸公差较大的钢、铁橡胶复合或粘合件，通常采用喷砂方法去掉表面锈蚀和氧化皮。厚度在0.6mm以下，容易变形的金属骨架不能用喷砂法。

喷砂设备：喷砂机（履带抛丸清理机）、履带盘转速（3~6）r/min，骨架最大允许量10kg,抛丸器转速2800r/min。

工艺条件:钢砂直径0.7~1.0mm；压力：0.1~0.25MPa

一次处理的金属数量≤50kg；

时间：

0.6~0.8mm 6min；

0.9~1.0mm 8min；

1.1~1.25mm 9min；

1.26~1.5mm 10min

喷砂后骨架存放时间≤8h

要求：不得有锈蚀、毛刺、变形，麻点要均匀。

②酸蚀处理（酸洗）：

除锈和氧化层喷砂达不到技术要求的骨架应进行酸处理。将骨架在浓度为35％~36％

的工业盐酸或90％~95％的工业硫酸中与室温下浸泡30min以上，再用自来水冲洗，水的

PH在6以上。

③脱脂处理：

除油污、杂质金属骨架喷砂或酸蚀后，还必须脱脂处理。方法：将待脱脂的骨架装入

带孔的金属容器，如网袋或箩筐；将金属容器浸入丙酮溶剂中，容器上下串动，左右摆动

2min以上。提起容器于丙酮液的上方，上下串动，左右摆动1~2min，在室温下晾

2~3min。丙酮纯度95％，环境温度＜30℃，相对湿度＜80％，清洗时间≥2min。丙酮液至

少每周更换一次，用洒水法检测表面清洗的情况。

④磷化处理：

增加表面活性把钢铁件放入磷酸盐溶液中，是金属表面获得一层不溶于水的磷酸盐薄膜。磷化膜是黑色金属最普通的保护层，高强度合金钢宜用磷化处理。

磷化处理方法：

低温磷化：室温，不用加热，磷化液稳定，但效率低，磷化膜抗蚀能敌低；

中温磷化：50-70℃，时间7-15min，效率高，抗蚀能力强；

高温磷化：90-98℃，时间10-20min，效率高，抗蚀能力强，但加热时间长，溶液挥发大。钢、铁表面处理工艺流程：

1#槽：金属清洗剂：洗衣粉：水=40:2:450，PH值13~14，温度65~75℃，时间

5~6min；

2#槽：NaOH：硅酸钠：金属清洗剂：水=45:15:4:450，PH值13~14，温度70~80℃，

7~8min；

3#槽：PH值7~8，流动水；

4#槽：磷化液：水（体积比）=1:4，PH值2~3，温度65~75℃×6~8min；

5#槽：PH值6~7；

6#槽：铬酸钾：水=2:450，70~80℃×0.5min；

7#槽：热空气干燥，80~100℃×20~25min。

表面处理处理要求：

a.骨架不得有锈痕、毛刺、变形；

b.涂油防锈油的骨架须用锯末（木粉）串光除油；