硅橡胶与不锈钢热硫化粘接

硅橡胶与不锈钢的粘接方法研究

蔡威杰

摘要：对硅橡胶与不锈钢粘接的方法进行了研究。探讨了不锈钢表面处理、偶联剂种类、含量以及专用胶粘剂对粘接性能的影响与对比。

关键词：硅橡胶；不锈钢；粘接

i前言

由于硅橡胶具有耐热、耐寒、耐候和耐臭氧等宝贵性能，使其能够成功地用于其他橡胶所不能应用的场台。利用硅橡胶热硫化粘接技术，用硅橡胶与金属材料制成的复合元件，已经成为航天、航空、船舶及其他现代高科技领域中必不可少的装置。然而，由于硅橡胶极性低，表面湿润性和粘接性能差，较难与不锈钢粘接，因此，如何提高硅橡胶与不锈钢的粘接强度，一直是人们关注的研究课题。

橡胶与金属粘接机理比较复杂，目前公认的机理是扩散、渗透、共交联理论。金属与橡胶的粘接一般采用热硫化粘接的方法，即先对金属进行表面处理，然后涂刷胶粘剂，利用成型模具把混炼胶与金属制备成橡胶-金属复合构件，加热加压硫化，实现粘接。其好处是在热硫

化的过程中，在胶粘剂与金属、胶粘剂与橡胶之间以及胶粘剂、橡胶内部发生一系列物理化学反应形成牢固的连接体 2 3]。

本文以硅橡胶与不锈钢316L粘接为例，对不锈钢表面的处理方法、偶联剂的种类以及用量等因素对粘接性能的影响进行研究。

2实验部分

2.1原材料

甲基乙烯基双组分硅橡胶,江西宏达化工新材料股份有限公司；703有机硅粘合剂，深圳市金三秒胶粘剂有限公司；乙烯基三叔丁基过氧化硅烷（VTPS),哈尔滨化工研究所；乙烯基三乙氧基硅烷（A-151),曲阜

市万达化工有限公司；Y —氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550), 南京友好助剂化工有限责任公司；硅胶金属专用胶粘剂ST-608,ST-2503，嘉兴市新优化工有限公司提供，不锈钢316L,市售；丙酮分析纯)，市售。

2. 2仪器与设备

0160 mm X320 mm两棍开炼机，广东湛江机械厂；XQLB2350 X350型平板硫化机，上海橡胶机械厂；CMT4104型电子拉力机，深圳市新三思计量技术有限公司。

2.3试验方法

(1)不锈钢表面处理

先用去油剂擦除不锈钢表面的油脂，再用啧砂法进

行粗化处理，最后用丙酮溶液清洗干净，晾干后涂覆一

层703粘合剂（只供胶料加入偶联剂使用），另一部份

只涂专用胶粘剂，待用。

(2)炼胶

将双组分硅橡胶、偶联剂按配比称量后在开炼机上混炼均匀。

将金属件装入成型模具中，采用模压成型的方法，在平板硫化机上对硅橡胶与不锈钢进行高温成型。按照GB /T 13936—1992进行粘接强度测试。

3结果与讨论

3.1啧砂粒径对粘接强度的影响

对不锈钢进行啧砂处理时，分别用粗、细2种不同粒径的砂处理。比较2种粒径砂对粘接强度的影响，测试结果见表1。

从表1可以看出，采用细砂进行啧砂表面处理的试样粘接强度较高，可达2.4 MPa,而采用粗砂进行啧砂表面处理的试样粘接强度较低。这可能是由于用细砂进行啧砂表面处理更有利于增加不锈钢表面积，进而增加了粘接面积，提高了粘接性能。

3.2硅烷偶联剂对粘接强度的影响硅烷偶联剂兼有与高聚物和无机材料作用的2种基团，在硅橡胶与金属之间起到连接作用，从而提高硅橡胶与金属的粘接强度。分别在硅橡胶中加入2%的KH- 550、A-151

和VTPS 3种硅烷偶联剂以及直接使用专用胶粘剂粘接，比较它们对粘接强度的影响，结果见表2。

胶粘剂型号粘接强度/MPa 破坏形式

ST-608 2.6 混合破坏

ST-2503 2.7 混合破坏

从表2可以看到，偶联剂加入VTPS后，硅橡胶与不锈钢的粘接强度最高，破坏形式为混合破坏；A-151

表1喷砂粒径对粘接强度的影响

Tab.1 Effect of particle size of sand particles for blasting on bonding

表2不同硅烷偶联剂对粘接强度的影响

次之；KH-550最低，但涂覆专用胶粘剂粘接强度为最高。分析认为，VTPS在高温下生成的自由基和本身含有的乙烯基，在粘接过程中和硅橡胶可能产生共硫化反应，从而提高了硅橡胶和不锈钢的粘接强度。但加入偶联剂同时对混炼工艺（粘辊严重）及成型工艺（粘模）造成不利影响，尤其是VTPS极易粘辊粘模，这也是我们要考虑的，而直接用胶粘剂ST-608,ST-2503则只需在经处理过的金属表面涂覆即可，但ST-2503因保质期较短(三个月)，需在有效期间内使用，这也是需要改善的。

3.3硅烷偶联剂VTPS含量对粘接强度的影响加入不同用量硅烷偶联剂VTPS的硅橡胶与不锈钢的粘接强度如图1所示。

4.

从图1可见，当硅烷偶联剂VTPS用量在2% '4%时，

粘接强度随VTPS用量的增加而提高，在4%时，粘接强度

达到最大值；当用量超过4%以后，随着VTPS用量的增

加，粘接强度反而逐渐减小。这是由于过量的硅烷偶联

剂对硅橡胶起到一种增塑剂的作用，使硅橡胶模量下降，

拉伸试验过程中硅橡胶首先拉伸变形，从而降低了粘接

拉伸强度。

4结论

(1)硅橡胶与不锈钢粘接时，用细砂进行啧砂粗化

处理能够除去不锈钢表面的氧化层，还能够增加不锈钢

的比表面积，对提高粘接性能具有重要作用。

(2)KH-550、A-151和VTPS均可以提高硅橡胶和

不锈钢的粘接强度，以VTPS效果最明显，其用量

为4%时,粘接强度达 2.8 Mpa，但同时对混炼工艺以及成

品制造工艺（粘模）造成不利影响，且仍然需要在金属表面涂

覆一层703粘合剂而多了一道工序。但直接使用专用胶粘剂

ST-608,ST-2503则无此问题，强度也达到混合破坏。且工艺

简单易操作，成本远低于VTPS，后者（ST-2503）仍需

改善保存期的问题。

参考文献

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工业大学,2001.

[4]徐新锋.硅胶与不锈钢的粘接[J]粘接2009-12-07

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