橡胶减震制品的金属表面处理研究

廖洪军
剂，上海&$012-33公司生产，型号： &45678796 : 胶粘剂， 底胶， 开姆洛克 !"+ ；面胶， 开姆洛克 ,+.1 ；
!!"。 "实验仪器
抛丸设备： 青岛机械铸 (;<#+% 履带式抛丸机， 造总厂生产； 拉断实验设备： =0#("" 型液压式万能试验机， 上海申克试验机有限公司生产； 荷兰?@ABA?公司生产。 扫描电镜： 型号： >01+.+，
"抛丸喷射时间对金属表面除锈效果的影响
抛丸工序的作用主要是将金属件表面的锈通 过钢丸喷射将其除掉。在这个过程中， 往往认为时 间越长， 锈就除得越干净， 表面也越干净， 对粘接越 有利。但是在除锈过程中， 金属件表面也会因钢丸 的喷射受到破坏，在表面形成内眼不可见的裂纹。 通过对菌型试样进行扯断实验， 可以看到， 相当区 域的金属件表面为金属 & 金属破坏。正是金属件表 面的裂纹的存在，裂纹在垂直 ’ 扭转的拉力下迅速 扩大， 而导致金属 &金属分离。通过实验研究不同金 属件适宜的抛丸时间， 其抛丸时间对金属表面的影 响见表 ,。
第 !" 卷
第 !" 期
科技资讯 ・ 工艺装备
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橡胶减震制品的金属表面处理研究
伍华东
载货机车、 汽车类的橡胶减震制品往往为橡胶# 金属的复合结构， 橡胶起粘接、 减震、 缓冲等作用。 减 震制品在运行中， 橡胶#金属的结合部位同时受到扭 转力、 剪切力、 压力等不同力的反复作用， 这样导致 橡胶 # 金属结合部位往往出现粘合不牢、 滑移、 甚至 撕裂的现象发生。因此金属与弹性体聚合物材料的 粘接成为该领域研究的热门课题。由于金属与弹性 体聚合物材料特别是非极性的橡胶材料的表面浸润 性和表面自由能相差很大而难于粘结牢固，因此金 属的表面处理就成了影响粘接性能好坏的关键。 金属的表面处理方法大致可以分为机械法和化 学法两大类。 机械法最常用的是喷砂 （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（抛 丸） 处理。该方法具有以下特点： !金属表面的污垢 和氧化膜能有效的清除干净； "工艺简单； #生产效 率高； 此法一般包括 $橡胶与金属间的粘合性能好。 脱脂、 喷砂 （抛丸） 、 清洗三个步骤。最近开发的湿法 喷砂把脱脂与喷砂融为一道工序，可以获得稳定的 高质量。 其原理是把水和研磨材料一起混合， 利用压 缩空气带来的冲击力， 超高速喷于金属表面， 使表面 加工和去脂同时进行。 化学法包括金属的表面氧化、 磷化等处理方法， 目前使用比较多的是磷化处理。 经 磷化处理的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。 橡胶与金属能否牢固地粘合，金属件的表面处 理一直是获得有效粘合的减震制品的关键。只有金 属件处理恰当，才能生产出优良的橡胶# 金属复合 制品。本文结合目前公司的主要产品和金属件处理 工艺， 通过一系列实验， 针对其中一些工艺要点， 探 讨了金属件表面处理工序对橡胶 # 金属粘合的各种 影响因素。
!"实验材料及仪器 !实验材料
钢丸，青岛百利达钢丸有限公司生产，硬度为 金 属 为 -, 钢 ， 粒 径 ")(*.//； 脱脂 $%& ’()’*+"),；
・ ・ !2
中国橡胶
!"#$% &’(()&
第 !" 卷
第 !" 期
确认脱脂干净后， 金属件需经干燥。 ,//-） 脱脂剂的选择。脱脂剂的分子结构里必须有较 强的亲水和憎水基团，以利于有效插入金属 & 油脂 结合层， 将油脂从金属表面分离出来。对于脱脂效 果而言， 高 67值和较高温度可以有效增强脱脂剂的 活性。脱脂液的 67值通常需在 ,# 以上， 这主要通过 调整脱脂剂的浓度来实现， 过低的 67 值也意味着脱 脂剂的浓度过低， 这将直接影响脱脂效果。脱脂温 度选择在 3"8-"%，这样既可实现较高温度的脱脂， 又可避免过高的温度造成脱脂液沸腾。同时， 脱脂 液也必须是较好的缓冲液，在连续的生产过程中， 维持脱脂效果。我们选 能够不断的分离出97 离子， 用 的 脱 脂 剂 为 :7;)<=>> 公 司 的 :+?@ABA5@ C 脱脂效果能够很好的完成生产要求。但其碱 #$,)， 性很强， 容易对设备产生腐蚀作用， 在生产过程中 需要特别注意设备的维护。
抛丸时间对金属表面特征的影响
#
有块状锈迹
(45
!$
胶能更坚固吸附在金属件上。涂刷完第二层底胶 后，应将金属件放入干燥箱干燥或原地静置干燥。 底胶的干燥非常关键， 底胶干燥不彻底， 面胶将融 由于面胶与金 入底胶内， 渗透至金属 & 底胶结合处， 属的粘合性较差， 极易导致多处粘合不牢。 底胶 & 底胶 & 面胶三涂体系在胶 & 铁的 表 # 表明，
&
用吸尘机吸掉金属灰。在实际生产中， 此工序往往 积压大量抛丸后的金属件， 未能及时进入涂胶工序。 在这个过程中， 决定一个适宜的停放时间是必要的。 停放时间对金属表面色泽及特征的影响见表!。
表!
天气 湿度 ’1 雨天 晴天
停放时间对金属表面色泽及特征的影响
停放时间 ’ (45
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银白 银白
!"
银白 银白
"金 属 件 表 面 进 行 镀 锌 工 艺 也 可 使 拉 断 强 度
基本不变， 但可减少工艺过程。!
生 产 高 硬 度 !"#$ 胶 的 新 方 法
现在盛行用高硬度橡胶材料代替某些热塑性塑 料和金属， 尤其是生产挤出型材时， 人们希望用高硬 度;’<&胶代替赋予制品刚性的金属或热塑性塑料的 嵌件， 由于;’<&胶料不但能够与软胶料共压出， 还能 够与软胶料均匀硫化， 而且所得制品能够在广阔的温 度范围内提供隔振、 吸收噪声、 密封、 低变形的性能， 所以生产高硬度;’<&胶成了人们关注的问题。 要 获 得 高 硬 度 ;’<& 胶 ， 一 般 首 选 =4);’<& （高结晶性;’<&） 作原材料。但是， 对于乙烯含量在 使用常规的橡胶加工设备很 12/以上的;’<&而言， 难完成加工。 换句话说， 针对乙烯含量在12/ 以上的 胶， （即 D4);’<& ） 并 =4);’<& 与普通品级的 ;’<& 用不失为最佳的配方设计方法。其原理是， =4) 而且达到共硫化。 ;’<&在D4);’<&中形成连续相， 硫化胶的硬度和刚性度由=4);’<& 组分赋予， 理想 如 的低温性能和压缩变形则由D4);’<& 组分给出。 果需要进一步提高硬度， 可考虑添加 =D)DEF 、 液态 选择添加可交联树脂的好处是可以提 EF或’G树脂。 高配方的实用性和加工适应性，并使产品硬度更 高。试验表明， 只要采取 D4);’<& $ =4);’<& 的方 法， 各项性能可达到优良平衡， 具体表现在： （* ） 填 料分散好， 缩短混炼时间； （! ） 方便开炼机加工； （- ） 硫化胶在广阔的温度范围内保持刚性度 （硬度和模 压缩变形小； （2 ） 低温性能好； （. ） 胶 量变化小） ； （# ） 料粘度低。 （邓海燕）
表#
涂胶体系 一层面胶
金属件 脱脂 抛丸 未镀锌 有 有
胶 ) 铁分离类型 度 （&’( ） 底胶 ) 面胶双涂体系 0,+* 胶 ) 胶 +0/ 胶)铁
涂胶体系
金属件面胶涂一层与涂两层的比较
面胶厚度 $ !% 拉断强度 $ &’( 胶 ) 铁分离类型 镀锌 无 无 底胶 ) 面胶双涂体系
!/ ++/ */
$金 属 表 面 的 处 理 效 果 先 随 抛 丸 时 间 的 增 加
而增加， 后有下降趋势； 经处理后的金属表面停留 时间对表面特征也有影响，研究表明停留时间在 ! 小时左右较为合适。
%涂 胶 工 艺 对 金 属 件 的 拉 断 性 能 也 有 较 大 的
影响，研究表明采用底 胶 ) 底 胶 ) 面 胶 三 涂 体 系 在 而且涂 胶 ) 铁的结合效果比底胶 ) 面胶双涂体系好， 两层面胶的拉断强度更大。
表,
抛丸时间 表面特征
#涂胶工艺对金属件拉断性能的影响
在涂胶工艺中， 一般采用喷涂法或刷涂法。喷 涂法一般适用于大型金属件，且溶剂挥发较大， 对 工人的技术要求较高。刷涂法要使用质量较好的毛 刷， 可解决毛刷掉毛而产生的粘合不牢的问题。在 涂胶过程中， 对普通要求的金属件， 采用底胶 & 面胶 双涂体系，而胶粘剂品种的选用因生胶品种而异。 对有严格要求的金属件， 则必须采用底胶 & 底胶 & 面 胶三涂体系， 第一层底胶用 ,D2 （ 质量比） 稀释底胶涂 刷， 其目的在于对除灰工序中尚未清除的灰起一个 清扫、 包容的作用， 同时对金属件起着湿润作用。在 第一层底胶涂刷完毕后， 立即涂第二层底胶， 使底
表#
2
均匀无锈
,$
均匀无锈 坑 洼 不 平 ， 有可见明显 裂纹
抛丸时间对金属表面处理的质量 从表,可看出， 有极大影响。 在金属件表面的锈刚好除掉， 而又不过 多损伤金属件表面的情况下，一般的板材件的抛丸 时间为28,$分钟， 若有部分金属件仍有大面积锈迹， 应单独将此金属件抛丸2"8,""秒；对于表面锈蚀特 别厉害的， 应该事先进行一次化学除锈处理。 抛丸后的金属件， 经过校正、 除灰工序后， 应该 尽早进入涂胶工序。对大型金属件采用抽风机进行 除灰 （金属尘、 金属屑） ， 而对于不规则金属件， 则采
#"实验工艺
领 用 金 属 件—脱 脂 —干 燥 —抛 丸—校 正 、 除 灰—涂底胶—涂底胶—干燥—涂面胶—干燥—包装
$"结果与讨论 !脱脂过程与脱脂剂的选择
金属件在加工、 贮存过程中， 往往在表面履盖着 一层厚厚的油脂。 油脂附于金属件表面， 由于极性不 同，起着金属 # 胶粘剂之间隔离剂的作用，造成橡 胶 # 金属在硫化过程中粘合不牢，因此所有的金属 件必须进行脱脂处理。 对于一些结构简单的板材件， 采用普通的旋转喷射式脱脂机即可有效脱除油脂。 但对于一些结构比较复杂的部件，可使用超声波脱 脂机， 利用超声波的 “空 化 ” 原理， 配合脱脂剂的作 用， 使金属件表面的油脂能迅速除去。 该设备克服了 使用旋转喷射式脱脂机存在的喷射力不足、对不规 则金属件存在脱脂死角的问题。由于金属件脱脂彻 底， 将为下一步改善磷化和抛丸效果创造条件。 金属 件脱脂后， 必须用大量清水冲洗， 我们推荐使用高压 水枪， 通过高压水的冲射， 可使金属件表面残余的油 脂与脱脂剂完全冲洗掉。检验 （采用->21 I!!#(+
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第 !" 期
科技资讯 ・ 工艺装备 后的金属件拉断性能比较见表2。
表2 镀锌后的金属件拉断性能的比较
拉断强
・ ・ !1
结合效果比底胶)面胶双涂体系为好。 与此同时，还探讨了不同面胶厚度对金属件拉 断强度的影响。 即金属件底胶只涂一层的情况下， 面 胶涂一层与涂两层的比较见表# 。
# 选 用 脱 脂 剂 4(5678796 : -2*& 及 合 理 的 脱
脂过程能起到良好的效果；
"镀锌对金属件拉断性能的影响
事实上， 在金属件前处理工序中， 无论是脱脂工 序还是抛丸工序，都无法百分之百保证金属件完全 脱油脂干净和除锈干净，并且还有可能带来金属件 抛丸过度而造成的裂纹。对于一些比较薄的金属件 来说， 抛丸后的变形也很严重。针对上述困难， 作者 对一些小、 薄的板件、 管类件采用了镀锌， 这样即保 证了金属件表面干净清洁，最终产品的外观也很好 （此价格可能 看。每公斤钢铁的镀锌价格为*,23! 元 因地区不同而有差异） ，在批量比较大的情况下， 镀 锌对产品成本的增加并不多， 还是可以接受的。 镀锌
!$%的条件下底胶& 面胶双涂体系
底胶厚 度 ’ !( 面胶厚 度 ’ !( 拉断强 度 ’ )*+ 胶 & 铁分 离类型 胶 & 胶 /01 胶 & 铁 21 胶 & 胶 /31 胶 & 铁 #1
与底胶 & 底胶 & 面胶三涂体系的比较
涂胶体系 底胶 & 面胶双涂体系 底 胶&底 胶&面 胶 三 涂 体系
#实验表征
按->21 C’!D .DDE 标准进行测试粘接性能。
$实验粘接用配方
硫 黄 !)! 份 ； 促 进 剂 C1 ")( 份 ； ,F 烟胶 ."" 份； 促进剂 &G ")H 份； 促进剂 212C ")! 份； 氧化锌 + 份； 防 老 剂- .份 ； 防 老 剂C .份 ； 古马龙 硬 脂 酸 .份 ； 高耐磨炭黑 ’" 份。 .)+份；
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胶)胶 胶)铁
Leabharlann Baidu*! *0
+,"+,#-
胶 ) 胶 +./ 胶 ) 铁 #/ 胶 ) 胶 +1/ 胶 ) 铁 -/
两层面胶
从表 2 可以看出，镀锌比未镀锌对金属件的拉 断强度基本没有改变。
!"结论
金属件面胶涂两层比涂一层稍好。原 表#表明， 因是在涂两层面胶的情况下，胶浆厚度的均匀性比 涂一层面胶好。 对金属件表面处理的工艺参数进行详细的探 讨得出如下结论：
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银白 银白
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银白 银白
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轻微 锈蚀 银白
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#2"
-3 3"
轻微 少量黄色 锈蚀 锈蚀 银白 轻微锈蚀
表 ! 表明，对金属件表面抛丸后两小时以内进 行涂胶工艺较为理想，因为从表 ! 可看出停留时间 长于两小时后金属表面将又被部分锈蚀。经过抛丸 金属表面的活化能比较高、 活性较大， 在空气中由 于氧气、 水汽的存在， 含铁金属的表面容易氧化而 导致锈蚀现象发生。因此涂胶工艺应在金属表面被 氧化之前进行。