表面粗糙度對厭氧平面密封膠初固時間和粘接強度的影響

楊曉娜

（北京天山新材料技術有限公司，北京 100041）

厭氧平面密封膠主要應用在平面法蘭密封、泵類、變速箱體、機體端蓋和車橋等零件接合面，諸如發動機油底殼的密封、缸體的密封和變速箱的平面密封等。厭氧膠可以100%填滿平面間隙，同時具有強度較高、密封能力較強、耐油、抗振動以及老化性能較好等特點，是目前汽車行業應用較為廣泛的產品[1～4]。

厭氧膠的性能受諸多因素影響，粘接的表面粗糙度（Ra）是其中一個因素。Ra不同，造成厭氧膠的固化速度和強度存在差異，若Ra太大會造成厭氧膠在表面不固化，對粘接強度造成嚴重影響。Ra對厭氧膠性能的影響至今還沒有確切的結論，因此有必要對2者的關系進行深入的研究。

有鑒于此，研究不同Ra對厭氧膠固化速度和強度的影響顯得尤為重要，這是獲得量化而又直觀的邏輯關系較為主要的手段。通過研究這些數據，可以得出Ra對厭氧膠初固時間和粘接強度的影響規律，進而可以指導客戶選擇合適的產品。

Ra為加工表面具有較小間距和微小峰谷的不平度。其2波峰或2波谷之間的距離（波距）較小（為1 mm以下），其屬于微觀幾何形狀誤差。Ra越小，則表面越光滑。

Ra一般是由所采用的加工方法和另外一些因素所形成的，例如加工過程中刀具與零件表面間的摩擦、切屑分離時表面層金屬的塑性變形以及工藝系統中的高頻振動等。根據行業內的測試依據，Ra可以采用輪廓算術平均偏差來表示。Ra可以分為以下等級（如表1所示）。

表1 Ra等級表Tab.1 Ra level table

1 實驗部分

1.1 主要材料

厭氧平面密封膠：可賽新?1510（1510）、可賽新?1 5 1 5（1 5 1 5）、可賽新?151 8（1518），北京天山新材料技術有限公司。

1.2 材料制備

實驗選取6個等級的Ra來做測試，分別是0.4、0.8、1.6、3.2、6.3和12.5，這6個 等級的粗糙度基本能涵蓋厭氧膠在實際工況中使用的加工面情況。選取了具有代表性的1510、1515和1518這3個產品進行測試。通過對3個產品在不同粗糙度上的初固時間和剪切強度進行測試，從而得出Ra對厭氧膠性能的影響規律。由于Ra為12.5等級的粗糙面實際加工起來比較麻煩，因此，實際得到的相對最大粗糙度為Ra=8，后續實驗研究的相對最大粗糙度等級就取到Ra=8。

測試試件取碳鋼本色剪切片，試片規格為100 mm×25 mm，試片厚度為（1.6±0.1）mm，粘接寬度為（12.5±0.25）mm。

1.3 儀器與設備

粗糙度測試儀，TR200型，上海凌儀有限公司：萬能拉力試驗機，美國INSTRON。

1.4 性能測試

（1）初固時間（即膠粘劑在2個粘接面之間剛開始固化的時間）：采用懸臂扭剪法[5]進行測試[目前對于厭氧膠的初固時間沒有明確的定義，只是一個定性的概念，但是在實際應用中此項指標還至關重要。因此，根據實際應用中的經驗，摸索了一種既方便實驗室測試的同時又對客戶有指導意義的方法，其測試示意圖如圖1所示。原理是將一對試驗片（粘接面處夾一個書頁夾）垂直放入檢測工具槽內，懸出87.5 mm（即粘接面一邊緣線）,將定量的砝碼懸掛在懸出的試片上，取下書頁夾同時計時，5 s內粘接試片如發生位移、開裂，或懸掛試片落下則需要將下組試片順延1 min后重復上述實驗，直至懸掛試片不發生位移、不開裂、不掉落則認為此時粘接時間為初固時間]。

（2）剪切強度：按照GB/T 7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強度的測定（剛性材料對剛性材料）》標準，采用萬能拉力試驗機進行測試（選取以上6個等級的Ra測試3個產品的強度，同時還測試了在不同時間下的強度，得出不同Ra在不同時間下的強度曲線）。

圖1 測試示意圖Fig.1 Test schematic

2 結果與分析

2.1 初固時間測試結果

初固時間測試結果如表2所示。由表2可知：初固時間隨Ra的增加而增大，當Ra≤6.3時，初固時間雖然也是增大的趨勢，但變化幅度不大；當Ra＞6.3時，初固時間突然變得較慢，出現突變，因此此時測試初固時間意義不大。究其原因，主要是由于Ra越大，表面微孔深度越大，膠液滲透不入微孔中，導致微孔中存有氧氣，形成了“氧阻聚”現象，故而初固時間變慢。

表2 初固時間測試結果Tab.2 Test results of initial fixing time

2.2 剪切強度測試結果

剪切強度的測試數據如圖2、圖3所示。

圖2 1510、1515和1518的強度曲線Fig.2 Strength curves of sealants of 1510，1515 and 1518

圖3 1510、1515和1518最高強度變化趨勢Fig.3 Strength change trend for sealants of 1510，1515 and 1518

由圖2、圖3可知：強度隨時間的延長呈現增長態勢，這是總的規律。24 h強度隨著Ra的增大呈現先升后降的趨勢，3種產品的相對最高強度出現在Ra=3.2處。

究其原因，除了微孔的存在會導致“氧阻聚”現象外，隨著Ra的增大，粘接面表面出現凹凸不平的現象，膠層隨即出現均勻性差異，導致膠層固化缺陷較多，應力集中點增多，因此造成最終強度出現下降趨勢。

對于上述3種膠，Ra都會對其性能產生一定的影響，總體規律一致，即Ra越大，初固時間越慢，強度也會降低，而強度隨Ra的增大會出現一個相對最大值。

3 結論

Ra是影響厭氧膠性能的一個比較重要的因素，零件由于機加工的影響，Ra的存在又是不可避免的。因此，要選擇一個合理的范圍，既能輕松的實現加工，又能達到厭氧膠的較佳粘接強度。通過本次實驗，可以得出以下結論。

（1）Ra不是越大或者越小越好，隨著Ra的增大，初固時間變慢，當超過6.3時會出現拐點。

（2）剪切強度隨著Ra的增大呈現先升后降的趨勢，強度相對最高點出現在Ra=3.2左右。

（3）鑒于機械加工時存在的誤差，推薦Ra范圍為0.8～6.3，1.6～3.2為相對最佳范圍。

參考文獻

[1]Girard S H.Machinery adhesive for locking,retaining and sealing[M].New York:Marcel Dekker,INC,1986.

[2]王孟鐘,黃應昌.膠粘劑應用手冊[M].北京:化學工業出版社,1987.

[3]吳民達.機械產品膠接密封技術實用手冊[M].沈陽:遼寧科學技術出版社,1995．

[4]張振英,張玉龍,李長德,等.厭氧膠黏劑[M].北京:化學工業出版社,2003,5.

[5]胡東昇,尹玉生,楊曉娜.一種厭氧膠初固時間的檢測方法[J],粘接,2017,38(7):55-57.