金屬表面預處理質量對環氧樹脂粘結強度的影響

包英俊

摘要：表面涂層技術廣泛應用于防污、防腐、耐磨、耐高溫、絕緣等，涂層與基體的結合強度對涂層的防護性能起著至關重要的作用。本文主要就表面處理方法對于金屬表面的形態有哪些改變以及金屬表面預處理對環氧樹脂粘結劑粘結強度的影響進行了敘述以及研究。

關鍵詞：金屬表面預處理;環氧樹脂粘結劑;粘結強度

環氧樹脂粘結劑已廣泛的應用于實際生產中，主要用于各種金屬材料和非金屬材料之間的粘接。研究發現，金屬表面預處理質量是影響涂層壽命的主要因素，因此金屬表面預處理的質量直接決定了涂層的壽命及特性，通過對金屬表面進行不同方式的預處理可以有效改善涂層的壽命。[1]現階段主要的金屬表面預處理方式有砂紙打磨、酸洗化處理及噴砂處理。本文主要就表面處理方法對于金屬表面的形態有哪些改變以及金屬表面預處理對環氧樹脂粘結劑的粘結強度的影響進行了敘述以及研究。

1 關于試驗內容以及基本方法

本文主要選用環氧樹脂的粘結劑進行粘合，通過表面不同的預處理技術進行拉伸涂裝，依據國家基本方法進行拉伸試樣，使得試樣在室溫條件下能夠持續幾天，以此為基礎做好試樣制備工作。

1.1 關于金屬表面的處理

本文使用的主要處理的方法有進行砂紙打磨、噴砂處理以及酸洗化處理。砂紙打磨是利用摩擦引起金屬表面的塑性變形，使得金屬表面溫度升高，同時讓金屬表面向金屬主體方向上的硬度產生連續變化，形成變性層，從而提高金屬的表面性能。噴砂是利用一些非常快速度的砂流，可以去除工件表面的一些銹蝕以及一些其他的污物，通過沙粒的撞擊、切削作用使金屬表面粗化、凈化。酸洗化處理即利用酸溶液去除金屬表面上的氧化皮和銹蝕物，其通過化學反應，將金屬表面的氧化物溶解，從而達到潔凈金屬表面的效果。

1.2 關于基本實驗方法的研究

本次試驗采用單因素對比法，除45#鋼的表面處理方法不同，其他的試驗操作仍嚴格按照現有的工藝要求進行。試驗通過600目砂紙打磨、噴砂處理和酸洗化處理進行45#鋼試片表面預處理。45#鋼試片預處理完成后用干凈的酒精綢布反復擦洗，洗凈后自然晾干;隨后在通風柜內按工藝要求均勻涂覆環氧樹脂膠、晾干;現配聚氨酯膠，在試片模具內進行灌注，將模具水平放入烘箱固化24小時，取出模具至自然冷卻。完成上述操作后，取出試片并進行編號，表面預處理用600目砂紙打磨的試片編號為1，表面預處理用噴砂的試片編號為2，表面預處理用酸洗的試片編號為3;將試片在常溫環境中放置7天，試片如下圖所示。

粘接固化后的試片圖

根據GB/T 15254-2014標準進行試片-聚氨酯膠剝離試驗，測量各拉伸剪度。

2 關于一些實驗結果的探究

2.1 關于砂紙的打磨對于粘結劑強度的關系

不同的砂紙進行打磨，最后會出現不同的結果，因為金屬表面會得到不同的修整。粘結劑也會導致金屬的界面出現不同程度的變化。對于金屬表面的粗糙度來說，由于粘結試片的膠層太薄，使得環氧樹脂的粘結劑的拉伸剪度會與其厚度成反比，因為粘結劑的結合度比較高，所以金屬界面的結合強度也會出現不同的程度的提升或者改變。[2]一些拉剪試樣進行打磨之后，會破壞界面，因此用砂紙進行打磨之后，應該減少造成界面破壞以及膠黏劑內部構成的混合破壞。

2.2 噴砂對于粘結劑粘結強度的影響

研究表明，噴砂處理可以顯著提高涂層和膠粘劑等與基材的結合強度。[3]但噴砂處理技術也存在一定的問題，噴砂過程中沙粒易留在基體表面，從而對涂層與基材的結合力帶來不利影響。在一定范圍內提高壓力及粒徑可以增大基材表面粗糙度，從而提高涂層的附著力，但這會增加沙粒的殘留量，因而要選擇合適的壓力和粒徑。噴砂角度對基材表面粗糙度和噴砂殘留也有很大的影響，需設定合適的范圍。[4]

2.3 對于酸洗處理之后的粘結劑對粘結強度的影響

酸洗處理之后，金屬表面的氧化皮被去除。對于粘結劑來說，因為粘結劑的浸潤使得酸洗之后的表面會有比較多的微孔，因此應該就粘結劑和金屬基體的粘結程度進行觀察，相關研究指出，無鉻鈍化技術獲得的鈍化膜性能要稍遜于鉻酸鹽鈍化技術的，且成本較高。[4]將多種無鉻鈍化液按一定比例進行復配，依靠其協同作用可獲得與鉻酸鹽鈍化性能相近的鈍化膜，顯示出廣闊的應用前景，但尚需進行更為深入的機理及配方研究。

3 結語

經過上述試驗，物理法處理的金屬表面，其粗糙度要明顯大于化學法處理的金屬表面，但表面粗糙度大，并不代表粘接效果好。如酸洗處理后的金屬表面粗糙度遠小于600目砂紙打磨的金屬表面粗糙度，但其剪切強度卻比砂紙打磨的要高。就噴砂和酸洗為例，該兩種處理方法的剪切強度最強，粘接效果最好。實際應用中，酸洗的效率雖然更高，但考慮到酸液的儲存、運輸、使用以及后期的廢液處理問題，在職業健康及環保問題日益重視的當今社會，顯然并不適用。而噴砂處理，不僅有較高的效率，在配套除塵設施及降噪設施后，職業健康及環保問題均可避免，故噴砂處理更適用于實際生產。

參考文獻：

[1]邊潔.表面預處理工藝對橡膠與技術粘合性能的影響.特種橡膠制品，2018.3.2.

[2]管從勝.磷化處理在復合涂層中的應用研究[J].腐蝕科學與加護技術，2017.2.3.

[3]劉志文.表面處理對環氧粘結涂層剪貼強度的影響.中國技術，2017.5.6.

[4]黃良平.金屬表面處理工藝對橡膠與金屬粘合性能的影響.中國表面工程，2017.7.8.