膠粘劑涂層厚度對金屬和橡膠黏結強度的影響分析

包英俊 陳衛華

摘 要 換能器器件中起支撐、密封保護作用的金屬與非金屬之間基本上是通過膠粘劑進行連接的，因此換能器器件膠粘劑的涂覆顯得尤為重要。涂覆質量直接影響器件間的粘接強度，進而影響換能器的最終性能以及使用壽命。本文主要就金屬膠粘劑不同的涂覆厚度，對金屬材料和橡膠材料粘接強度的影響進行了敘述和研究。

關鍵詞 黏結劑涂覆厚度;金屬膠粘劑;黏結強度

前言

換能器器件中起支撐、密封保護作用的金屬與非金屬之間基本上是通過膠粘劑進行連接的，即使有些換能器設計時會有預應力螺桿或是預應力鋼絲等，但在器件的接合面處還是要通過膠層進行過渡，因此換能器器件涂覆工序顯得尤為重要。涂覆質量直接影響器件間的粘接強度，進而影響換能器的最終性能以及使用壽命。

金屬膠粘劑已廣泛應用于換能器生產裝配中，其主要作用于金屬材料和橡膠材料之間的粘接。在換能器的生產過程中，金屬黏結劑的粘接效果直接影響換能器的質量;而金屬膠粘劑的粘接效果，取決于黏結劑的涂覆厚度，黏結劑的配比以及金屬表面的處理等相關因素[1]。研究發現，黏結劑的涂覆厚度是影響換能器粘接效果的主要因素，因此黏結劑的涂覆厚度直接決定了換能器的質量和性能。本文主要就金屬膠粘劑的涂覆厚度，對金屬材料和橡膠材料粘接強度的影響進行了敘述和研究。

1關于試驗內容以及基本方法

1.1 關于試樣的制備

本文主要選用金屬膠粘劑進行金屬試片與橡膠的黏合，通過在金屬試片的表面涂覆不同厚度的金屬膠粘劑，再分別進行硫化，最后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。

1.2 關于金屬表面的處理

本文使用的試片均采用汽油除油污以及噴砂粗化處理，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[2]。處理完成的試片，利用自動涂覆機進行金屬膠粘劑涂覆，涂覆厚度（濕膜厚度）根據實驗要求，分為多個批次。噴砂處理完的試片需在8小時內完成金屬膠粘劑的涂覆，涂覆完成后，將試片暫時存放于電子干燥柜，防止試片表面被污染，影響實驗數據。另外，涂層在固化和冷卻過程中會有一定量的收縮，從而可能引起基材邊緣位置涂層的脫落。因此，在噴涂前對金屬表面進行一定的修整，可保證涂層脆弱帶不至于因收縮而脫落。

1.3 關于基本試驗方法的研究

對于試片表面的膠層厚度，測量生產中工件的涂層厚度，約在70μm—175μm之間;故用自動涂覆機涂覆，保證厚度分別為75μm、100μm、125μm、150μm和175μm。對于試樣的剝離強度，統一采用TC4金屬試片（規格：長200mm，寬25mm，厚1.5mm）和橡膠硫化粘接，通過拉力試驗機對其進行拉伸，以測量其剝離強度。

本次試驗采用單因素對比法，除TC4表面的金屬膠粘劑厚度不同，其他的試驗操作仍嚴格按照現有的工藝要求進行。具體試驗流程如圖1所示：

試驗通過噴砂化處理進行TC4試片表面預處理。處理完成后，參照標準GB8923-88《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》[3]，進行處理后清潔程度的初步判斷。

TC4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;隨后在自動涂覆機內按工藝要求均勻涂覆金屬膠粘劑、晾干;根據不同的涂覆厚度，將試片分為A、B、C、D、E五組。A組對應75μm的試片，B組對應100μm的試片，C組對應125μm的試片，D組對應150μm的試片，E組對應175μm的試片。

試片涂覆完成后，煉制硫化橡膠，并在試片的模具內部進行填膠，將模具水平放入硫化機，以140℃的溫度和6MPa的壓力硫化35分鐘，取出硫化試片待用。將試片在常溫環境中放置24小時，試片如圖2所示。

根據GB/T 15254-2014《硫化橡膠與金屬粘接180°剝離試驗》，測量各試片的剝離強度。

2關于一些實驗結果的探究

2.1 硫化橡膠與TC4試片粘接180°剝離試驗數據整理

試片完成后，在常溫下存放24小時，根據不同的膠層厚度分為A、B、C、D、E五個試驗組，每個試驗組制作5片試樣，逐一對試樣進行180°剝離試驗。據實記錄每一片試樣的最大剝離強度、最小剝離強度和平均剝離強度。

考慮到單片試驗數據的局限性，為減少試驗誤差，對試驗數據進行整理，算出全組5片試樣的最大剝離強度、最小剝離強度和平均剝離強度，并以每組全部試樣的平均剝離強度作為五個試驗組的對比數據。試驗數據具體如下：

2.2 金屬膠層厚度對于粘接強度的影響

整理A、B、C、D、E五組180°剝離試驗的數據，分別算出每組全部試樣的平均剝離強度，以該數據作為各組剝離強度的真實值。通過對比各組平均剝離強度，闡明金屬膠粘劑膠層厚度對黏結強度的影響，具體關系如下圖所示：

觀察上圖可知，金屬膠粘劑膠層厚度（濕膜）在100μm的時候，TC4與硫化橡膠的粘接強度最高，可達到14.28KN/m， 在膠層厚度為175μm的時候，粘接強度最低，只有10.92KN/m。理論上，在金屬膠粘劑均勻且不漏涂的情況下，膠層厚度越薄，粘接強度越強。但通過試驗可以發現，膠層厚度在75μm的時候，粘接強度只有12.4KN/m，反而不如膠層厚度為100μm試樣的粘接強度。究其原因，金屬試片表面并非絕對的平整，膠粘劑的涂覆也做不到絕對的均勻，膠粘劑涂覆過薄，會導致金屬表面部分區域膠粘劑不夠，影響整體的粘接強度。

3結束語

通過上文的試驗可以發現，金屬膠粘劑理論的最佳值，可以作為換能器生產裝配的參考，但不能作為換能器生產的全部依據;金屬試片的尺寸誤差、金屬表面的處理、硫化橡膠的均勻性等因素均會使得實際參數偏離理論值。經過本次的分組試驗，將以前未明確的工藝技術參數進行了量化，為后續換能器的生產裝配提供了設計依據。

故在換能器實際生產裝配中，金屬膠粘劑的涂覆厚度宜控制在100μm左右，在提升換能器粘接強度的同時，也進一步保障了換能器的壽命和性能。

參考文獻

[1] 丁晨，梁繼才，尹艷寧，等.增強橡膠與金屬材料粘接的表面技術[J].合成橡膠工業，2013（5）：405-410.

[2] 黃良平，唐先賀，譚亮紅.金屬表面處理工藝對橡膠與金屬黏合性能的影響[J].中國表面工程，2017（1）：36-39.

[3] 國家技術監督局.涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級：GB8923-88 [S].北京：中國標準化出版社，1988.