橡膠因其優秀的減震性能，且能夠在壓縮、剪切、拉伸各個方向上產生不同的彈性系數，并能夠通過選擇橡膠的外形尺寸，使得各方向的彈性系數達到設計要求的數值，所以在汽車減震方面所占比例越來越大。但金屬與橡膠為兩種不同性質的材料，表面結構及力學性能有著本質的區別，因此如何保證兩者間優良的粘接效果，是實際生產中應注意的重點、難點。本文結合實際生產經驗通過金屬表面處理、噴涂工藝等方面分析了底膠粘接失效的原因并給出了相應的解決對策。
1 粘接機理概述
橡膠-金屬的粘合過程為在加溫、加壓狀態下以膠粘劑為中間體實現金屬與橡膠之間的有效粘接。對于橡膠與金屬的粘合，其解釋理論有熱力學理論、吸附理論、擴散理論、靜電理論、界面化學理論等。目前普遍認為的觀點是，粘合過程一般分為兩個階段：第一階段是粘合物（即橡膠）流動、擴散、浸潤于金屬表面；第二階段是橡膠與金屬表面發生硫化反應及其他化學反應，通過各種化學鍵及界面力的作用，使得橡膠與金屬粘合成一體。圖1為雙涂層膠粘劑的粘接機理，本文將對雙涂層膠粘劑中底膠粘接失效的原因進行分析并給出相應對策。
2 金屬-橡膠熱硫化粘接的生產工藝
常用的金屬-橡膠雙涂層膠粘劑熱硫化粘接處理工藝如下：金屬清洗→拋丸（噴砂）→磷化→噴涂底涂膠粘劑→干燥→噴涂面涂膠粘劑→干燥→硫化→檢驗→入庫。硫化型膠粘劑主要包括酚醛樹脂、多異氰酸酯和鹵化聚合物三大類，目前常用的有美國的Chemlok（開姆洛克）系列、Thixon（羅門哈斯）系列，德國的Chemosil（漢高）系列、Megum（麥固姆）系列等。
3 粘接失效模式定義
ASTM國際標準針對膠粘劑粘接的破壞類型給出了明確的描述，涵蓋了近80%的粘接破壞情形。ASTM 4種基本破壞標示的定義為：（1）RC破壞：發生在橡膠和粘接劑（主要是面膠）之間的破壞；（2）CM破壞：發生在金屬和底膠之間的破壞；（3）CP破壞：發生在面膠和底膠之間的破壞；（4）R破壞：橡膠破壞。
4 CM型破壞原因分析及解決對策
4.1 金屬拋丸不徹底
4.1.1 原因分析。金屬表面進行拋丸處理目的主要有兩個：其一為去除金屬表面的氧化皮及銹跡，使金屬露出新鮮表面，以便于與膠粘劑進行粘接；其二為增加金屬表面的粗糙度，增加金屬與膠粘劑的浸潤接觸面積，以增強金屬與膠粘劑的粘接力。因此若金屬拋丸不徹底，則會導致金屬表面存在銹蝕或粗糙度不夠，使金屬與膠粘劑粘接力小，從而導致粘接失效。
4.1.2 相應對策。根據金屬的材質、結構、大小等選取合適的拋丸處理工藝，薄型金屬骨架且表面銹跡較少者可以選擇粒徑較小的鋼丸或相對較短的拋丸時間；厚型金屬骨架或表面銹跡較重的金屬可以選擇粒徑較大的鋼丸或相對較長的拋丸時間。但無論采用何種工藝，都應保證能完全去除金屬表面的銹蝕、使金屬表面有足夠的粗糙度，且又不過多地損傷金屬。通過對比，拋丸處理時0.6~1mm之間的鋼丸粒徑處理效率最佳，一般的板材件的拋丸時間為6~15分鐘，若有部分金屬件仍有大面積銹跡，應單獨將此金屬件拋丸60~100秒；對于表面銹蝕特別厲害的，應該事先進行一次化學除銹處理。
4.2 磷化層失效
4.2.1 原因分析。磷化是指金屬工件經過含有磷酸二氫鹽的酸性溶液處理后，發生化學反應而在其表面生成一層穩定的不溶性磷酸鹽膜層的方法，所生成的膜稱為磷化膜。磷化膜起到防銹、增加橡膠-金屬粘接力的作用，正常的磷化膜應顏色均一且致密均勻，當磷化膜表面發藍或發黃時，表明磷化膜成膜效果差，造成磷化膜與金屬、膠粘劑的結合力差，從而導致金屬粘接力差。
4.2.2 解決對策。當出現磷化膜發黃或發藍時，表明磷化液的全酸度、游離酸度、促進劑濃度以及磷化溫度等工藝參數出現異常，此時應對參數進行重新檢測并進行調整。由于磷化液在生產中屬于消耗品，因此磷化液中的全酸度、游離酸度、促進劑濃度等化學參數是隨時變化的，應結合實際生產的產量制定檢測頻次，一般制定為1次/1小時或1次/2小時。
4.3 膠粘劑干膜厚度不合理
4.3.1 原因分析。膠粘劑厚度過薄，則單位面積內的有效粘接成分少，導致粘接強度低；膠粘劑厚度過厚，則容易產生氣泡、缺陷和早期斷裂，并且在受熱后膨脹應力大，容易導致接頭破壞，從而導致粘接失效。
4.3.2 解決對策。根據生產經驗制定合理的膠粘劑干膜厚度，我公司使用的膠粘劑為開姆洛克公司的CH205（底膠）及CH220（面膠），其中底膠干膜厚度為5~10μm,底膠+面膠干膜厚度為15~30μm.
4.4 膠粘劑干燥不徹底
4.4.1 原因分析。若底涂膠粘劑還未徹底干燥時即噴涂面涂膠粘劑，則造成底膠中的稀釋劑無法排出，稀釋劑還充斥在底膠中，導致底膠與金屬粘接力小，從而出現粘接不良的現象。
4.4.2 解決對策。設定合理的烘干溫度及時間，一般膠粘劑在室溫下應干燥30~60分鐘；70℃~80℃時干燥10~20分鐘。由于大部分膠粘劑體系的交聯劑活化溫度在125℃~140℃左右，因此烘干溫度不應超過110℃，溫度過高會導致膠粘劑提前反應，出現烘烤現象，導致產品粘接不良。
4.5 金屬表面污染
4.5.1 原因分析。（1）金屬拋丸后露出金屬原色，無防銹能力，若存放時間過長則會引起金屬返銹；（2）存放時表面再次被污染，如表面落上灰塵、油污等。
4.5.2 解決對策。（1）金屬拋丸后的停放時間應根據季節、廠房干濕度進行設定，一般濕度較大時停放時間不應超過2小時，濕度較小時不應超過8小時；（2）定期清洗周轉用的TP箱，保證其內部干燥、無油污，且TP箱應有密封防護措施。
5 結語
橡膠-金屬減震器因其出色的減震效果在汽車、飛機等行業運用越來越廣泛，生產橡膠-金屬減震器的企業也越來越多。本文根據實際生產中的經驗將底膠粘接失效的主要原因進行了總結，為其他相關企業的生產提供參考依據。
參考文獻
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