橡胶_金属硫化粘接失效原因分析及对策()
橡胶/金属硫化粘接失效原因分析及对策
橡胶, 对策, 金属, 硫化, 失效
橡胶与金属之间的粘接已有很久的历史，通常采用的直接粘接法、硬质橡胶法、
镀黄铜法和胶粘剂粘接法等，其中胶粘剂粘接法是目前应用最广和最有效的方法
之一。本文将从粘接原理和粘接工艺出发，分析可能引起橡胶/金属硫化粘接失
效的各种原因，并提出相应的解决措施。
1 粘接原理
橡胶与金属是在化学结构、物理和力学性能上存在着巨大差异的两种不同材料，
二者热硫化粘接用胶粘剂大多是由基米、固化剂及其他配合剂溶解、悬浮分散在
溶剂或聚合物乳液中开成的多相体系，因此橡胶和金属两者之间的热硫化粘接包
含了多个组分体系之间的相互作用，是涉及表面物理、表面化学、高分子化学、
无机化学、机械学、电学等多学科的复杂现象，影响因素错综复杂。对于橡胶/
金属的粘接机理，目前主要粘接理论有吸附理论、电磁理论、共交联理论等。而
对于橡胶/金属的热硫化粘接，采用单涂层胶粘剂和采用双涂层胶粘剂的粘接机
理分别如图1和图2所示，其中胶粘剂或底涂型胶粘剂与金属发生粘接主要是通
过胶粘剂浸润金属表面后渗入到金属表面的空隙和凹孔内，并排除界面上吸附的
空气，同金属表面充分接触，然后产生吸附作用和各种啮合形式的机械作用（有
的胶粘剂分子会与金属表面分子发生化学反应生成化学键），以产生足够的粘接
强度；胶粘剂与橡胶之间则通过分子或链段的相互扩散、渗透和共交联作用而实
现粘接；同时，胶粘剂和橡胶内部也各自发生一系列的物理化学反应，从而使橡
胶和金属形成一个牢固的连接体。
图1 单涂层橡胶/金属粘接原理示意图
图2 双涂层橡胶/金属粘接原理示意图
2 橡胶/金属热硫化粘接工艺
橡胶与金属热硫化粘接的典型工艺流程如下：
金属表面处理 → 涂胶粘剂 → 贴合混炼胶 → 加压加热硫化
硫化型胶粘剂主要包括酚醛树脂、多异氰酸酯和卤化聚合物三大类，目前常用的
有美国的Chemlok（开姆洛克）系列、Thixon（罗门哈斯）系列，德国的Chemsil
（汉高）系列、Megum（麦固姆）系列等。
3 橡胶/金属热硫化粘接的失效类型
橡胶/金属热硫化粘接常见的失效类型主要有以下六类，示意图见图1、图2。
（1）底涂型胶粘剂与金属间破坏（M-C型）；
（2）胶粘剂内部破坏（C型）；
（3）面涂型胶粘剂与底涂型胶粘剂之间破坏（C-C型）；
（4）橡胶与面涂型胶粘剂之间破坏（R-C型）；
（5）橡胶内部破坏（R型）；
（6）混合破坏，即以上2种或2种以上情
况同时出现。
4 失效原因分析及对策
4.1 底涂型胶粘剂与金属间破坏
4.1.1 金属表面处理不当
（1）原因分析 ①金属表面处理程度不够；金属表面处理的主要作用是除掉金属表面的锈蚀层和
油脂、污物等，获得清洁、干燥并具有足够粗糙度的活性表面，以利于胶粘剂的
浸润和吸附。金属表面处理程度不够，残留疏松氧化层或者表面粗糙度过小，那
么在相同的涂刷面积下，胶接面的有效比表面积少，金属和胶粘剂的接触点密度
小，粘接强度也就小。
②金属表面不清洁：金属表面清洗不净或清洗后再次被污染而导致表面有油渍、
杂质、残留清洗剂等，则实际上相当于在金属表面产生一界面层。界面层不仅会
大大降低金属表面产生一界面层。界面层不仅会大大降低金属材料的表面自由能，
使胶粘剂与金属表面的接触角显著变大，从而降低胶粘剂对金属表面的湿润性，
并且可能会架空金属表面的空隙，减少金属与胶粘剂的实际接触面积，从而降低
粘接强度。
（2）解决措施
①对金属表面进行处理，除掉金属表面的锈蚀和油质，保证金属粘接面有足够的
粗糙度。金属表面处理常用的方法有机械法（如喷砂、机械打磨等）、化学法（如
酸洗、碱洗、磷化处理、表面镀层、高温脱脂等）。
此外也要注意金属表面不能过于粗糙，如果金属表面粗糙度过大，其不规整性将
影响胶粘剂的浸润性，而且易吸附气体，造成胶结界的不连续性，形成缺陷和应
力集中，从而降低粘接强度。表面粗糙要根据不同胶粘剂的流动性和浸润性来确
定。
②涂胶前用化学溶剂清洗将金属表面清洗干净，除去油渍、杂质等，并注意晾干
和避免再次污染。有资料表明，被粘金属表面越清洁，则胶粘剂与金属表面的接
触角越小，粘接强度越高。
4.1.2 胶粘剂选择不当
（1）原因分析
①胶粘剂或底涂胶粘剂粘度过大，不能有效浸润金属表面或者在金属/胶粘剂界
面产生气泡并在气泡周围发生应力集中。
②胶粘剂虽能够有效浸润金属表面，但固化后与金属作用力太低。
（2）解决措施
选择合适的胶粘剂，确保胶粘剂在金属表面上有良好浸润性，并且固化后与金属
产生的物理机械作用或者化学作用满足粘接强度的要求。
4.1.3 涂胶工艺不当
（1）原因分析
①胶粘剂过稠或溶剂挥发过快：溶剂、稀释剂或分散相液体是胶粘剂向金属表面
浸润、渗入的有效载体，如果太少或在涂刷后挥发过快，则会导致胶粘剂流动性
不够或流动时间不足，从而出现动力学的不完全浸润情况，也就得不到理想的粘
接强度和耐久
性。
②胶粘剂未搅拌均匀：胶粘剂未搅拌均匀，基料或固化剂等有效组分分散不匀，
浓度较低处的胶粘剂形成的粘接强度小，可能会造成金属与胶粘剂间粘接失效。
③胶粘剂涂刷厚度不当：胶粘剂层过薄，单位表面积内胶粘剂分子少，作用强度
低；胶粘剂层过厚，则容易产生气泡、缺陷和早期断裂，并且在受热后膨胀应力
大，容易导致接头破坏，从而导致粘接失效。
（2）解决措施
①选择合适的涂刷工艺，并注意对胶粘剂进行稀释，保证胶粘剂具有合适的浸润
速度和浸润时间。 ②涂胶前胶粘剂搅拌充分、均匀，防止有效固料发生沉聚。
③胶粘剂涂刷厚度适中。
4.2 胶粘剂内部破坏、面涂型胶粘剂与底涂型胶粘剂之间破坏
（1）原因分析
①胶粘剂晾置时间不够，溶剂挥发不完全，形成缺陷；
②胶粘剂固化后内聚强度不低；
③涂完底涂胶粘剂后的粘接表面被污染，附有油渍、灰尘和杂质等，在涂刷面涂
胶粘剂后，两种胶粘剂之间形成隔离边界层，产生应力集中，从而造成粘接失效。
（2）解决措施
①胶粘剂涂刷完毕后都要完全晾干，防止残留溶剂小分子；
②选择具有较高内聚强度的胶粘剂；
③涂刷完胶粘剂后，在存放、搬运过程中尽量避免手、灰尘、杂物等接触到涂胶
面，防止涂胶面再次污染。
4.3 橡胶与面涂型胶粘剂之间破坏
在热硫化粘接过程中，橡胶分子和胶粘剂分子首先发生两相分子间互相渗透和扩
散的物理反应，然后两相分子同各相内部分子间发生交联化学反应，从而使两相
结合为牢固的一体。
4.3.1 橡胶胶料不合适
（1）原因分析