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橡胶与金属的粘合
在汽车工业中，橡胶与金属的粘合是很普遍的，骨架油封、发动
机及变速箱支承、摆壁衬套、车身支撑等都是典型的金属——橡胶结
构。金属和橡胶的结合强度对产品的性能有着至关重要的影响。金属
橡胶件的寿命很大程度上取决于两种材料的粘接质量。粘接技术因此
成为许多工厂的研究课题。
众所周知，增大粘接面的表面积及静电吸附力、提高粘接材料之
间的化学作用力是获得高粘接强度的关键。本文通过对金属粘合表面
不同处理工艺的试验，得出了操作方便、经济性好、粘接性能优异的
骨架表面处理方法。
一、实验
1.主要材料
CHEMLOK 252上海洛德公司产品；CHEMLOK 205上海洛德公司产
品；10#钢；20目石英砂；天然胶SCR5海南天然胶联合产业集团；丁
腈胶N41兰州化学工业公司。
2.设备
普压干喷砂机(空气压力>0.6MPa)；磷化处理线；400×400电热
平板硫化机；0-200℃老化箱；0-2500N电子拉机。
3.粘接橡胶基本配方
天然胶SCR5 100；硬脂酸1；氧化锌(间接法)5；防老剂3；防
护蜡4；软化剂10；炭黑70；硫黄2；促进剂1.5。
丁腈胶N41 10；硬脂酸1；氧化锌(间接法)5；防老剂3；聚酯
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增塑剂10；炭黑60；DCP 1.5；硫黄0.5；促进剂1.5。
粘合剂：①单涂氧化锌(间接法)；②底涂CHEM-LOK 205,面涂
CHEMLOK 252。
4.粘接橡胶的常规机械性能
天然胶邵尔A型硬度65度，拉伸强度22MPa，拉断伸长率450%。
丁腈胶邵尔A型硬度70度，拉伸强度24MPa，拉断伸长率340%。
5.试样制备
①在K360×160开放式炼胶机上将配方物料混合均匀；②试块表
面处理；③在400×400电热平板硫化机上压制试样；④试样制备工
艺。
NR硫化工艺条件为155℃×6min。
NBR硫化工艺条件为160℃×6min。
6.测试
按GB/T 13936标准对已硫化的试样进行测试。
二、实验数据
骨架不同表面处理方法下的粘结强度见表1，骨架不同后处理工
艺下的粘结强度见表2，双涂层粘合体系下不同骨架表面处理方法的
粘结强度见表3，粘合剂涂层厚度对粘结强度的影响见表4。
表1 骨架不同表面处理方法下的粘结强度
胶种 粘合剂 前处理 表面处理方法 后处理 粘接强度 破坏
方式
NR CHEMLOK 溶剂未处理 70℃几乎未
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252 去油 -80℃烘干 粘
喷砂(机械) 4.9MPa
混合
破坏
磷化(化学) 3.5MPa 粘合层破
坏
喷砂+磷化
(机械+化学) 6.0MPa
内聚
破坏
NBR
CHEMLOK 252 溶剂
去油
未处理 70℃-80℃烘
干
几乎未
粘
喷砂(机械) 4.3MPa
混合
破坏
磷化(化学) 4MPa 粘合层破
坏
喷砂+磷化
(机械+化学) 5.3MPa
混合
破坏
表2 骨架不同后处理工艺下的粘结强度
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腔种 粘合剂 前处理 表面处理方法 后处理 粘接强度 破坏
方式
NR CHEMLOK 252 溶剂去油 喷砂+磷化 室温凉干 4.9MPa 混合破坏 室温凉干，停放12小时 3.5MPa 粘合层破
坏
70℃-80℃，烘20min 6.0MPa 内聚
破坏
表3 双涂层粘合体系下不同骨架表面处理方法的粘结强度
胶种 粘合剂 前处理 表面处理方法 后处理 粘接强度 破坏
方式
NR 底涂CHEMLOK 205 溶剂去油 喷砂 70℃-80℃ 烘20min 6.5MPa 混合破坏 面涂CHEMLOK252 磷化 5.5MPa 粘合层破
坏
喷砂+磷化 8.3MPa 内聚
破坏
表4 粘合剂涂层厚度对粘结强度的影响
胶种 粘合剂 前处表面处理涂层厚度 后处理 粘接强度 破坏
方式
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理 方法
NR
单涂CHEMLOK 252 溶剂去油 喷砂
+磷化 <10μm 70℃-80℃ 烘20min 3.6Mh 粘合层破坏 12-20μm 6.0MPa
内聚
破坏
>20μm 4.5MPa 粘合层破
坏
底涂CHEMLOK 205 溶剂 去油 喷砂+磷化 <15μm70℃-80℃ 烘20min 5.0MPa 粘合
层破
坏
面涂
CHEMLOK
252
20-25μm 8.3MPa 内聚
破坏
>30μm 4.5MPa 粘合层破
坏
三、分析讨论
1.橡胶材料与金属(或非金属)的粘接，都要依赖于材料本身与骨
架层之间形成一定的化学作用力或物理吸附力(包括机构镶嵌)。但是
由于被粘接的两种材料间结构及极性相差较大，很难形成化学键，而
且物理吸附力也很弱，如何增强被粘材料表面之间的亲和力就显得尤
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为重要。
(1)从试验结果来看，只是对金属表面进行去油处理而未进行其
它处理的试样几乎没有粘接强度。去油后的骨架进行磷化处理和喷砂
处理的试样都获得了较高的粘接强度(见表1)。喷砂是通过高强度的
砂粒对金属表面形成了不规则的凹凸面，增大了粘接面积并形成了机
械镶嵌，增加了粘合表面的阻力及吸附力，从而达到提高粘接强度的
作用。
(2)与喷砂的物理作用不同，磷化是通过化学作用在金属骨架表
面形成一联接骨架与橡胶的亲合层(磷酸锌盐的络合物)，通过化学作
用力来达到粘接的效果。
(3)数据反应，喷砂后再磷化处理的骨架粘合效果最好，无论是
理论还是实验结果都表明了单一的表面处理都有一定的局限性，机械
喷砂与化学处理相结合才能达到最佳的粘合效果。
2.粘合剂涂好后进行后处理，对于提高粘结强度大有好处。在试
验中发现，涂粘合剂后稍做停放即压制试样，不但粘结强度不理想，
同时有局部脱粘现象，但如果停放一段时间(12h)，粘合效果明显改
善，但是试样断层不均匀，有的地方粘接良好，局部地方几乎未粘，
甚至有些部位发脆。主要原因是试样成型时，粘合剂受热后在橡胶层
的挤压下流动而导致涂层不均匀；另外，粘合剂中的溶剂没有完全挥
发，也有可能使产品在硫化过程中产生气泡而脱层。在实验中，对涂
粘合剂的骨架在70℃-80℃温度下热处理20分钟，使粘合剂涂层轻
微交联，粘合强度及效果达到最佳状态，且质量稳定。
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3.除了表面处理与后处理，涂层的厚度与均匀度对粘合强度也有
较大的影响，涂层太薄，粘合不能完全分散于骨架表面，且亲合力不
够，无法提供足够的粘接强度。涂层过厚，过多的粘合剂易堆积在一
起，难以分散均匀，容易产生气泡，脱层现象，同时粘合剂过多时，
粘接层易发脆，从而导致粘接强度下降。
四、结论
1.橡胶与骨架材料的粘接，尤其是悬置、衬套、支承等件，骨架
表面处理极为重要，最好的粘结效果是：喷砂+磷化处理并辅以溶剂
去油处理。
2.对于不与空气接触的骨架(全包)材料，可以在溶剂处理后喷砂
处理，但强度要稍差一些。
3.骨架表面涂粘合剂后一定要进行后处理，较为理想的工艺是在
80℃左右温度下烘干15-20分钟。
4.粘合剂的涂层厚度一定要控制，使用单涂层粘合时，涂层厚度
以15-20μm为宜；使用双涂层粘合时，每层厚度以10-12μm，总厚
度为20-25μm为宜。
5.采用双涂层粘合工艺，更容易获得好的粘合性能。