丁腈橡膠和氫化丁腈橡膠與金屬的粘合性能研究

趙 晴

（中國航空工業集團公司 金城南京機電液壓工程研究中心，江蘇 南京 211100）

航空燃油系統常用金屬壓膠活門作為活動和固定密封件[1-2]，其設計根據工作環境，選擇具有相應拉伸強度、耐介質性能和耐老化性能的橡膠粘結在金屬骨架上，使其兼具橡膠的彈性和金屬的剛性，該結構產品在減震、絕緣和密封上有著良好的表現[3-4]。丁腈橡膠（NBR）價格低、綜合性能特別是耐油性能較好，在航空燃油系統中廣泛應用。氫化丁腈橡膠（HNBR）是將NBR分子鏈結構中碳-碳雙鍵選擇性地進行氫化處理而制得的，其耐熱性能、耐候性能、耐化學介質性能較NBR提高，同時保持了NBR的易加工性，其應用越來越多[5-6]。

橡膠與金屬常采用膠粘劑粘合[7-14]，美國洛德公司開發的開姆洛克（Chemlok）膠粘劑以粘合強度高、質量穩定、使用方便著稱，能粘合多種橡膠與金屬。常用的Chemlok膠粘劑可分為底涂型膠粘劑（簡稱底膠）、面涂型膠粘劑（簡稱面膠）和單涂型膠粘劑3類，其中面涂型和底涂型膠粘劑組合（即雙涂體系）能在保證粘合強度的同時也能確保粘合件的耐環境性能和耐久性能[15]，實際生產中常采用雙涂體系。針對具體產品，往往根據工作條件先確定橡膠和金屬材料，再根據經驗選擇相應的膠粘劑，因此選擇合適的膠粘劑與橡膠和金屬配合使用以獲得良好的粘合效果，這極為重要。

本工作針對NBR和HNBR，采用不同的雙涂體系膠粘劑，對比研究橡膠與常用金屬的粘合情況，以期對橡膠-金屬粘合的膠粘劑選擇提供參考。

1 實驗

1.1 主要原材料

NBR（混煉膠），凱迪西北橡膠有限公司產品；HNBR（混煉膠），日本瑞翁公司產品；膠粘劑（底膠Chemlok205，面膠Chemlok220和Chemlok233x），上海洛德化學有限公司產品；鋼30CrMnSiA，撫順特殊鋼股份有限公司產品；鋁合金2A12，東北輕合金有限責任公司產品。

1.2 試樣制備

對鋼30CrMnSiA和鋁合金2A12金屬試樣表面進行噴砂處理，然后用汽油洗滌并晾干，再用畫筆在粘合表面涂制一層薄且均勻的Chemlok205，晾放1 h后分別涂制上Chemlok220和Chemlok233x并晾干，最后將橡膠貼合在金屬試樣粘合表面進行熱硫化粘合。

1.3 性能測試

粘合強度按GB/T 11211—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠 與金屬粘合強度的測定 二板法》進行測試，試樣結構如圖1所示，為保證試驗結果的準確性，每個試驗條件下測試5個試樣，結果取平均值。

圖1 試樣結構示意Fig.1 Diagram of sample structure

2 粘合原理

雙涂體系的粘合機理見圖2。底膠通過吸附作用與金屬粘合，面膠、底膠與橡膠之間通過相互擴散和共交聯作用實現粘合。

圖2 雙涂體系的粘合機理Fig.2 Adhesive mechanism of double coating adhesive system

3 結果與討論

橡膠與金屬的粘合情況如表1所示。

表1 橡膠與金屬的粘合情況Tab.1 Adhesive situation between rubber and metal

3.1 橡膠對橡膠-金屬粘合強度的影響

橡膠對橡膠-金屬粘合強度的影響如圖3所示。

從圖3可以看出，在金屬和膠粘劑相同的情況下，HNBR的橡膠-金屬粘合強度較大。分析認為，NBR的極性比HNBR更強，理論上膠粘劑與NBR的粘合強度更大，但若其粘合強度大于橡膠本身的強度，橡膠-金屬粘合的主要破壞形式為橡膠破壞，而NBR的拉伸強度小于HNBR，所以出現上述結果。

圖3 橡膠對橡膠-金屬粘合強度的影響Fig.3 Influence of rubber on rubber-metal adhesive strength

3.2 金屬對橡膠-金屬粘合強度的影響

金屬對橡膠-金屬粘合強度的影響如圖4所示。

圖4 金屬對橡膠-金屬粘合強度的影響Fig.4 Influence of metal on rubber-metal adhesive strength

從圖4可以看出：在橡膠和膠粘劑相同的情況下，鋼30CrMnSiA的橡膠-金屬粘合強度較大，說明在測試拉伸時，膠粘劑與金屬之間的粘合發生了部分破壞；Chemlok220與鋼30CrMnSiA的粘合效果較好。

3.3 面膠對橡膠-金屬粘合強度的影響

面膠對橡膠-金屬粘合強度的影響如圖5所示。

圖5 面膠對橡膠-金屬粘合強度的影響Fig.5 Influence of surface coating adhesive on rubber-metal adhesive strength

從圖5可以看出，在橡膠相同和金屬為鋼30CrMnSiA的情況下，Chemlok220的橡膠-金屬粘合強度較大；在橡膠相同和金屬為鋁合金2A12的情況下，Chemlok233x的橡膠-金屬粘合強度較大，說明相同雙涂體系對不同金屬的粘合效果不同。

4 結論

（1）Chemlok雙涂體系對NBR的粘合效果較好，NBR-金屬粘合破壞形式主要為橡膠破壞；HNBR的拉伸強度更大，HNBR-金屬的粘合強度較大。

（2）Chemlok雙涂體系對鋼30CrMnSiA的粘合效果較好，橡膠-鋼30CrMnSiA的粘合強度較大。

（3）面膠的粘合效果與金屬種類有關，當金屬為鋼30CrMnSiA時，面膠Chemlok220的橡膠-金屬粘合強度較大；當金屬為鋁合金2A12時，面膠Chemlok233x的橡膠-金屬粘合強度較大。