清洗剂处理技术在界面粘接中的应用

Posted 2023-01-13 金属

篇首语：书卷多情似故人，晨昏忧乐每相亲。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了清洗剂处理技术在界面粘接中的应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1 前言在金属材料与高分子聚合物粘接时，必须对金属表面进行清理，除去铁锈、氧化皮、油脂、水分等物质，保证粘接界面无污染物，并且具有一定的表面活性和较高的表面能。通常清理技术采用喷砂工艺，利用高压气流带动硅砂、铁砂等颗粒直接撞击金属表面，除去金属表面存在的不利于界面粘接的杂质[1，2]。在研制过程中发现，由于有些金属零部件的直径比较小，喷枪无法进入，或是带有螺纹、销、键等容易损伤的挂件，因此喷砂工艺就显得非常不适合。为了解决此问题，决定采用酸洗、清洗剂等溶液对金属表面进行处理，以取代常规的喷砂工艺。
2 试验部分
2.1 主要原材料盐酸(化学纯)，乙酸乙酯(化学纯)，清洗剂(工业级)，1～3号硅砂，聚氨酯胶粘剂自配，丁腈橡胶，730酚醛丁腈胶粘剂。
2.2 试样
(1)将45钢的扯离和剪切试件表面分别用盐酸清洗和1～3号硅砂喷砂处理，除去铁锈和氧化物等，然后用化学纯乙酸乙酯清洗干净，放于电加热烘箱内，调温至70℃，烘2h。清洗剂清洗的工艺是将金属试件放入配制好的清洗液中，浸泡40min，取出后用去离子水清洗，化学纯乙酸乙酯清洗干净，放于电加热烘箱内，调温至70℃，烘2h。
(2)配制聚氨酯胶粘剂，将料浆涂刷于试件表面，将试件粘接，保证试件的粘接面是20mm×20mm。试件在70℃下固化10h。
(3)配制730酚醛丁腈胶粘剂，将料浆涂刷于试件和丁腈橡胶表面，将试件粘接，保证试件的粘接面是20mm×20mm。试件在150℃下固化2h。
2.3 性能测试扯离和剪切强度的测试为：拉伸速度100mm/min，测试温度20℃。测试设备是德国产instron4505型电子式材料拉伸机。
3 结果与讨论
3.1 对比试验为了研究喷砂、酸洗、清洗剂清洗工艺对金属与高分子材料粘接强度的影响，做了对比试验，结果见表1。

由表1可知，采用清洗剂处理和喷砂工艺后，金属/聚氨酯、金属/丁腈橡胶的粘接性能良好，其粘接强度均能够满足设计指标；酸洗处理后，粘接强度(剪切强度、扯离强度)未达到设计指标。研究认为，采用喷砂工艺后，裸露的金属表面具有较高的表面活性，有利于界面粘接；清洗剂处理不仅可以除去金属表面的杂质，而且具有磷化作用，在金属表面形成薄薄的磷化层，具有界面增强和偶联作用，提高了金属与聚合物的粘接强度。酸洗处理后，金属表面被钝化，不利于界面粘接。
3.2 重现性试验为了验证清洗剂处理工艺的稳定性，对清洗剂处理工艺进行了重现性试验。以检验试验结果是否稳定，测试数据的离散度大小。试验结果见表2。

由表2可知，经过多次试验，金属/聚氨酯、金属/丁腈橡胶的粘接性能稳定，粘接强度(剪切强度、扯离强度)均能够满足设计指标。因此，清洗剂处理工艺是比较稳定的。
3.3 加速老化试验结果为了确保金属与聚合物在长期使用和贮存过程中性能稳定，对清洗剂处理工艺进行了加速老化试验，试验温度为70℃，试验时间为2，5，10，20周。根据意大利的试验结果，70℃下贮存20周相当于常温下贮存8年，试验结果见表3。
由表3可知，通过长期高温老化试验，金属/聚氨酯、金属/丁腈橡胶的粘接性能稳定，粘接强度均能够满足设计指标。因此，清洗剂处理工艺能够长期确保金属与聚合物界面粘接的稳定性。
3.4 应用结果将清洗剂处理工艺应用于金属/聚氨酯、金属/丁腈橡胶之间的粘接，并进行了超声波界面无损探伤。结果表明，经过3年后，界面粘接依然良好。
4 结论通过以上试验，可以认为采用清洗剂对金属表面处理，其金属与高分子材料界面粘接强度较高，稳定性良好，可以取代常规的喷砂工艺。