表面处理是提高橡胶与金属材料粘接性能的重要工艺之一。目前橡胶和金属几种常用的表面处理技术，如橡胶表面采用的卤化法、硫酸法、等离子体法、紫外线法和臭氧法以及电晕处理法等，金属表面采用的机械法、化学法、阳极氧化法、镀黄铜法、硅烷偶联剂处理法等，试橡胶金属粘接表面处理技术的主流方法。

橡胶与金属是两种不同的材料，二者的化学结构和机械性能有着很大的区别。硫化橡胶与金属的粘接工艺综合了橡胶高弹性、高耐磨性与金属的高强度等优点，使得用该工艺制得的橡胶金属复合制品具有很好的强度和耐久性，同时具备减震耐磨等功能。决定金属与橡胶粘接复合体系性能的因素包括: 橡胶的配合、结构设计、橡胶加工、增强材料及粘接技术，尤其粘接技术是决定制品品质的重要因素，也是许多科研工作者技术攻关的重点，这涉及到粘接机理的研究、橡胶与金属预处理的研究、高性能胶黏剂的研制、粘接方法以及粘接过程中工艺参数的选择等，其中橡胶与金属表面处理的研究尤为重要。

1 基材的表面处理

表面处理是影响粘接性能最重要的工艺之一，它的种类很多，采用何种表面处理方法取决于诸多因素，如被粘物的材质、被粘物所处环境和粘接性能的要求等。表面处理一般是通过以下 1 个或者多个途径来提高粘接性能: ( 1) 去除被粘物表面的弱边界层或者防止弱边界层的形成;

( 2) 最大程度上提高粘接或固化过程中胶黏剂

( 或底胶) 与被粘物之间的亲和性，确保界面粘接力的作用; ( 3) 在被粘物表面上生成一种特殊结构或组织; ( 4) 粘接之前，钝化被处理的表面，避免或减少存放过程中的表面吸附、溶解和化学反应以及因此造成的对表面的不利影响。

2 橡胶的表面处理

一般硫化胶表面极性较弱，润湿能力不佳，这就需要对橡胶进行一定的表面处理来提高其表面能，引入极性官能团或者增加表面粗糙度，从而提高橡胶与金属的粘接性能。橡胶表面处理方法主要有卤化法、硫酸处理法、等离子处理法、紫外线/ 臭氧( UV/O₃) 处理法、电晕处理法等。

2. 1 卤化法

溶剂型卤化法是目前运用最广泛的合成橡胶化学表面处理方法，其中以氯化法更为常用。氯化法利用含有机溶剂的氯化剂三氯异氰尿酸 ( TCICA) 、酸化次氯酸钠等处理橡胶表面，通过氯化和氧化在橡胶表面引入含氯、含氧官能团，同时增加橡胶表面的粗糙度，从而提高粘接性能。

2. 2 硫酸处理法

硫酸是强氧化性酸，可以将橡胶表面的碳碳键氧化成羰基、羧基和羟基等极性基团，将化学惰性表面变成有极性基团的表面，从而使橡胶表面活化或极性化以提高其表面能。

2. 3 等离子体处理法

等离子体是由带电的正粒子和负粒子组成的集合体，其能量可通过辐射、中性粒子流和离子流的碰撞等作用于材料表面，从而产生自由基、极性含氧官能团或与材料表面发生化学反应，以改善材料的表面特性。

2. 4     UV 及 O₃ 处理法

当 UV 能量超过有机物的结合能时，有机物分子链会发生断裂。大气中的氧分子变成 O₃，活性氧能使橡胶表面氧化，生成羧基、羟基和羰基等极性基团，且可在表面刻蚀出轻度的凹凸，从而提高橡胶的极性和润湿性。O₃ 是一种强氧化剂，容易与具有双键的烯烃化合物发生反应，最终产物可能是单体、聚合物或交错臭氧化物的混合体。

2. 5 电晕处理法

电晕处理是利用高频率、高电压在被处理的橡胶表面电晕放电，从而产生低温等离子体，使得橡胶表面发生游离基反应而使聚合物交联，同时改善橡胶表面的润湿能力，使橡胶表面分子氧化和极化，从而提高橡胶的粘接性能。

3  金属的表面处理

金属表面处理是为了清除金属表面的油污及氧化膜，使金属呈露新鲜的表面，进而适当改变金属表面的结构和极性，以便于其与胶黏剂或橡胶的结合^［6］。传统的金属表面处理方法可分为机械法和化学法 2 种，此外还有阳极氧化法、镀黄铜法、硅烷偶联剂处理法等以及等离子体法、超声波法和蚀刻法等。

3. 1 机械处理法

机械处理法一般以喷砂( 或喷丸) 法为主，其次可用砂轮、砂布和钢刷等打磨或除锈。其目的是除去金属表面氧化层以及锈蚀和熔渣，加大表面积，同时金属材料与胶黏剂间的接触面也得以增大。机械处理法一般包括如下 3 个步骤: 首先用溶剂对表面进行清洗脱脂，随后予以喷砂处理，然后再用溶剂对金属表面进行二次脱脂，以除去喷砂过程中产生的灰尘和压缩空气中的油污。喷砂时磨料的类型必须与被处理金属相匹配，不适当的磨料金属组合可能会导致喷砂后金属表面残留电荷，进而会诱发粘接后的金属腐蚀。

3. 2 化学处理法

化学处理法最常用的是酸蚀法。磷化法是目前使用最多的金属表面化学处理方法之一，处理液一般为磷酸、氧化锌、氢氧化钠和亚硝酸钠等。磷化是通过化学作用在金属骨架表面形成一连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。用磷化法处理金属表面时涉及到很多影响金属与橡胶或胶黏剂粘接性能的因素，如磷化液浓度、磷化时间和温度等。

3. 3 阳极氧化法

阳极氧化法属电化学范畴，多用于铝及铝合金表面处理。它是将铝或铝合金制品置于电解质溶液中作为阳极，通以外加电流，利用电解作用使其表面形成一层氧化铝薄膜。通过阳极氧化形成的氧化膜由 2 层组成，内层是一层薄而致密且具有介电性质的阻挡层; 外层较厚，其中含有许多垂直于表面的孔隙，这有利于胶黏剂的渗入。很多学者就其成膜机理、成膜厚度以及不同阳极氧化预处理对粘接性能的影响等进行了大量研究。研究发现适当地延长阳极氧化时间和增大电压都有利于提高氧化膜的厚度，并且在试验所测试的阳极氧化膜厚度范围内，铝合金与橡胶间的粘接性能随着氧化膜厚度的增加而提高。这与厚度增加能在铝合金表面生成更多的孔洞有关。

研究发现磷酸阳极氧化的处理效果最好。这是因为磷酸阳极氧化形成的膜层孔径较大，对胶黏剂的吸附作用更好，而且处理后铝材表面接触角很小，润湿性能优良，更有利于粘接性能的提高。

3. 4 镀黄铜法

镀黄铜法广泛应用于钢丝帘线与橡胶的粘接技术中。它是通过电沉积法将铜和锌依次沉淀在冷拉钢丝上面，然后通过热扩散法形成铜合金镀层，镀铜厚度大约 0. 2 μm。镀层中铜锌的含量随深度而变化，越往深处铜含量越高，最后接近铜的平均含量。在硫化过程中经该方法处理的金属镀层表面与混炼胶中活性的硫分子接触，其上的 Cu ⁺ 、Zn ⁺ 以及自由电子通过硫化反应，生成 Cu_xS( x 约为 1. 8) 和 ZnS。前者在金属硫化物界面处，后者在橡胶 － 硫化物界面处。随着硫化的进行，Cu_xS 层进一步增长，而 ZnS 则起保护作用抑制过多 Cu_xS 的生成^［37］。Cu_xS 层呈树突状，通过与橡胶网络的机械互锁形成很高的粘接强度。镀层中各成分的比例( 如铜和锌) 、镀层厚度以及表面上的锌和氧化锌的量等都直接影响到金属与橡胶的粘接性能。

3. 5 硅烷偶联剂处理法

传统的机械处理法与化学处理法都存在不同程度的不足，如磷化、钝化等方法废物排放多，不可避免地对环境造成污染。人们在研究更加高效的金属表面处理工艺的同时，更加注重处理方法的环境友好性。硅烷偶联剂处理法因其具有无污染、成本低、适用范围广以及处理件对有机涂层胶黏性能优异等特点，受到越来越多学者的关

注。

利用硅烷偶联剂 KH － 550 对低碳钢表面进行处理，通过对环氧涂层粘接性能的试验研究发现硅烷偶联剂不仅能与低碳钢表面发生反应形成具有空间网状结构的致密钝化膜，又能与环氧涂层之间发生反应形成网络互穿结构，从而显著提高低碳钢表面环氧涂层粘接性能。同时硅烷偶联剂采用何种溶剂水解、水解时间和预处理固化温度等因素都对氧化涂层粘接性能有显著影响。

对碳钢表面分别进行硅烷和磷化处理，然后用环氧树脂胶黏剂粘接，分析了金属表面处理方法对胶黏剂/金属界面疲劳性能的影响。金属表面经硅烷处理后，界面粘接强度和耐疲劳性能提高。

4 结束语

表面处理是提高橡胶与金属材料粘接性能的重要工艺之一，它通过物理改性和化学改性使得金属与橡胶之间更加“亲密”。由于橡胶与金属表面特性以及使用条件等多方面因素的差异，导致了处理方法的多样化。每种方法各有其优势，也有不足。如果能将多种处理技术配合使用，综合效果可能会更好。在强调资源节约型与环境友好型社会的今天，如何在提高橡胶与金属之间的粘接性能的同时不对环境造成污染并降低成本，显得尤为重要，这也是今后表面处理技术领域的研究重点。此外，更深入的理论研究以及学科之间的融合将会促进橡胶金属粘接表面处理技术的发展。