Классификация адгезионных композиций для крепления эластомерных материалов.

Резины крепят к материалам различными способами:

- горячее крепление  - невулканизованную (сырую) резиновую смесь соединяют с другими материалами в процессе вулканизации

- холодное крепление - вулканизованную резину крепят адгезивами (т.е. клеями) к поверхности другого материала

 

В промышлен­ности РТИ применяются несколько видов горячего крепления:

а) эбонитом в качестве промежуточного слоя;

б) термопреновым клеем;

в) нанесением тонкого слоя латуни на поверхность металла;

г) специальными клеями (из производных каучука, изоцианатными и др.).

 

 Прочность крепления в значительной степени зависит от подготовки поверхности склеиваемых материалов.

Перед креплением резины к металлу поверхность металла подвергают механической обработке песком, металлической дробью – для очищения поверхности от загрязнения и повышения шероховатости, что значительно увеличивает площадь соприкосновения металла с резиной.

Металлы до или после обработки поверхности очищают от смазок и жиров, т.е. обезжиривают, промывая поверхности растворителем или обрабатывая насыщенным водяным паром в котле.

Также подготовку поверхности металлов к обрезиниванию часто производят химическим способом: травлением их в растворах кислот или щелочей с последующей промывкой водой.

На очищенную и высушенную поверхность металла наносят жидкий клей, с помощью которого производится крепление.

Если между металлом и резиной возникает химическое взаимодействие - прочность крепления высокая и не ухудшается с повышением температуры даже на 100°С.

Если прочность крепления определяется только силами межмолекулярного взаимодействия, то прочность связей между резиной и металлом с повышением температуры значительно уменьшаетс я.

 

Резина прочно соединяется с металлом в том случае, когда между ними появляются силы взаимодействия, достаточные для того, чтобы противостоять силам, смещающим или отрывающим одну от другой соединяемые поверхности резины и металла.

Силами взаимодействия, обеспечивающими прочное соединение резины с металлом, могут быть силы трения, возникающие между поверхностями резины и металла при механическом (сцепление, н-р, клеем) способе изготовления резино-металлических деталей,   силы межмолекулярного сцепления при достаточном сближении соединяемых поверхностей, силы взаимодействия,  образованные между соединяемыми поверхностями промежуточных химических соединений.

 

1) горячее крепление  

Для изготовления деталей применяется сырая резина, приобретающая необходимые свойства в процессе вулканизации.

В процессе горячего крепления резина присоединяется к металлу либо непосредственно, либо через промежуточный слой.

Непосредственно прикрепляются к металлам эбонит или резина, в состав которых введены соединения меди, железа или некоторых других металлов. Объясняется это тем, что основным звеном, связывающим каучук с металлом, является сера, наличие которой в резиновой смеси является обязательным. Сера, находящаяся в резиновой смеси, вступая в реакцию с металлами, образует сульфидные соединения, обеспечивающие крепление резины к металлической поверхности. Наиболее активно сера вступает в реакцию с медью, в результате которой образуются сульфиды меди, дающие прочное соединение.

В качестве промежуточных слоев при креплении резины к металлам используются эбонит, латунь и различные клеи, обладающие способностью хорошо прилипать как к металлам, так и к резине в процессе ее вулканизации.

 

а) Крепление с применением латунирования - крепление через промежуточный слой латуни - является наиболее современным, известным методом,

С помощью этого метода крепят резину к стали, алюминию, бронзе и др.

Сущность способа заключается в предварительном электролитическом осаждении тонкого (0,00125—0,0015 мм) слоя латуни (например, из цианистых электролитов) на поверхность металлических деталей, подлежащих обрезиниванию, и непосредственном креплении резины к латунированной поверхности металла.

После промывки и сушки латунированная арматура поставляется на вулканизацию. Резиновая смесь должна быть свежекаландрованной или свежеэкструдированной. Формы с латунированными деталями иногда заполняют резиновой смесью методом литья под давлением.

Достоинства метода: высокая прочность, наибольшая температуростойкость, масло- и бензостойкость, хорошее сопротивление ударам и вибрациям. При этом резина хорошо крепится только к латуни, свободной от оксидов или каких-либо поверхностных загрязнений.

Недостатки: метод пригоден в основном для крепления резины к небольшим деталям, т.к. на поверхность больших деталей сложной конфигурации трудно равномерно и прочно осадить латунь. Также метод требует сложных подготовительных операций, требующих специального оборудовани я.

Применяется для производства латунированного металлокорда, используемого для изготовления автопокрышек и безбандажных массивных шин.

б) Крепление через слой эбонита - наиболее простой и достаточно надежный способ крепления резины к металлам

Этим способом крепят резину к стали, дюралюминию, латуни, бронзе и другим сплавам.

Способ заключается в подготовке поверхности металла (очистке, обезжиривании), нанесении эбонитового клея и слоя эбонитовой смеси, наложении резиновой смеси, формовании и вулканизации под давлением.

Прочность соединения эбонитов с металлами достигает 15—20 МПа.
Высокая прочность крепления резины с металлом через эбонитовую прослойку обусловливается межмолекулярным взаимодействием полярных серосодержащих групп эбонита с металлом, малой деформируемостью эбонита и высокой прочностью связи между эбонитом и резиной в результате совместной вулканизации.

Наличие молекулярного контакта между резиной и слоем эбонитовой смеси к началу вулканизации не является обязательным, так как связи между ними возникают значительно позже, когда эбонитовая смесь и резина находятся в стадии размягчения и опрессование полностью заканчивается.

К преимуществам крепления через эбонитовую прослойку относятся простота и надежность метода. Однако имеются и существенные недостатки, обусловленные специфическими свойствами самого эбонита.

Недостатки метода: вулканизация эбонита - процесс длительный, что снижает производительность оборудования и плохо отражается на свойствах резины. Эбонит хрупок, чувствителен к ударам и вибрациям, что исключает использование изделий с эбонитовой прослойках в условиях динамического нагружения. Эбонит не температуростоек. При температуре выше 60 °С эбонит размягчается, что снижает прочность крепления в несколько раз. Термический коэффициент линейного расширения у эбонита в 3—5 раз больше, чем у металла, поэтому при резких изменениях температуры эбонит нередко отслаивается от металла, а при низких температурах — растрескивается.

Применяется в производстве массивных шин применяется довольно часто.

 

В) Крепление с помощью клеев

Горячее крепление резины к металлу с помощью клеев широко распространено, т.к. не требует сложной и дорогостоящей подготовки металлической поверхности (как при латунировании), обеспечивает динамическую и температуростойкость изделия.

Клеями крепят резину к стали и другим металлам.
Технологический процесс крепления сводится к очистке металлической поверхности, обезжириванию и нанесению на неё тонкого слоя клея. После просушки арматуры с нанесённым слоем клея на неё накладывают резиновую смесь и проводят вулканизацию детали.

Клеи представляют собой растворы органических высокомолекулярных веществ в органических растворителях. Они обладают хорошей адгезией как к металлу, так и к резине, и способны удерживать их после затвердевания пленки клея.

 

Требования к клеям, применяемым для крепления резины к металлам:

- высокая прочность крепления после склеивания;

- универсальность, т. е. возможность склеивания разных резин с различными металлами;

- высокая клеящая способность и хорошая схватываемость;

- малая токсичность и огневзрывоопасность;

- продолжительная сохранность при перевозках и хранении;

- способность клеевого соединения не вызывать коррозии на поверхности металлов как в процессе обрезинивания, так и при эксплуатации;

- стойкость клеевого соединения к старению любого вида;

- сохранение эластичности клеевого соединения после крепления резины к металлу;

- способность клеевого соединения воспринимать ударную нагрузку без разрушения;

- низкая стоимость клея, малый расход на изготовление одного изделия.