Способы крепления резины к металлу в процессе вулканизации.

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.).

 

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.

 

1) 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.

Латунирование состоит из трех основных операций: обезжиривания, травления и электро­отложения, сопровождаемых промывками водой. Для удаления уг­лерода, остающегося на поверхности металла после травления, применяется механическая обработка стальными щетками (так на­зываемое крацевание). Для удаления пленки окислов применяется химическая обработка (так называемое декапирование). Основные операции проводятся в электролитических ваннах при определен­ных режимах. Промывка производится в горячей (40—80 °С) и хо­лодной проточной воде, а сушка — в термостате при 80—100 °С с продувкой воздуха

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.

 

2) 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.

 

3) Специальные клеи.

Первыми клеями для холодного крепления были клеи на основе бутумов и нефтяных пеков, иногда в смеси с каучуком или гуттаперчей.

Широкое применение находят клеи на основе хлоропренового каучука. Значительная прочность крепления клеями из хлоркаучука объясняется тем, что высокое содержание хлора создает сильную поляризацию каучуковых молекул, образующих прослойку между металлом и резиной.

Для крепления резины из бутадиен-нитрильного каучука рекомендован клей из хлоркаучука с содержанием хлора 65—68%, дающий прочность крепления 300—400 Н/см2 при температуре до 100 °С; с дальнейшим повыше­нием температуры прочность такого клея сильно падает. Для крепления резин на натуральном каучуке применяют клей Q; для резин нефтестойких — клей S; имеются и другие виды этого клея, в том числе и для крепления без вулканизации. Базой этих клеев является гидрохло­рид каучука. Ряд клеев рекомендован Научно-исследовательским институтом резиновой промышленности, в том числе клей 88Н для крепления резины к металлу без нагрева и лейконат для кре­пления в процессе вулканизации. Лейконат представляет собой раствор триизоцианаттрифенилметана в дихлорэтане. Раствор этого же изоцианата в метиленхлориде известен под названием десмодура R. Прочность связи с применением изоцианатов дости­гает 500—1000 Н/см2. Крепление мягких резин с помощью изо­цианатов достаточно прочно и устойчиво к теплу, растворителям, к ударной нагрузке. Известно также применение клеев из хлори­рованных каучуков и фенольных смол и клеев из хлорирован­ных каучуков и изоцианатных растворов.

 

Крепление с помощью термопреновых клеев.

 

При действии на натуральный каучук серной кислоты и сульфокислот образуются термопрены. В зависимости от условий получения и количества серной кислоты можно получить термрпрены разной твердости.

Термопрены термопластичны, способны размягчаться при нагревании.

Получение термопренов. Сульфокислоты (нелетучи и равномерно распределяются в каучуке) 6-7% смешивают с натуральным каучуком на вальцах, полученную резиновцю смесь при 140°С нагревают в течении 3-5 ч. После термообработки промывают смесь для удаления кислот и сушат. Состав термопрена близок к (С5Н8)х.

Получают термопреновый клей, растворяя термопрен в бензине в обогреваемой клеемешалке при 50 °С. Соотношения термопрена и бензина в термопреновом клее 1:8 и 1:12.

Подготовлен­ный к обкладке металл промазывают 2—3 раза термопреновым клеем, сначала жидким, а затем более густым, с тщательным просушиванием каждого слоя промазки. Далее следуют накладка и прикатка обкладочных смесей.

Вулканизация. Обкладку на термопреновой про­слойке целесообразно вулканизовать в котле при давлении пара 2,5—3-10⁵ Па, затем следует охлаждение в котле под давлением, достигаемое подачей в котел сжатого воздуха и вбрызгиванием холодной воды. Давление воздуха дово­дится до 6-10⁵ Па и поддерживается, пока температура не пони­зится до 60—70 °С, т. е. до температуры затвердевания термопрена, при которой и происходит сцепление термопрена с резиной и ме­таллом.

Применение термопренового клея позволяет прикрепить пред­варительно вулканизованную пластину мягкой резины к металлу или дереву.

Чтобы обеспечить лучшее сцепление вулканизованной резиновой обкладки с термопреновым слоем, поверхность пластины делают шероховатой, закатывая пластину перед вулканизацией на барабан с прослойкой грубой ткани. На швы обкладки наклады­вают ленточки из сырой, быстро вулканизующейся смеси. Разог­рев термопренового слоя и вулканизацию швов производят при 100 °С.

Удовлетворительная прочность крепления при использовании термопреновых клеев достигается только при охлаждении под давлением детали после вулканизации.

Недостатки: понижение прочности крепления с повышением температуры, т.е. невысокая теплостойкость.  Однако несложност ь, и возможность термопренового крепления вулканизованной мягкой резины к металлу, с проч­ностью на отрыв порядка 100 Н/см2, сохраняют некоторую практическую зависимость. Прибавление 8% гексаметилентетра-мина (в пересчете на сухое вещество в термопреновом клее) повы­шает прочность крепления до 130 Н/см2.

 

 

Крепление с помощью латексно-альбуминных и термопреновых клеев.

 

Плёнка альбумина  (Альбумин - это серосодержащий водорастворимый белок, который коагулирует (слипается) при нагревании ) обладает хорошей адгезией к металлу, но она не эластична. Поэтому к ней добавляют латекс, получая эластичную плёнку с хорошей адгезией.

На очищенную поверхность металла наносят 1-2, а иногда и большее число слоёв клея. Общее число слоёв клея при этом должно составлять толщину 2…3 мм. Каждый слой клея сушат при температуре 65-70°С в течение 30-60 минут, а затем металлическую деталь с нанесённым на неё клеем нагревают в термостате при 100-120° С также в течение 30-60 минут. После охлаждения детали на неё накладывают резиновую смесь передают деталь на вулканизацию.

Достоинства метода: нетоксичность латексно - альбуминных клеев.

Недостатки: необходимость тепловой обработки клеевых плёнок, нестабильность самого клея, необходимость применения натурального латекса.

 

Методы горячего крепления резины к металлу посредством латексно-альбуминных и термопреновых клеев в промышленности на данный момент практически не используются.

 

Крепление посредством клеёв на основе хлорированного и гидрохлорированного каучуков

В 50-х годах прошлого века были разработаны клеи на основе хлорированного (ХК) и гидрохлорированного (ГХК) каучуков, которые обеспечивали такую же прочность крепления резины к металлу, как латун ь, а также такую же масло- и теплостойкость.

С 1946 года метод крепления резины к металлу посредством ХК и ГХК стал конкурировать с методом крепления посредством латунирования.

Для приготовления клеев следует брать ХК с содержанием хлора около 60%. Такой ХК во время вулканизации резинометаллической детали в течение 20-60 минут при 140-150°С сохраняет достаточную устойчивость. Он не горюч, стоек к действию холодной и горячей воды, кислот (серной, соляной, азотной), к действию щелочей и окислителей.

Раствор ХК (клей) применяют для крепления резины к чугуну, стали, алюминию и его сплавам, магнию, цинку и другим материалам.

Прибавление серы к клеям из ХК способствует повышению адгезии при креплении. С их помощью крепят резины из неопрена к латуни.
Клеями из ХК можно крепить к металлам резины из хлоропренового каучука (неопрена) и бутадиен-нетрильного каучука (СКН, Пербунан).

При креплении резин из натуральных каучуков и бутадиен-стирольных каучуков между клеем и резиной вводиться промежуточный слой клея из хлоропренового каучука или прослойка резины из него.

Резины из бутил-каучука крепятся плохо.

Достигаемая прочность крепления резины к металлу при испытания на отрыв: 40-60 кг/см2. С повышением температуры прочность падает до 20-30% начальной.

Достоинства метода: хорошая сопротивляемость старению, стойкость к действию кислот, щелочей и морской воды (в этом способ крепления резины к металлу посредством ХК превосходит даже крепление латунированием).

Недостатки: крепление неустойчиво к воздействию ароматических углеводородов, животных и растительных масел, эфиров и кетонов.

Гидрохлорированные каучуки впервые были получены при пропускании влажного HCl через хлороформенный раствор каучука. По окончании реакции происходит резкое падение вязкости раствора. Теоретическое содержание хлора в ГХК равен 33,9%. В технических продуктах содержится 28 … 30% хлора.