CC BY
21
УДК 678.067
В.В. Копыльцов, А.И. Игнатов, В.А. Таганова, Т.И. Красовская, С.Я. Пичхидзе
ПОДГОТОВКА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ПЕРЕД НАНЕСЕНИЕМ АДГЕЗИВНОГО СЛОЯ
Показано значительное увеличение прочности связи резины с металлом и усилия отрыва при использовании термооксидирования.Разработана технологическая схема подготовки металлических каркасов методом термооксидирования.
Термооксидирование, адгезия, обработка, технология, испытания V.V. Kopiltsov, A.I. Ignatov, V.A. Taganova, T.A. Krasouskaya, S.Y. Pichhidze FABRICATION OF METAL PRODUCTS PRIOR TO APPLICATION OF ADHESIVE LAYERS
The paper shows a significant reinforcemjent in rubber to metal bonding and breakout force when using thermal oxidation.
The designed technological scheme refers fabrication of metal frames using thermal oxidation.
Thermal oxidation, adhésion, processing, technology, test
Известно, что для получения качественных резинотехнических изделий с металлическим каркасом (арматурой) необходима удовлетворительная адгезия резины к металлу. Обычная подготовка металла перед стадиями нанесения адгезивного слоя и вулканизации резиновых смесей предполагает обезжиривание, фосфатирование, воздушно-абразивную или дробеструйную подготовку [1].
Основными недостатками известных способов подготовки металлических изделий перед нанесением адгезивных (клеевых) слоёв и изготовлением резинотехнических изделий являются большие энергозатраты на нагрев, использование дополнительных устройств для генерации перегретого пара, низкая адгезионная прочность.
Целью настоящего исследования является подготовка металлических изделий (арматуры) методом окисления их поверхностей перед нанесением адгезивных слоёв или защитных покрытий.
Технический результат заключается в увеличении прочности сцепления изделий из черных металлов с резиной при вулканизации [2]. Указанный технический результат достигается тем, что в разработанном способе подготовки металлических изделий при производстве резинометаллических изделий перед нанесением адгезивного слоя, включающем обработку металлической поверхности, согласно предлагаемому решению, обработку металлической поверхности осуществляют путем окисления в среде воздуха при температуре 220...240°C в течение 20...30 мин. Технологическая схема подготовки металлических изделий приведена на рис. 1.
Рис. 1. Технологическая схема подготовки металлических каркасов
Машиностроение и машиноведение
Сырье в виде листового материала сталь марки 0,8кп поступает на склад и участок подготовки арматуры. Далее стальные листы подвергаются рубке на заготовки необходимых размеров при помощи гильотинных ножниц.
Из подготовленных заготовок изготавливают каркасы сальников методом штамповки на штамповочных прессах КД 2128 63 т.
После изготовления каркасов их загружают в оборотные емкости (бочки) и транспортируют на участок подготовки арматуры.
Бочки с каркасами с помощью крана загружают в машину МР 150, где происходит их обезжиривание в перхлорэтилене при температуре 63... 73оС, цикл составляет 30.. .40 минут.
Обезжиренные каркасы извлекают из машины и пересыпают в прямоугольные металлические ящики, затем проводят процесс термооксидирования, а именно: травление и высокотемпературное оксидирование. Термооксидирование проходит в термошкафах Е240 фирмы BINDER при температуре 220...240°С с циклом 25.30 минут, где заготовки покрываются оксидным слоем (чем темнее цвет заготовки, тем лучше прошло термооксидирование).
Далее заготовки транспортируются на участок автоматической намазки грунта и нанесения адгезивного слоя фирмы Henkel в установках марки МАН собственного оригинального исполнения, первый слой грунта Chemosil 211 VG1 - 8 мин 30 с; второй слой адгезива Chemosil 222 VA - 5 мин 40 с.
Также проводились аналогичные испытания с нанесением адгезива Cilbond фирмы Chemical Innovations Limited (Англия), первый слой грунта Cilbond 12Е, второй слой адгезива Cilbond 80 ЕТ.
Для оценки усилия отрыва металлических образцов был проведен модельный эксперимент, в котором образцы из стали в виде пятаков диаметром 25 мм с плоской поверхностью с одной стороны и выступающей частью с отверстием с другой стороны для присоединения к испытательному стенду, окисляли в среде воздуха при температуре 220...240оС в течение 25.30 минут. Далее производилось нанесение грунта и адгезива.
К подготовленным таким образом образцам в специальной пресс-форме производилось крепление резины способом вулканизации при температуре 175°С в течение 7 минут и давлении в гидросистеме пресса вулканизационного 100 кг/см2. Специальная пресс-форма устроена таким образом, что два образца устанавливались плоскими поверхностями друг к другу на расстоянии 2 мм. В процессе вулканизации расстояние между образцами заполнялось под давлением резиновой смесью К70-3060 на основе изопренового каучука СКИ-3.
Оценка адгезионной прочности соединений контрольных образцов из резины К70-3060 и металла выполнена на универсальной испытательной машине ИР 5082-100. При этом определялось усилие, необходимое для разделения слоев резины и металла, скорость перемещения подвижного захвата 100 мм/мин. Результаты исследования приведены на рис. 2 и в таблице.
450
400
*
ю 350
О
Я 300
(U
о.
*g 250
ш
SS 200
.о
.
Щ S
е; £
150 100
50
10
25
50
Время, мин
0
Рис. 2. Усилие отрыва образцов: 0 - без термооксидирования, 1 - термооксидирование, грунт и адгезив СИетозН, 2 - термооксидирование, грунт и адгезив СНЬопС
Анализ приведенных результатов свидетельствует, что адгезионная прочность сцепления резины с металлом при разрыве повышается с 43,79 кгс/см2 (без термооксидирования) до 80,44 кгс/см2 (с термооксидированием). Таким образом, окисная пленка, получаемая на изделиях из черных металлов по предлагаемому способу, обладает высокой прочностью сцепления к основному металлу и адгезивному покрытию.
Время термооксидирования в течение 20...30 мин является оптимальным для подготовки изделий перед нанесением покрытия, что подтверждено результатами испытаний, представленными в таблице. При меньшем или большем времени обработки качество подготовки металлической поверхности к нанесению специального адгезивного (клеевого) слоя снижается, что видно по снижению прочности связи резины с металлом за заявляемыми границами и наличию максимального усилия отрыва в середине заявляемого диапазона времени обработки. Приведенные в таблице результаты получены при обработке изделий при температуре 240 °С, однако близкие результаты были получены для диапазона температур 220 .250 °С.
Результаты испытаний образцов на адгезионную прочность
Наименование показателя Время термооксидирования об разца, мин
Без термооксидирования 10 25 50
Прочность связи резины с металлом, кгс/см2, с нанесением СИетозП 43,79 76,37 80,44 76,58
Прочность связи резины с металлом, кгс/см2, с нанесением СНЬопС 41,34 74,95 80,04 74,34
Площадь поверхности, см2 4,91 4,91 4,91 4,91
Усилие отрыва, кгс 215 375 395 376
Характер разрушения Частичное оголение металла По резине По резине По резине
Выводы: 1) предложена принципиальная технологическая схема подготовки металлических каркасов методом термооксидирования;
2) показано значительное увеличение прочности связи резины с металлом и усилия отрыва при использовании термооксидирования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Металловедение и термическая обработка стали: справочник: в 3 т. Т. 1. Методы испытаний и исследования / под ред. М.Л. Бернштейна, А.Г. Рахштадта. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1983. 352 с.
2. Заявка на изобретение №2013134683/02 (051900), С23С 8/18 Способ подготовки изделий перед нанесением адгезивного слоя / Копыльцов В.В., Игнатов А.И.
Копыльцов Виктор Викторович -
генеральный директор ЗАО «Резинотехника», г. Балаково
Игнатов Александр Ильич -
главный инженер ЗАО «Резинотехника», г. Балаково
Таганова Виктория Александровна -
кандидат технических наук, доцент кафедры «Процессы и аппараты химической технологии» Балаковского института техники, технологии и управления Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Красовская Татьяна Александровна -
студентка кафедры «Процессы и аппараты химической технологии» Балаковского института техники, технологии и управления Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Пичхидзе Сергей Яковлевич -
доктор технических наук, старший научный сотрудник, профессор кафедры «Биотехнические и медицинские аппараты и системы» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю. А.
Viktor V. Kopiltsov-
Director General OSC «Resinotechnica», Balakovo
Alexander I. Ignatov-
Chief engineer OSC «Resinotechnica», Balakovo
Victoria A. Taganova-
Ph.D., Associate Professor Department of Processes and Apparatus of Chemical Technology Balakovo institute of Technique, Technology and Control Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
Tatiana A. Krasovskaya-
Student
Department of Processes and Apparatus of Chemical Technology Balakovo institute of Technique, Technology and Control Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
Sergei Ya. Pichkhidze-
Dr. Sc., Senior Scientist, Professor Department of Biotech and Medical Devices and Systems Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
Статья поступила в редакцию 10.06.15, принята к опубликованию 15.09.15
