CC BY
44
УДК 678.4
Е.Ю. Исрафилова
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
В.М. Зиновьев, Ф.С. Красильников
ОАО «Научно-исследовательский институт полимерных материалов», г. Пермь
ПРИБОРНАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ РЕЗИН ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО
ОБЛУЧЕНИЯ
Предложено устройство, позволяющее оценить качество ультрафиолетового (УФ) облучения за счет измерения разницы показаний веса жидкости до погружения образца в нее и веса адсорбированной жидкости на облученной поверхности образца в момент извлечения его из жидкости с фиксацией полученных данных на компьютер. Устройство включает чашу с адсорбирующей жидкостью и узел погружения-извлечения образца резины защитно-крепящего слоя в чашу. Указанный узел выполнен в виде пружинного механизма и дополнительно оснащен демпфером-успокоителем, функционирующим в противофазе с узлом погружения-извлечения образца резин. Демпфер-успокоитель выполнен в виде гидравлического цилиндропоршневого устройства, кинематически связанного с узлом погружения-извлечения образца резин в чашу с адсорбирующей жидкостью. Эффективность устройства подтверждается испытаниями образцов-свидетелей, поверхность которых облучена УФ-светом с различным временем обработки.
Представлены зависимости количества адсорбированной жидкости на облученной поверхности образцов-свидетелей из дивинилизопреновой и этиленпропилендиеновой резин (51-1667 и 51-2185) и прочности адгезии этих резин к стали от продолжительности обработки резин УФ-светом. Полученные данные отслеживают изменения зависимости от продолжительности УФО, что позволяет использовать данное устройство для оценки качества облучения УФ-светом поверхности вулканизованных резин при подготовке их к склеиванию с металлами.
Ключевые слова: ультрафиолетовое облучение, поверхность, устройство, эффективность облучения, адсорбированная жидкость, образцы-свидетели.
E.Yu. Israfilova
Perm National Research Polytechnic University
V.M. Zinovev, F.S. Krasilnikov
Scientific Research Institute of Polymer Materials OJSC, Perm
INSTRUMENTATION OF RUBBER SURFACE QUALITY ESTIMATION AFTER ULTRAVIOLET EXPOSURE
It is suggested device allowing to estimate the quality of rubber ultraviolet irradiations by measurement the difference in mass of liquid defined before submersion of a sample in to it and mass of the adsorbing liquid on the sample irradiated surface at the moment of its extraction from the liquid with fixing the data received on computer. The liquid chosen to determine the vulcanized rubber irradiation quality represents 15...20 % ethyl alcohole solution in distilled water. The device includes a cup with the adsorbing liquid and an assembly for submersion-extraction the protective-bonding layer rubber sample in to this cup. Above mentioned assembly was produced as a spring mechanism and additionally was equipped with damper-stabilizer, operating in antiphase with rubber sample submersion-extraction assembly. This damper-stabilizer was produced as hydraulic cylinder-piston mechanism kinematically connected with the rubber sample submersion-extraction assembly. The device efficiency is confirmed with the tests of a rubber specimen, the surface of which was irradiated by ultraviolet light during the different treatment time.
It is presented the relationship of the adsorbing liquid quantity on the irradiated surface of the rubber specimen made from divynilisoprene and ethylenepropylenediene rubber (51-1667 and 51-2185) and the relationship of the adhesion strength of these rubbers on duration of their (rubbers) treatment with ultraviolet light. The obtained results demonstrate the changes of this relationship on ultraviolet irradiations time that allows to use this device for estimating the quality of ultraviolet irradiated surface of vulcanized rubbers while preparing them for adhesion to metals.
Keywords: ultraviolet irradiation, surface, device, irradiation efficiency, adsorbing liquid, specimen of rubber.
В практике для приклеивания вулканизованных резин к металлу широко применяется метод шерохования [1, 2]. При всей кажущейся простоте метод шерохования довольно трудоемок.
В последнее время нашел применение более щадящий метод активации поверхности вулканизованных резин с помощью ультрафиолетового облучения (УФО), позволяющий избежать отрицательных моментов процесса шероховки (Патент РФ №2313684, кл. F 02К9/24, 2006).
Во время облучения поверхности резины протекают процессы деструкции с образованием микрорельефа с многочисленными микротрещинами и микрократерами [3, 4], что позволяет за счет увеличения эффективной площади скрепления существенно увеличить адгезию резин к металлу.
Качество обработки поверхности вулканизованных резин к склеиванию зависит от параметров процесса УФО: расстояния обрабатываемой поверхности относительно источника облучения, его мощности, продолжительности и температуры облучения [5, 6].
Используя метод погруженной пластины Вильгельми (Патент РФ № 2312324 С2, кл. О 01№13/02, 2006; Патент СССР №1087833, Кл.00Ш 13/02, 1984, [7]) для оценки качества облучения и выбора упомянутых параметров процесса УФО, нами предложено устройство (рисунок), позволяющее оценить качество УФ-облучения за счет измерения разницы показаний веса жидкости до погружения образца в нее и веса адсорбированной жидкости на облученной поверхности образца в момент извлечения его из жидкости с фиксацией полученных данных на компьютер. Для определения качества облучения вулканизованной резины выбран раствор этилового спирта в дистиллированной воде.
Устройство включает чашу с адсорбирующей жидкостью и узел погружения-извлечения образца резины защитно-крепящего слоя в чашу. Указанный узел выполнен в виде пружинного механизма и дополнительно оснащен демпфером-успокоителем, функционирующим в противофазе с узлом погружения-извлечения образца резины. Демпфер-успокоитель выполнен в виде гидравлического цилиндропоршне-вого устройства, кинематически связанного с узлом погружения-извлечения образца резины в чашу с адсорбирующей жидкостью.
Функционирует устройство следующим образом:
- предварительно изготавливают образцы-свидетели из облученных и необлученных резин размерами 50x80, толщиной 0,5-3 мм;
- подсоединяют к сети электронные весы 14, скомутированные с компьютером 16;
- устанавливают на площадку электронных весов 14 чашу 11 с адсорбирующей жидкостью 12, после чего электронные весы выводят на ноль;
- закрепляют в зажиме 13 облученный УФ-светом образец 15;
- на запятник 7 устанавливают груз 1 с помощью захвата 18 фиксированной массы 200-300 г;
- ослабляют винт-стопор 10;
- под действием груза шток 6, растягивающий пружину 8, перемещается, что обеспечивает плавное погружение образца 15, закрепленного зажимом 13 на штоке 6, в адсорбирующую жидкость 12.
После выдержки в адсорбирующей жидкости в течение 10-15 с тем же захватом снимают фиксированный груз и производят мягкое, плавное (без встряхивания) извлечение образца из чаши, при этом плавность извлечения образца обеспечивается за счет демпфера-успокоителя 9. В момент извлечения образца (выход из адсорбирующей жидкости) фиксируется масса остатка адсорбирующей жидкости в чаше, что позволяет определить массу адсорбированной жидкости на образце.
18
Рис. Устройство для определения качества облучения ультрафиолетовым светом поверхности вулканизованных резин: 1 - груз; 2 - демфер-успокоитель; 3 - держатель; 4 - втулка; 5 - штатив; 6 - шток; 7 - запятник (площадка штока); 8 - пружина растяжения; 9 - поршень демпфера успокоителя; 10 - винт-стопор; 11 - чаша; 12 -адсорбирующая жидкость; 13 - зажим; 14 - площадка электронных весов; 15 - образец; 16 - компьютер; 17 - пульт управления; 18 - захват для автоматической установки
и снятия груза
Обработку образцов УФ-светом проводили с использованием ртут-но-кварцевой лампы ДРТ-1000 мощностью 1000 Вт. Расстояние от лампы до обрабатываемой поверхности образца-свидетеля составляло 100 мм. Температура поверхности облучения 80-85 °С. Прочность адгезии к металлу определяли на стандартных образцах - грибках по ГОСТ 209-62 при температуре (23 ± 2) °С и скорости нагружения 10 мм/мин.
Эффективность устройства подтверждается испытаниями образцов-свидетелей, поверхность которых облучена УФ-светом с различным временем обработки.
В таблице представлены зависимости количества адсорбированной жидкости на облученной поверхности образцов-свидетелей из дивинили-зопреновой и этиленпропилендиеновой резин (51-1667 и 51-2185), и прочности адгезии этих резин к стали от продолжительности обработки резин УФ-светом.
Количество адсорбированной жидкости и прочность адгезии резин к стали в зависимости от продолжительности УФ-облучения поверхности резин
Продолжительность облучения УФ-светом поверхности резин, мин Кол-во адсорбированной жидкости на облученной поверхности резины, г Адгезионная прочность облученных резин к стали с, кгс/см2
51-1667 51-2185 51-1667 51-2185
0 0,02 0,01 5,1 А 4,5 А
1 0,09 0,12 10,1 А 9,0 А
3 0,12 0,15 16,2 См 15,0 См
5 0,14 0,18 20,0 К 21,0 К
10 0,16 0,19 21,0 К 25,0 К
20 0,16 0,19 21,0 К 25,0 К
Примечание. Характер разрушения: А - резина от стали; К - когезионно по резине; См - адгезионно-когезионно.
Из таблицы видно, что оптимальное время облучения образцов-свидетелей как по количеству адсорбированной жидкости на их поверхности, так и по прочности адгезии к металлу достигает максимума при продолжительности облучения в пределах 5-10 мин. Дальнейшее увеличение продолжительности УФ-облучения до 20 мин не приводит ни к росту количества адсорбированной жидкости, ни к росту прочности адгезии облученных резин к металлу, не наблюдается и падения значений данных показателей.
Таким образом, данные зависимости в равной степени отслеживают изменения своих значений от продолжительности УФО, что позволяет использовать это устройство для оценки качества облучения УФ-светом поверхности вулканизованных резин при подготовке их к склеиванию с металлами.
На основании проведенного исследования можно сделать следующие выводы:
1. Разработано устройство, позволяющее оценить качество УФ-облучения за счет измерения разницы показаний веса жидкости до погружения образца в нее и веса адсорбированной жидкости на облученной поверхности образца в момент извлечения его из жидкости с фиксацией полученных данных на компьютер.
2. Эффективность устройства подтверждается испытаниями образцов-свидетелей, поверхность которых облучена УФ-светом с различным временем обработки.
3. Представлены зависимости количества адсорбированной жидкости на облученной поверхности образцов-свидетелей из дивинили-зопреновой и этиленпропилендиеновой резин (51-1667 и 51-2185) и прочности адгезии этих резин к стали от продолжительности обработки резин УФ-светом.
4. Показано, что:
- оптимальное время облучения образцов-свидетелей как по количеству адсорбированной жидкости на их поверхности, так и по прочности адгезии к металлу достигает максимума при продолжительности облучения в пределах 5-10 мин. Дальнейшее увеличение продолжительности УФ-облучения до 20 мин не приводит ни к росту количества адсорбированной жидкости, ни к росту прочности адгезии облученных резин к металлу, не наблюдается и падения значений данных показателей.
- данные зависимости в равной степени отслеживают изменения своих значений от продолжительности УФО, что позволяет использовать это устройство для оценки качества облучения УФ-светом поверхности вулканизованных резин при подготовке их к склеиванию с металлами.
Библиографический список
1. Жеребков С.К. Крепление резины к металлам. - М.: Химия, 1966. -
347 с.
2. Гольдберг М.М., Корюкин А.В., Кондашов Э.К. Покрытия для полимерных материалов. - М.: Химия, 1980. - 12 с.
3. Исследование воздействия ультрафиолетового излучения на структуру поверхности композитных эластомеров с помощью атомно-силовой микроскопии / Ю.Г. Яновский, Ю.А. Гамлицкий, Ю.В. Корнев, О.В. Крыченко, Н.С. Снегирева, О.Б. Юмашев // Проблемы шин и резинокордных компози-
тов: сб. докл. XXI симпозиума, 11-15 октября 2010 г. - М., 2010. - Т. 2. -C.201-210.
4. Исрафилова Е.Ю. Исследование воздействия ультрафиолетового излучения на структуру поверхности ТЗП из резин. Итоги диссертационных исследований // Материалы III Всерос. конкурса молодых ученых. - М.: Изд-во РАН, 2011. - Т. 3. - С. 3-9.
5. Кирилова Э.И., Шульгина Э.С. Старение и стабилизация термопластов. - Л.: Химия, 1988. - 240 с.
6. Исрафилова Е.Ю, Зиновьев В.М, Красильников Ф.С. Оценка возможности обработки поверхности защитно-крепящего слоя (ЗКС) из этилен-пропилен-диеновой резины ультрафиолетовым облучением. Итоги диссертационных исследований // Материалы XI Всерос. конф. по проблемам новых технологий, 16-18 октября 2012 г. - Миасс, 2012. - Т. 1. - С. 185-190.
7. Исследование свойств модифицированных эпоксисодержащих оли-гомеров / П.В. Осипов, В.С. Осипчик, С.А. Смотрова, А.Я. Томильчик // Пластические массы. - 2011. - № 2. - С. 4-7.
References
1. Zherebkov S.K. Kreplenie reziny k metallam [Rubber to metals bonding]. Moscow: Khimiya, 1966. 347 р.
2. Goldberg M.M., Koryukin A.V., Kondashov E.K. Pokrytiya dlya polimer-nykh materialov [Polymer materials coatings]. Moscow: Khimiya, 1980. 12 p.
3. Yanovskiy Yu.G., Gamlitskiy Yu.A., Kornev Yu.V., Krychenko O.V., Sne-gireva N.S., Yumashev O.B. Issledovanie vozdeystviya ultrafioletovogo izlucheniya na strukturu poverkhnosti kompozitnykh elastomerov s pomoshchyu atomno-silovoy mikroskopii [The study of ultraviolet exposure on the composite elastomer surface structure using atomic-force microscopy]. Sbornik dokladov XXI simpozi-uma "Problemy shin i rezinokordnykh kompozitov". Moscow, 2010, vol. 2, pp. 201-210.
4. Israfilova E.Yu. Issledovanie vozdeystviya ultrafioletovogo izlucheniya na strukturu poverkhnosti TZP iz rezin [The study of ultraviolet exposure on the composite elastomer surface structure of rubber insulations]. Materialy 111 Vserossiy-skogo konkursa molodykh uchenykh. Moscow: Rossiyskaya akademiya nauk, 2011, vol. 3, pp. 3-9.
5. Kirilova E.I., Shulgina E.S. Starenie i stabilizatsiya termoplastov [Ageing and stabilization of the thermoplastic materials]. Leningrad: Khimiya, 1988. 240 p.
6. Israfilova E.Yu, Zinovev V.M, Krasilnikov F.S. Otsenka vozmozhnosti obrabotki poverkhnosti zashchitno-krepyashchego sloya iz etilenpropilendienovoy reziny ultrafioletovym oblucheniem [Estimation the capability of surface treatment of the protective-bonding layer from ethylene-propylene-diene rubber by ultravio-
let irradiation], Materialy XI Vserossiyskoy konferentsii po problemam novykh tekhnologiy. Miass, 2012, vol. 1, pp. 185-190.
7. Osipov P.V., Osipchik V.S., Smotrova S.A., Tomilchik A.Ya. Issledova-nie svoystv modifitsirovannykh epoksisoderzhashchikh oligomerov [Investigation of the modified epoxycontaining olygomer properties]. Plasticheskie massy, 2011, no. 2, pp. 4-7.
Об авторах
Исрафилова Екатерина Юрьевна (Пермь, Россия) - аспирант кафедры «Технология полимерных материалов и порохов» ФГБОУ ВПО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: Kateri-nakat2010@yandex.ru).
Зиновьев Василий Михайлович (Пермь, Россия) - доктор технических наук, начальник отдела 043 ОАО «Научно-исследовательский институт полимерных материалов» (614113, г. Пермь, ул. Чистопольская, 16, e-mail: suzuk@dom.raid.ru).
Красильников Федор Сергеевич (Пермь, Россия) - кандидат технических наук, начальник отдела 011 ОАО «Научно-исследовательский институт полимерных материалов» (614113, г. Пермь, ул. Чистопольская, 16, e-mail: niipm@pi.ccl.ru).
About the authors
Israfilova Ekaterina Yurevna (Perm, Russian Federation) - Doctoral student, Department of Technology of Polymer Materials and Powders, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: Katerinakat2010@yandex.ru).
Zinovev Vasiliy Mikhaylovich (Perm, Russian Federation) - Doctor of Technical Sciences, Head of Department 043, Scientific Research Institute of Polymer Materials OJSC (16, Chistopolskaya, Perm, 614113, Russian Federation, e-mail: suzuk@dom.raid.ru).
Krasilnikov Fedor Sergeevich (Perm, Russian Federation) - Ph.D. in Technical Sciences, Head of Department 011, Scientific Research Institute of Polymer Materials OJSC (16, Chistopolskaya, Perm, 614113, Russian Federation, e-mail: niipm@pi.ccl.ru).
Получено 25.07.2013
