Прочность связи резины с металлом Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

The bond strength of rubber to metal Taganova V.1, Kopiltsov V.2, Ignatov A.3, Pichhidze S.4 (Russian Federation)

Прочность связи резины с металлом

Таганова В. А.1, Копыльцов В. В.2, Игнатов А. И.3, Пичхидзе С. Я.4 (Российская

Федерация)

1Таганова Виктория Александровна / Taganova Victoria - кандидат технических наук, доцент, кафедра процессов и аппаратов химической технологии,

Балаковский институт техники, технологии и управления;

2Копыльцов Виктор Викторович /Kopiltsov Viktor -генеральный директор ЗАО «Резинотехника»;

3Игнатов Александр Ильич / Ignatov Alexander -главный инженер ЗАО «Резинотехника»,

г. Балаково;

4Пичхидзе Сергей Яковлевич /Pichhidze Sergei - доктор технических наук, старший научный сотрудник, профессор, кафедра биотехнических и медицинских аппаратов и систем,

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А., г. Саратов

Аннотация: в статье показано значительное увеличение прочности связи резины с металлом и усилия отрыва при использовании термооксидирования.

Abstract: the article shows a significant increase in bond strength rubber to metal and breakout force when using thermal oxidation.

Ключевые слова: термооксидирование, адгезия, обработка, технология, испытания.

Keywords: thermal oxidation, adhesion, processing, technology, test.

Основными недостатками известных способов подготовки металлических изделий перед нанесением адгезивных (клеевых) слоев и изготовлением резинотехнических изделий являются большие энергозатраты на нагрев, использование дополнительных устройств для генерации перегретого пара, низкая адгезионная прочность [1].

Технический результат заключается в увеличении прочности сцепления изделий из черных металлов с резиной при вулканизации.

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

Сырье в виде листового материала сталь марки 0,8 кп 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...73°С, 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 минут 30 сек; второй слой адгезива Chemosil 222 VA - 5 минут 40 сек.

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...240°С в течение 25.30 минут. Далее производилось нанесение грунта и адгезива.

К подготовленным таким образом образцам в специальной пресс-форме проводилось 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 в табл. 1.

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 табл. 1. 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 оптимальными границами, и наличию максимального усилия отрыва в середине предлагаемого диапазона времени обработки. Приведенные в табл. 1 результаты получены при обработке изделий при температуре 230...235°C, однако близкие результаты были получены для диапазона температур 220...240°C.

Выводы:

1) разработана принципиальная технологическая схема подготовки металлических каркасов методом термооксидирования;

2) показано значительное увеличение прочности связи резины с металлом и усилия отрыва при использовании термооксидирования.

Таблица 1. Результаты испытаний образцов на адгезионную прочность

№ п/п Наименование показателя Время термооксидирования образца, мин

Без термооксидирования 10 25 50

1 Прочность связи резины с металлом, кгс/см2 с нанесением Chemosil 43,79 76,37 80,44 76,58

2 Прочность связи резины с металлом, кгс/см2 с нанесением Cilbond 41,34 74,95 80,04 74,34

3 Площадь поверхности, см2 4,91 4,91 4,91 4,91

4 Усилие отрыва, кгс 215 375 395 376

5 Характер разрушения Частичное оголение металла По резине По резине По резине

Литература

1. Заявка на изобретение N 2013134683/02 (051900), C23C 8/18. Способ подготовки изделий перед нанесением адгезивного слоя / Копыльцов В.В., Игнатов А.И.