Библиографическое описание:

Копыльцов В. В., Таганова В. А., Артеменко А. А., Пичхидзе С. Я. Термооксидирование арматуры для резинотехнических изделий // Молодой ученый. — 2015. — №24.1. — С. 31-32.

 

Известно [1], 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 фосфатирование. Этот метод включает 9 стадий: обезжиривание, промывка в горячей воде, промывка в холодной воде, промывка нитритом натрия и конденсатом, фосфатирование, пассивирование, промывка в холодной воде, ингибирование, сушка.

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 [1].

Цель настоящей работы заключается в увеличении прочности сцепления изделий из черных металлов с резиной при вулканизации.

Нами показано, 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 [2].

Каркасы 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…240оС с циклом 25…30 мин, где заготовки покрываются оксидным слоем (чем темнее цвет заготовки, тем лучше прошло термооксидирование).

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 мин. 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 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.

Из рис.1 видно, что поверхность термооксидированной и фосфатированной арматуры имеет большую шероховатость. Следовательно, возможно лучшее сцепление этих поверхностей с компонентами резиновой смеси. Большая величина поверхности контакта приводит к повышению адгезионной прочности между арматурой и резиновыми смесями.

Анализ поверхности арматуры показал, что при термооксидировании и фосфатировании поверхность арматуры активизируется одинаково, что доказывает эффективность метода термооксидирования. Таким образом, появляется возможность отказаться от метода фосфатирования. Так как метод фосфатирования требует наличия сложного аппаратурного оформления, значительных затрат электроэнергии и приводит к образованию значительных количеств промывных сточных вод, очистка которых до санитарных норм требует больших материальных затрат, существует повышенная опасность загрязнения окружающей среды и потери здоровья обслуживающего персонала.

 

обр 2 после обезжиривания х 1200-2обр 3 200 град  1 г  х1200-1обр 4 после фосфатирования х 1200

                    а                                            б                                        с

Рис.1. Электронное изображение поверхности арматуры, увеличение – 1200:

а – без модификации, б – термооксидирование, с – фосфатирование

 

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

Таблица 1

Результаты испытаний образцов на адгезионную прочность

№ п/п

 

Наименование показателя

Время термооксидирования образца, мин

 

 

Без термо-оксидиро-вания

10

25

50

1

Усилие отрыва образцов с нанесением “Chemosil” (кгс)

215

375

395

376

2

Усилие отрыва образцов с нанесением “Cilbond” (кгс)

203

368

393

365

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

 

Выводы: 1) предложена 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: Справ. изд. - 3-е изд., перераб. и доп. В 3-х т. Т. 1. Методы испытаний и исследования / Под ред. Бернштейна М.Л., Рахштадта А.Г. М.: Металлургия, 1983. - 352 с.
  2. Заявка на изобретение №2013134683/02 (051900), C23C 8/18 Способ подготовки изделий перед нанесением адгезивного слоя / Копыльцов В.В., Игнатов А.И.
Основные термины: резинотехнических изделий, нанесением адгезивного слоя, подготовки металлических изделий, металлической поверхности, обработку металлической поверхности, температуре 220…240оС, прочности сцепления изделий, подготовки изделий, качественных резинотехнических изделий, изготовлением резинотехнических изделий, адгезионная прочность, резины способом вулканизации, адгезионной прочности, усилия отрыва, удовлетворительная адгезия резины, прочность сцепления резины, прочности связи резины, Способ подготовки изделий, нанесения адгезивного слоя, производстве резинометаллических изделий

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle