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.
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:
- 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.
- Заявка на изобретение №2013134683/02 (051900), C23C 8/18 Способ подготовки изделий перед нанесением адгезивного слоя / Копыльцов В.В., Игнатов А.И.
