25381-1 (Крепление резины к металлам)

10

Крепление резины к металлам

1. Введение.

С развитием техники, созданием новых машин и аппаратов появилась потребность в деталях, совмещающих механические свойства металлов с вибростойкостью, прочностью на истирание, антикоррозионной стойкостью и другими свойствами, присущими резиновым смесям. Таким образом возникла задача прочного и надёжного соединения двух материалов, совершенно различных по структуре и свойствам: резины и металла.

Прочность крепления разнородных тел обуслов-лена силами межмолекулярного или химического вза-имодействия, возникающего между контактирующими поверхностями, т.е. адгезионными свойствами мате-риалов. Для того чтобы адгезия могла проявиться, необходим полный контакт прилегающих поверхнос-тей.

Независимо от способа крепления деталей адге-зия во всех случаях зависит в основном от природы склеиваемых материалов и характера адгезионной связи. Прочность крепления материалов определяют по предельной нагрузке, при достижении которой происходит одновременный отрыв одной склеиваемой поверхности от другой по всей площади контакта или постепенное расслоение соединения. Резины крепят к материалам различными способами: или не-вулканизованную (сырую) резиновую смесь соединяют с другими материалами в процессе вулканизации (горячее крепление), или вулканизованную резину крепят адгезивами (т.е. клеями) к поверхности другого материала (холодное крепление). Способы крепления резины к металлам показаны на схеме1. Прочность крепления в значительной степени зависит от подготовки поверхности склеиваемых материалов.

Перед креплением резины к металлу поверхность металла подвергают механической обработке песком, металлической дробью – для очищения поверхности от загрязнения и повышения шероховатости, что значительно увеличивает площадь соприкосновения металла с резиной. Металлы до или после обработки поверхности очищают от смазок и жиров, т.е. обез-жиривают, промывая поверхности растворителем или обрабатывая насыщенным водяным паром в котле.

Также подготовку поверхности металлов к обре-зиниванию часто производят химическим способом: травлением их в растворах кислот или щелочей с последующей промывкой водой. На очищенную и высу- шенную поверхность металла наносят жидкий клей, с помощью которого производится крепление.

Крепление резины к металлам было открыто более 100 лет назад, но разностороннее промышленное применение получило только в последние 25-30 лет, особенно эта тема актуальна в авто- , авиа- и судостроении.

Если между металлом и резиной возникает химическое взаимодействие, прочность крепления высокая и не ухудшается с повышением температуры даже на 100С. Если прочность крепления определяется только силами межмолекулярного взаимодействия, то прочность связей между резиной и металлом с повышением температуры значительно уменьшается.

крепление резины

к металлам

горячее холодное

(резина прикрепляется к ме- (вулканизирован-

таллу в процессе вулканизации) ная резина при-

крепляется к ме-

таллу с помощью

клеев при ком-

натной темпера-

туре)

крепление крепление крепление

через эбонитовую через слой с помощью клеев

прослойку латуни

на основе латексно- на основе хлори- на основе на основе

альбуминных и тер- рованного и гид- синтетичес- изоцио-

мопреновых клеев рохлорированного ких смол натов

( сейчас не применя- каучуков

е тся)

Схема 1.

2. Горячее крепление.

2.1. Крепление с применением латунирования.

Крепление с применением латунирования (крепление через промежуточный слой латуни) является наиболее современным, известным методом, дающим высокую прочность и температуростойкость крепления. С помощью этого метода крепят резину к стали, алюминию, бронзе и другим металлам.

Способ основан на способности резины прочно крепиться к поверхности латуни, электроосаждённой на металле. Основной подготовительной операцией при этом способе является латунирование арматуры.

Поверхность металла перед электроосаждением обезжиривают и травят. Обезжиривают арматуру сначала растворителем, а затем раствором щёлочи. Арматуру подвешивают на электрод и через раствор щёлочи пропускают постоянный ток. Пузырьки газа, образующиеся на поверхности детали способствуют механическому отрыванию частиц жира. Далее арматуру промывают горячей водой.

Травлением арматуры в кислоте удаляют оксиды железа. Обычно используют 5% -ный раствор серной кислоты. После травления изделие промывают холодной водой, затем механически удалаяют "травильный шлам", снова промывают водой и декалируют, т.е. химически обрабатывают для удаления тонких оксидных плёнок.

Самая ответственная операция – осаждение латуни. Латунирование проводят в электролизёрах при определённых условиях. Для получения однородного слоя латуни раствор электролита должен иметь постоянную концентрацию электр. составляющей из комплекса солей меди и цинка.

Анодами при электрическом осаждении латуни служат латунные пластины, содержащие 60-70% меди и 30-40% цинка. Толщина слоя латуни должна быть 0,0125 … 0,0015 мм. Арматуру промывают холодной водой, затем горячей в течение 1-2 минут.

После промывки и сушки латунированная арматура поставляется на вулканизацию. Резиновая смесь должна быть свежекаландрованной или свежеэкструдированной. Формы с латунированными деталями иногда заполняют резиновой смесью методом литья под давлением.

Достоинства метода: высокая прочность, наибольшая температуростойкость, хорошее сопротивление вибрациям и ударам.

Недостатки: метод пригоден в основном для крепления резины к небольшим деталям, т.к. на поверхность больших деталей сложной конфигурации трудно равномерно и прочно осадить латунь. Также метод требует сложных подготовительных операций, требующих специального оборудования.

2.2 Крепление через слой эбонита.

Основным звеном, связывающим металл с каучуком является сера. Эбонит содержит 30-40% серы и более.

Сначала поверхность металла подготавливаю: очищают от оксидных плёнок, обрабатывают наждачной бумагой или делают пескоструйную обработку. Затем обезжириваю (протирают бензином).

На подготовленную поверхность наносят тонкий слой клея, приготовленного из эбонитовой смеси и сушат при 20 С. Просохший слой клея покрывают листами эбонитовой смеси и тщательно прикатывают к металлу. Затем наклеивают и прикатывают резиновую смесь, после чего изделие идёт на вулканизацию.

Метод крепления резины к металлу через слой эбонита даёт прочность крепления на отрыв 15-20 Мпа. Этим способом крепят резину к стали, дюралюминию, латуни, бронзе и другим сплавам.

Недостатки метода: вулканизация эбонита – процесс длительный, что снижает производительность оборудования и плохо отражается на свойствах резины. Эбонит хрупок, чувствителен к ударам и вибрациям, что исключает использование изделий с эбонитовой прослойках в условиях динамического нагружения. Эбонит не температуростоек. При повышении температуры до 70 С прочность крепления падает. Кроме того, из-за различий в коэффициентах линейного расширения при нагреве эбонита и стали происходит отслаивание эбонита.

2.3. Крепление с помощью клеев.

Горячее крепление резины к металлу с помощью клеев широко распространено, т.к. не требует сложной и дорогостоящей подготовки металлической поверхности (как при латунировании), обеспечивает динамическую и температуростойкость изделия. Клеями крепят резину к стали и другим металлам.

Технологический процесс крепления сводится к очистке металлической поверхности, обезжириванию и нанесению на неё тонкого слоя клея. После просушки арматуры с нанесённым слоем клея на неё накладывают резиновую смесь и проводят вулканизацию детали.

2.3.1. Крепление с помощью латексно–альбуминных и термопреновых клеев.

Плёнка альбумина обладает хорошей адгезией к металлу, но она не эластична. Поэтому к ней добавляют латекс, получая эластичную плёнку с хорошей адгезией.

На очищенную поверхность металла наносят 1-2, а иногда и большее число слоёв клея. Общее число слоёв клея при этом должно составлять толщину 2…3 мм. Каждый слой клея сушат при температуре 65-70С в течение 30-60 минут, а затем металлическую деталь с нанесённым на неё клеем нагревают в термостате при 100-120 С также в течение 30-60 минут. После охлаждения детали на неё накладывают резиновую смесь передают деталь на вулканизацию.

Достоинства метода: нетоксичность латексно – альбуминных клеев.

Недостатки: необходимость тепловой обработки клеевых плёнок, нестабильность самого клея, необходимость применения натурального латекса.

Термопреновые клеи были открыты в 1927 году Г. Фишером.

Очищенную поверхность металла покрывают слоем жидкого термопренового клея (78%-ного). После сушки этого слоя на него наносят ещё 1-2 слоя обычного резинового клея и сразу накладывают и прикатывают невулканизированную резину, поверхность которой предварительно "освежают" бензином.

Изделие бинтуют влажным бинтом и вулканизуют в котле. По окончании вулканизации в котёл вводят сжатый воздух под давлением 2-3 атм и дают остыть изделию до 50-60 С.