Проблемы адгезии при производстве автомобильных шин

9

С 11 6 X U/ в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 4

ароматических звеньев в композиции, которые способны акцептировать ал-кильные и перекисные радикалы.

Установлено, что пленки на основе ХСПЭ, не имеющие в своём составе модификаторов, при температуре выше 80 С мутнеют, при этом количество летучих увеличивается из-за роста скорости деструктивных процессов. В системах модифицированных кремний- и металлоорганическими соединениями количество летучих также высоко, но это, вероятно, вызвано выделением спирта, образовавшегося в процессе гидролитической поликонденсации. Системы модифицированные кремний- и металлоорганическими соединениями практически не меняют свои деформационно-прочностные характеристики при действии повышенных температур. Наилучшую стабильность деформационно-прочностных характеристик при нагревании показали системы модифицированные этилсиликатом. Прочность композиции при 130°С увеличилась на 20%, относительное удлинение практически не изменилось.

Выводы.

1. Показано, что ТБТ и титаносилоксаны - продукты взаимодействия тет-рабутоксититана с дифенилсиландиолом - являются эффективными стабилизаторами ХСПЭ при воздействии УФ-облучения.

2. Установлено, что модификация ХСПЭ кремнийограническими и металлоорганическими соединениями улучшают термостойкость материалов, и, благодаря образованию более плотной сетки химических связей, приводит к снижению водопоглащения и паропроницаемости.

3. Системы модифицированные этилсиликатом-40 продемонстрировали нестабильность физико-механических характеристик при УФ-облучении.

4. Системы модифицированные кремний- и титанорганическими соединениями обладают низким влагопоглащением, устойчивостью к сильным минеральным кислотам и могут эксплуатироваться без потери свойств при воздействии УФ-излучения и повышенных температурах.

УДК 678.067

Н.А. Никифорова, М.А. Шерышев

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ПРОБЛЕМЫ АДГЕЗИИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ШИН

The adhesion rubber to metal with brass plating is considered. The dependence of the strength of connections from the composition of the rubber mixture is analyzed. The influence of various technological factors on the adhesion properties of the "rubber-metal" is discussed.

Рассматривается крепление резин к металлу с применением латунирования. Анализируется зависимость прочности соединения от состава резиновой смеси. Обсуждается

9

С Яг в X № в химии и химичесгай технологии. Том XXIV. 2010. №4

влияние различных технологических факторов на адгезионные свойства системы «каучук-металл».

Резино-металлические изделия широко применяются в самых различных областях промышленности. Работоспособность и срок службы таких изделий зависит от прочности связи на границе «резина-металл». Если между металлом и резиной возникает химическое взаимодействие, прочность крепления высокая и не уменьшается с повышением температуры даже до 100°С. Когда прочность крепления определяется только силами межмолекулярного взаимодействия, то прочность связи между резиной и металлом с повышением температуры значительно уменьшается. Резины крепят в основном к черным металлам; к нержавеющей, жаропрочной и кислотоупорной сталям, а также к некоторым цветным металлам и их сплавам (титану, магнию, меди, бронзе, латуни, дюралюминию и др.).

Крепление резины к металлу находит широкое применение в производстве автомобильных шин. Для высокой прочности и наибольшей теплостойкости крепления резины к металлу, хорошего сопротивления полученных изделий ударам и вибрациям используют крепление с применением латунирования. Прочность крепления резины к металлу по этому способу в значительной степени зависит от состава латуни и резиновой смеси.

Наибольшая прочность крепления резины к латунированной поверхности металла достигается при вулканизации в прессах под давлением не менее 2,0-3,0 МПа. Она возрастает вплоть до достижения оптимума вулканизации и в дальнейшем изменяется незначительно.

Прочность крепления резины к металлу также зависит от состава резиновой смеси (она не должна содержать пластификаторов, мигрирующих на поверхность) и динамики процесса вулканизации. Если резиновая смесь долгое время находится в вязкотекучем состоянии, то в начальный период вулканизации достигается максимальная прочность крепления, что необходимо учитывать при выборе типа ускорителя и содержания серы в смеси. Наилучшие результаты при креплении резин к металлу с применением латунирования получаются при наличии в резиновой смеси до 1-4 масс.ч. серы. При содержании в смесях ультраускорителей (тиурамдисульфидов) прочность крепления с металлом для резин на основе каучуков с высокой непредельностью (за исключением бутилкаучука) снижается.

Высокая прочность крепления резины к латуни объясняется образованием в процессе вулканизации на границе контакта «каучук-металл» прочных химических связей. В процессе серной вулканизации происходит сульфидирование металлов, и между резиной и латунью образуется многослойная промежуточная пленка, состоящая из продуктов реакции: Сих8, гпБ, гпО (рис. 1).

Сих8 представляет собой нестехиометрический сульфид меди (х=1,97), и именно его образование обусловливает сцепление металла с резиной. Образование Сих8 происходит в виде дендритов, которые врастают в фазу эластомера на глубину до 50 нм, что приводит к формированию развитой поверхности соприкосновения с множеством точек физического взаимодействия. Скорость роста дендритов, их размеры и форма определяются

9

С 11 6 X и в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 4

диффузией меди из состава латуни через слои ZnO и [1]. Присутствие цинка способствует уменьшению сульфидности связей «каучук-металл» и обеспечивает высокую прочность крепления между пленкой латуни и металлом.

Рис. 1. Схема структуры межфазных слоев в системе латунь-резина

Рис. 2. Профиль атомно-электронной спектроскопии для адгезионной пленки между резиной и латунированным кордом, вулканизованных при 130°С в течение 20 мин.

Необходимо отметить, что состав многослойной промежуточной пленки, образующейся между резиной и латунью, зависит от условий вулканизации.

Значительное различие в содержании меди и цинка (рис. 2) свидетельствует, что только малая часть меди из латуни образует сульфид меди. С другой стороны, малое различие в содержании цинка и кислорода показывает, что большая часть цинка реагирует с образованием оксида цинка или гидрооксида цинка. Из графиков для образцов, вулканизованных при температуре от 130°С до 150°С (рис. 3), видно, что весь цинк прореагировал с кислородом с образованием оксида цинка. Быстрое образование сульфида меди и оксида цинка при повышенной температуре способствует лучшему формированию адгезионной пленки. При 170°С быстрое образование оксида цинка подавляет реакцию образования сульфида меди, приводя к различным адгезионным свойствам системы «каучук-металл» [2].

Рассмотрим влияние времени вулканизации на состав адгезионной пленки между резиной и латунированным кордом. Увеличение времени вулканизации способствует закреплению сульфидов меди и оксида цинка на адгезионной поверхности [3], что увеличивает прочность крепления резины к металлу.

Время распыления

Рис. 3. Профиль атомио-электроиной спектроскопии меди и серы

150°С, (С) 170°С.

Таким образом, наилучшие условия для получения прочной связи «резина-шинный корд» создаются при вулканизации в прессах под давлением не менее 2,0 МПа и температуре от 130°С до 150°С. Время вулканизации зависит от толщины резиновой смеси и выбирается так, чтобы обеспечить достижение оптимума вулканизации.

Библиографический список

1. Кошелев Ф.Ф. Общая технология резины/ Ф.Ф. Кошелев, А.Е. Корнев, A.M. Буканов. М.: Химия, 1978. 528с.

2. Gyung Soo Jeon and Gon Seo. Effects of Cure Levels on Adhesion Between Rubber and Brass in the Composites Made Up of Rubber Compound and Brass-Plated Steel Cord. //Korean J. Chem. Eng., 2003. 20(3). P. 496-502.

3. Аверко-Антонович Ю.О. Технология резиновых изделий/ Ю.О.Аверко-Антонович, Р.Я. Омельченко, Н.А. Охотина, Ю.Р. Эрбич. Л.: Химия, 1991. 352с.