книги из ГПНТБ / Евзович В.Е. Влияние клеевых прослоек на качество ремонта шин

личественного содержания в клее ускорителей, в частности, ди-

фенилгуанидина и дибензотиазолилдисульфида. Наряду с этим не­ обходимо было выявить зависимость между содержанием ускорите­ лей и оптимумом вулканизации систем, дублируемых через клеевую пленку, так как этот вопрос имеет существенное значение для тех­ нологии ремонта. Для этих целей было приготовлено 7 саженапол­ ненных клеевых резиновых смесей на основе натурального каучука с содержанием ускорителей от 0,7 до 2,5 весовых частей.

юо

-iOO- 90

гро­ so

гро- е-

х60'

gr

Iw'

Р

2D-

Рис. 8. Влияние содержания ускорителей — дифенилгуанидина (ДФГ) и дибензотиазолилдисульфида (альтакса) на оптимум вулканизации модельных образцов и динамическую прочность связи

Оптимум вулканизации модельных образцов в зависимости от

содержания ускорителей в клеевой резине определялся путем со­ поставления результатов испытаний на динамическую прочность связи образцов, свулканизированных за различные отрезки времени.

Результаты испытаний на прочность связи модельных образцов, приготовленных с применением опытных клеев, представлены на рис. 8. Изменения свойств клеевой резины в зависимости от содер­ жания ускорителей показаны на рис. 9. Из полученных данных можно сделать следующие выводы.

1.Содержание ускорителей в рассматриваемых саженаполнен­ ных клеях в указанных пределах не оказывает заметного влияния на оптимум вулканизации резиновых . систем, сдублированных с применением этих клеев, несмотря на то, что оптимум вулканизации

самих клеевых резин резко изменился.

2.Динамическая прочность связи модельных образцов в точке ■оптимума вулканизации также практически не зависит от содержа­ ния ускорителей в клеевой резине. При этом характер кривых из­

19

менения динамической прочности связи в зависимости от времени вулканизации для всех случаев остается одинаковым.

Полученные результаты, очевидно, объясняются значительной диффузией вулканизирующей и ускорительной групп между гранич­

ными слоями дублируемых резин и тонкой .клеевой пленкой во вре­

Во время вулканизации ремонтируемый участок покрышки на­ гревается неравномерно, и поэтому в случае серьезного влияния состава клея на оптимум вулканизации было бы необходимо нано­ сить на различные шиноремонтные материалы и зашерохованные поверхности покрышки клеи с различным оптимумом вулканизации (содержанием ускорителей) в зависимости от кинетики нагрева того или иного места покрышки. Однако, поскольку оптимум вулка­ низации определяется в основном свойствами дублируемых мате­ риалов, то, очевидно, применяя различные починочные резины, можно обеспечить одинаковую степень вулканизации по всему ре­ монтируемому участку при использовании клея только одного со­

става, что значительно упрощает технологический процесс ремонта.

Влияние пластичности каучука и клеевой резины на прочность связи и скорость ее растворения

Известно, что размеры молекул высокополимера, на основе ко­ торого изготавливается клей, оказывают существенное влияние на прочность склеивания.

20

Адгезия полимера повышается с уменьшением (в определенных пределах) его молекулярного веса. Диффузионная теория объяс­ няет эти явления тем, что с уменьшением размеров молекулы ее подвижность и диффузионная способность возрастает, следова­ тельно, должна возрастать и адгезия [14].

С. С. Воюцкий и Б. В. Штарх на примере полиизобутиленов раз­ личного молекулярного веса показали, что скорость диффузии последних увеличивается с уменьшением степени их полимеризации,

несмотря на одинаковую энергию активации. Авторы объясняют

это тем, что концы молекул, которых больше в низкомолекулярных полимерах, диффундируют быстрее, чем серединные участки цепей [15].

Однако с уменьшением молекулярного веса понижается коге­ зионная прочность высокополимера, поэтому оптимальным являет­ ся такой средний молекулярный вес, который обеспечивает доста­ точную адгезию и высокую механическую прочность.

Пластикация натурального каучука или приготовленной из него клеевой резины уменьшает длину молекул каучука, что про­

является в снижении вязкости растворов каучука и прочности клеевой резины [16, 17]. Уменьшение длины молекул, вызываемое пластикацией каучука, повышает подвижность молекул, что способ­ ствует проникновению клея в наиболее мелкие поры склеиваемых поверхностей резины, увеличивает диффузию молекул клеевой ре­ зины в толщу соседнего слоя клеевой пленки и в результате повы­ шает прочность склеивания..

В задачу описываемой работы входило оценить влияние указан­ ного фактора в применении к рассматриваемым системам и опреде­ лить примерные режимы пластикации клеевых резин.

Для исследования этого вопроса были приготовлены наполнен­ ные. клеевые резиновые смеси из натурального каучука различной

пластичности— от 0,31 до 0,69 по Карреру. Каучук пластицировался на вальцах. Из полученных клеевых резин были приготовлены клеи концентрации 1 : 10 (9,1%). Результаты испытаний, представ­ ленные в табл. 2, полностью подтверждают высказанные выше тео­ ретические предпосылки.

Повышение прочности склеивания по мере увеличения пластич­ ности клея и клеевой резины соответствует диффузионной теории

адгезии.

Как видно из таблицы, увеличение пластичности каучука и клеевой резины сопровождалось понижением вязкости клея почти в два раза, что позволяет значительно сократить количество раство­ рителя и повысить рабочие свойства клея при распылении его сжа­ тым воздухом [3].

Изучение процесса растворения клеевой резины различной пла­ стичности показало, что пластикация клеевой резины на вальцах

наряду с повышением ее пластичности резко увеличивает скорость растворения резины в бензине. Например, пластикация клеевой ре­ зины на лабораторных вальцах в течение 30 мин. без подрезания

со средним запасом резины в зазоре снизила время ее растворения с 6,6 до 3,4 час., т. е. в 2 раза.

Дальнейшая пластикация не повышала пластичности клеевой

резины и, соответственно, скорости ее растворения.

Таблица 2

Пластичность НК по Карреру

Показатели

Результаты работы, представленные в настоящем разделе, поз­ воляют рекомендовать шиноремонтным предприятиям пластикацию клеевой резины перед ее растворением с целью повышения качества ремонта, сокращения количества растворителя и увеличения про­ изводительности участков клеемешалок.

Концентрация клея

Одно из основных требований к клеям — обеспечивать равно­ мерную тонкую пленку и проникать в мельчайшие поры склеивае­ мых поверхностей. В этих целях клей должен наноситься в идеаль­ но жидком состоянии с минимальной вязкостью. Снижение вязкости

клея улучшает также его рабочие свойства при нанесении методом распыливания сжатым воздухом [3].

Вязкость клея зависит не только от пластичности каучука и клеевой резины, а в значительно большей степени определяется кон­ центрацией раствора. Для правильного выбора оптимальной кон­ центрации того или иного клея необходимо было прежде всего опре­ делить влияние ее на прочность связи шиноремонтных материалов

с материалом покрышки и, соответственно, на качество ремонта. Для этих целей были приготовлены и испытаны 6 образцов саже­ наполненного клея концентрацией от 1:20 (4,76%) до 1:5

(16,7%).

Как показано на рис. 10, вязкость раствора начинает резко воз­

растать после увеличения концентрации саженаполненного клея более 15%. Очевидно, что до указанной концентрации рабочие свойства клея при нанесении его на склеиваемые поверхности кистью и распылением ухудшаются незначительно.

22

зование специальных веществ, снижающих вязкость растворов каучука, в частности, спирта в количестве 0,5%, Для улучшения

рабочих свойств клея, снижения количества расходуемого раствори­ теля и повышения прочности склеивания.

Глава 4. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ КЛЕЯ И ДРУГИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА КАЧЕСТВО РЕМОНТА ШИН

Прочность склеивания зависит не только от качества клея, но и от технологии его нанесения, а также от ряда других факторов, ока­ зывающих влияние на прочность связи шиноремонтных материалов

с покрышкой. Существенное влияние на качество ремонта оказы­

вают толщина и равномерность клеевой пленки, метод нанесения

клея, условия и время сушки клея, подготовка склеиваемых поверх­ ностей перед нанесением клея.

Толщина клеевой пленки

Как показали многочисленные эксперименты по технологии склеивания, толщина клеевой пленки оказывает существенное влия­ ние как на липкость клея, так и на прочность склеивания [12]. Из­ вестно, что адгезия жидкости к твердому телу уменьшается с уве­ личением толщины слоя жидкости. Разность между энергией де­

сорбции и теплотой испарения для каждого последующего слоя приблизительно в 4 раза меньше, чем для предыдущего, лежащего над ним слоя [18].

Влияние толщины пленки на прочность склеивания, мало за­ метное при толстых пленках, быстро возрастает при исследовании предельно тонких пленок. Это подтверждено многочисленными опы-

24

тами по «слипанию» оптически полированных металлических пла­ стин с помощью жидкостей [19], по склеиванию древесины, резины и т. д. По данным Хекстра и Фрициуса, предел прочности склеен­

ной древесины на срез в зависимости от толщины клеевой прослой­

максимальная прочность (зависящая от модуля резиновой смеси) достигается при толщине клеевого слоя 5—15 мк.

По данным Н. А. Кротовой, оптимальная толщина для каучуко­ вых пленок лежит в пределах 18—20 мк, а для гуттаперчи состав­ ляет 20—25 мк. При малой толщине слоя разрушение идет по по­ верхности раздела резина — клей, а при большой толщине (более

25 мк) — по клею.

Клеевой слой или пленка в клеевом соединении обладает боль­ шей прочностью как на разрыв, так и на сдвиг по сравнению с

прочностью того же клея в массе [11].

Теорией склеивания это явление объясняется ориентацией моле­ кул, понижающей свободную энергию жидкости от слоя к слою [19]. У склеивающего вещества в отличие от смазок связь между пер­ вым и последующим слоями не менее прочна, чем у первого слоя с поверхностью. В этом случае первый слой ориентированных на поверхности молекул является в это же время слоем, от которого начинают образовываться цепи ориентированных молекул, прости­

рающихся в глубь жидкого или твердого адгезива [20].

/Аетодом сдувания было показано влияние толщины пленки на вязкость, и наличие граничных слоев с особой вязкостью, что ука­ зывает, по мнению авторов, на особую ориентированную молеку­ лярную структуру в граничных фазах и скачкообразный переход к вязкости объемной фазы, где происходит обрыв ориентации на определенном расстоянии от поверхности [21]. В зависимости от на­ правления ориентации в слоях мы имеем смазки (слоистое строе­ ние) или клеи (частокол). На расстоянии 1(Г7—10* 5 см ориентация молекул спадает весьма медленно и для ряда мономеров исчезает

ях порядка <10-5 см, обнаружили, что молекулы гуттаперчи обра­

зуют частокол на поверхности подкладки [22, 23]. Авторы делают вывод, что молекулы высокополимеров (адгезивов), так же как и молекулы мономеров с длинной цепью, ориентируются длинной осью перпендикулярно (или почти перпендикулярно) к поверхности подкладки и что частокол, по-видимому, соответствует наименьше­ му запасу энергии и обеспечивает наиболее высокую прочность пленки. При этом концы цепей никогда не лежат в одной плос­ кости [22].

25

Другая теория объясняет повышение прочности тонких клеевых

пленок по сравнению с толстыми пленками принципом уменьшения «вероятности наличия дефектов», что подтверждено опытами опре­

деления прочности нити волокнистых материалов (хлопка, вискозы,

стеклянных волокон) в зависимости от их длины [11].

Кроме сокращения количества дефектов в клеевых прослойках с уменьшением их толщины, повышение прочности объясняется ограничением возможности деформаций, которые обычно сопровож­ дают разрушение пластических материалов, за счет уменьшения по­ перечного сечения. Повышение прочности связи объясняется также сокращением внутренних тангенциальных напряжений, которые,

возникая в клеевой пленке в результате ее усадки во время сушки

клея, препятствуют адгезии и пропорциональны толщине клеевой прослойки [11, 23].

Непосредственно при ремонте шин вопрос о влиянии толщины клеевой пленки на прочность связи начал исследоваться в связи с применением пульверизационного метода нанесения клея. Надо от­ метить, что до последнего времени в практике шиноремонтных предприятий считалось, что чем больше наносится клея на склеива­

емые поверхности, тем выше качество ремонта. На основании ряда наблюдений и специальных опытов в США, Западной Германии и некоторых других странах приходят к выводу, что и при ремонте

шин снижение толщины клеевой пленки до минимума приводит к

значительному увеличению прочности связи [24, 25, 26].

В связи с этим в процессе выполнения описываемой работы бы­

ли поставлены опыты по определению оптимальной толщины клее­ вой пленки.

Для этих целей на зашерохованные пластинки вулканизован­ ной протекторной резины и шиноремонтные материалы наносилась клеевая пленка различной толщины в лабораторных и полупроиз-

водственных условиях. Клей наносился методом пульверизации, так как этот метод обеспечивает нанесение, наиболее равномерной кле­ евой пленки любой заданной толщины.

Клей наносился с помощью пульверизационной установки фир­ мы «Ваку-Лаг» [3]. При этом заготовки модельных образцов укреп­ лялись на беговой дорожке ремонтируемой покрышки, которая по­ мещалась на вращающихся валках установки. В этом случае ими­ тировались производственные условия работы пульверизационной установки. Параллельно для выяснения влияния на прочность свя­ зи условий нанесения клеевой пленки, аналогичные опыты были вы­ полнены на специальном лабораторном стенде.

Стенд представляет собой небольшой вытяжной шкаф, обитый изнутри оцинкованным железом, оборудованный местным освеще­ нием и распылительной системой. Сжатый воздух, подаваемый к стенду от компрессора, очищается от примесей влаги, частиц масла и пыли в воздухоочистителе. Для регулировки давления воздуха и

клея установлены воздушные редукторы. Клей находится в неболь­ шом резервуаре, который помещается в герметически закрытом

25

баке. В крышке бака имеется предохранительный клапан, мано­ метр, краник для снятия давления в баке и заборная трубка, один конец которой опущен в резервуар с клеем, а второй соединен шлангом из бензостойкой резины с распылительным пистолетом.

Клей по заборной трубке и шлангу подается в клеевую камеру пи­

столета, откуда через клеевую форсунку распиливается сжатым

воздухом, который также по шлангу подводится к пистолету. Кон­ струкция пистолета позволяет регулировать величину подачи клея,

а также степень распыливания и размеры конуса распыления пу­ тем перераспределения подачи воздуха через центральные и бо­ ковые отверстия распылительной головки [3].

Рис. 12. Зависимость толщины клеевой пленки от времени ее нанесения методом пульверизации при опытных режимах распы­ ливания на лабораторном стенде (/) и на производственной установке (2)

Пистолет укрепляется неподвижно внутри вытяжного шкафа наспециальных штативах. Заготовки, предназначенные для сборки модельных образцов, располагаются прямо под пистолетом на дни­ ще вытяжного шкафа. Сушка клея и сборка модельных образцов

производится в том же шкафу.

В процессе выполнения экспериментов была отработана мето­ дика сборки образцов, выработаны режимы пульверизации клея при нанесении его на производственной установке и лабораторном стенде. При этом основной задачей являлось получение равномер­ ного слоя клея на поверхности образца любой заданной толщины,

без пузырей и других дефектов.

Для указанных режимов была определена зависимость толщины пленки после сушки клея от времени его нанесения (рис. 12). При этом толщина пленки определялась по весу сухого остатка и удель­ ному весу клеевой резины по формуле:

Р-2— вес пластинки после нанесения на нее клея и полного ис­

парения бензина, а;

27'

S — площадь поверхности резиновой пластинки, см2; I — удельный вес клеевой резины, г/см2.

Как видно из графика (см. рис. 12), толщина пленки прямо про­ порциональна времени нанесения.

На оснований полученных данных по времени пульверизации ре­ гулировалась толщина клеевой пленки при нанесении ее на заготов­

ки модельных образцов, предназначенных для испытаний на дина­

мическую прочность связи.

дит к резкому падению проч-

ности связи. Выносливость образцов снижается в несколько раз и изменяется характер их разрушения: при оптимальной толщине пленки разрушение происходит по резине, а при нанесении пленки

большей толщины — по стыку. Дальнейшее увеличение толщины клеевой пленки свыше 30—40 мк не вызывает снижения прочности связи. Очевидно, что в этом случае прочность связи определяется не силами сцепления, а прочностью самой пленки.

Уменьшение толщины пленки за пределы оптимальной величины также сопровождалось снижением прочности связи вследствие на­ рушения ее непрерывности. Более резкое падение прочности связи

■при испытаниях в полупроизводственных условиях, очевидно, объ­ ясняется некоторой загрязненностью поверхности заготовок модель­ ных образцов при нанесении на них клея, несмотря на большую тщательность выполнения эксперимента. В заводских условиях снижение прочности связи в случае нарушения непрерывности кле­ евой пленки будет еще большим.

Из изложенных в данном разделе сведений вытекают следующие практические рекомендации: в условиях производства для повыше­ ния качеетва ремонта шин необходимо наносить клей на шиноре­

монтные материалы и ремонтируемые покрышки в виде непрерыв­

ной и равномерной пленки толщиной 5—10 мк. Следует учитывать»

28