¿Qué método puede prevenir la oxidación sin afectar la adherencia entre el caucho y el marco?
1. Tratamiento superficial del esqueleto metálico
Para obtener una buena adherencia y resistencia ambiental, el tratamiento superficial del esqueleto metálico es un vínculo muy importante. Para garantizar una unión fuerte, se debe eliminar el aceite, el óxido y las impurezas contaminadas por el metal y se debe aumentar adecuadamente el área de unión entre el caucho y la estructura metálica. El tratamiento superficial del esqueleto metálico afecta directamente la fuerza de unión y la durabilidad del caucho y el metal. El tratamiento superficial del esqueleto metálico consiste en cambiar su estado superficial para obtener una superficie limpia, seca, rugosa y activa, que pueda cumplir con los requisitos de infiltración, difusión y penetración del adhesivo, y mejorar la resistencia de unión y la durabilidad del caucho y metal. El tratamiento superficial de marcos metálicos incluye la eliminación de óxido, polvo y aceite.
1.1 Tratamiento de granallado superficial del esqueleto
La corrosión y el polvo en la superficie del esqueleto metálico a menudo se tratan mediante métodos mecánicos, que incluyen principalmente lijado, pulido con cepillo de alambre y pulido con rueda de alambre. , torneado y voladura. El método de tratamiento apropiado debe seleccionarse en función de los requisitos de resistencia y apariencia del esqueleto metálico y la dureza del material del esqueleto. La mayoría de los materiales de esqueleto metálico utilizados por nuestra empresa tienen una alta dureza y se utiliza granallado para eliminar el óxido y el polvo. Después de que la granada de acero golpea la superficie del hueso a alta velocidad, la red cristalina de la superficie del hueso se distorsiona, lo que aumenta la dureza de la superficie del hueso y forma muchos microporos. Se puede ver bajo un microscopio electrónico de barrido que la superficie del metal después del granallado está cubierta con ranuras y bordes [65433] Después del granallado, debido a los movimientos del cristal en la superficie del metal, como macla, deslizamiento del plano cristalino, deslizamiento del límite de grano y Cambio de fluencia por difusión, lo que resulta en una gran cantidad de deformación plástica en forma de hoyos, lo que aumenta la rugosidad de la superficie. El deslizamiento de los límites de grano es el más importante y la densidad de dislocación de la superficie aumenta considerablemente. Además, se produce un refinamiento del subgrano y del grano, lo que conduce a deformaciones plásticas y cambios estructurales, y la estructura inestable pasa a un estado estable.
Los parámetros del proceso que afectan y determinan el efecto del granallado son: material del granallado, forma del granallado, tamaño del granallado y relación de distribución, calidad del granallado, dureza del cuerpo del granallado, caudal del granallado, velocidad, ángulo, granallado. tiempo, la distancia desde la boquilla (o impulsor centrífugo) hasta la superficie de la pieza, etc. Estos parámetros afectarán directamente al efecto de granallado de las piezas.
Los puntos clave y las precauciones para el granallado de marcos son los siguientes:
(1) El granallado no es adecuado para marcos metálicos cuyas placas de marco sean demasiado delgadas (menos de 0,6 mm) y se deforman fácilmente.
② Durante el proceso de granallado, el granallado excesivo provocará microfisuras en la superficie del esqueleto metálico, lo que provocará peligros ocultos para el uso de la pieza de trabajo. Las investigaciones [2] muestran que el granallado excesivo es. perjudicial para la fuerza de unión, por lo que se debe evitar el granallado excesivo.
(3) Establezca un tiempo de granallado razonable según sea necesario, y el tiempo no debe ser demasiado largo para garantizar que se pueda eliminar la suciedad de la superficie. Cuando la suciedad de la superficie del esqueleto no se ha limpiado después de un largo período de granallado, no se debe extender el tiempo de granallado. Se pueden considerar otros métodos, como el grabado ácido.
④ Si la rugosidad de la superficie del esqueleto de metal después del granallado es demasiado grande o demasiado pequeña, la fuerza de unión se reducirá. La rugosidad de la superficie del esqueleto debe verificarse después de cada granallado para controlar el granallado. efecto de granallado.
⑤La dureza de la granalla de acero utilizada para el granallado debe ser moderada. Una dureza baja tendrá un efecto de granallado deficiente. La granalla de acero de alta dureza provocará grandes pérdidas y dañará el tamaño de las partículas de la granalla de acero. El diámetro del perdigón de acero utilizado habitualmente también debe ser moderado: 0,6 mm ~ 1,0 mm.
1.2 Tratamiento de limpieza superficial del esqueleto
Las piezas metálicas quedarán contaminadas por una gran cantidad de aceite durante el almacenamiento, transporte, corte y procesamiento. Mediante la disolución y saponificación del agente limpiador, así como la humectación, penetración, dispersión y otros efectos físicos del surfactante, la suciedad se disuelve y dispersa, saliendo de la superficie metálica, y el agente limpiador ocupa la superficie, permitiendo la limpieza. agente se evapore para obtener una superficie limpia. Existen muchos métodos de limpieza para eliminar manchas de aceite en la superficie de los huesos. Los líquidos de limpieza utilizados actualmente incluyen principalmente las siguientes categorías: agentes de limpieza a base de disolventes orgánicos a base de gasolina, queroseno o hidrocarburos halogenados que contienen principalmente ácidos, álcalis y sales; , etc. Soluciones de sustancias químicas para remojo y limpieza; agentes de limpieza a base de agua con tensioactivos como componentes principales; agentes de limpieza emulsionados con tensioactivos y disolventes orgánicos como componentes principales. Sin embargo, cuando cada método se utiliza solo, el efecto de limpieza no es ideal. Nuestra empresa adopta una combinación de dos pasos: limpieza con solvente y luego limpieza con vapor, lo que logra resultados ideales.
Hay muchos factores que afectan el efecto de limpieza de superficies de los esqueletos metálicos, y la situación también es muy complicada, pero se pueden resumir de la siguiente manera:
(1) El tipo de material del propio metal. Los diferentes materiales metálicos tienen diferentes estructuras metálicas y actividades superficiales, lo que dará lugar a una adhesión diferente a la suciedad y requerirá diferentes métodos. Por ejemplo, los metales ferrosos son muy diferentes de los metales no ferrosos.
②Estado de la superficie del metal. Las superficies lisas son más fáciles de limpiar que las rugosas. Además, las superficies planas con formas simples son más fáciles de eliminar que las superficies complejas, curvas o irregulares.
(3) Tipo y naturaleza de la suciedad. La composición química, la cohesión y las propiedades reológicas de la suciedad tienen una gran influencia en la adherencia de la superficie metálica, y los métodos de limpieza también varían mucho.
④La cantidad, concentración o espesor de la suciedad superficial. Es necesario considerar factores como la suciedad original en la superficie, la distribución de la suciedad en la superficie y la suciedad residual permitida después de la limpieza de la superficie. La velocidad de limpieza se refiere a la cantidad de suciedad eliminada de la superficie del hueso por unidad de tiempo. Durante el proceso de limpieza, la velocidad de limpieza cambia continuamente, disminuyendo a medida que disminuye la suciedad de la superficie. En general, en la primera mitad de todo el proceso de limpieza, se puede eliminar una media del 90%-95% de la suciedad. La suciedad restante debe eliminarse en la segunda mitad y se vuelve más difícil de eliminar hacia el final. .
⑤Solución de limpieza media. Los diferentes disolventes orgánicos tienen diferentes efectos de limpieza sobre la grasa, y las soluciones químicas con diferentes composiciones y concentraciones tienen diferentes efectos de limpieza sobre las manchas de aceite y el óxido. En términos generales, cuanto mayor sea la concentración y temperatura de la solución, mejor será el efecto de limpieza.
⑥Efectos físicos y mecánicos externos. Añadiendo fuerza externa se puede aumentar la velocidad de limpieza de la superficie o intensificar el proceso de limpieza. Por ejemplo, aumentar la agitación o la fluidez de la solución puede acelerar el desprendimiento de suciedad; aumentar la presión del medio de la solución puede aumentar la permeabilidad de la solución y hacer que la suciedad abandone la superficie; el aumento de la vibración o los campos ultrasónicos puede hacer que la suciedad sea más fácil de eliminar; aflojar y disolver más rápido en el medio de la solución, la velocidad y la eficiencia de la limpieza mejoran enormemente.
Se puede observar que en la limpieza de superficies metálicas, además de seleccionar medios de limpieza en solución eficaces, también se deben tomar algunas medidas necesarias según los requisitos de limpieza de la superficie para obtener resultados rápidos, eficientes y de alta calidad. resultados de limpieza.
Los puntos clave y las precauciones en el proceso de limpieza del esqueleto son los siguientes:
① Seleccione el agente de limpieza adecuado según la naturaleza y características de la mancha de aceite. Tienen una alta capacidad de eliminación de manchas de aceite y capacidad de evaporarse de la superficie del hueso.
② Durante la limpieza con solvente, la concentración del líquido de limpieza tiene una relación no lineal con el efecto de limpieza. No es ideal aumentar la concentración del agente de limpieza para mejorar el efecto de limpieza. Si el primer efecto de limpieza no es bueno, generalmente se utiliza un segundo método de limpieza, que puede lograr buenos resultados sin aumentar la concentración.
(3) La cantidad de limpieza a la vez no debe ser excesiva. El esqueleto limpio no se puede manipular directamente con la mano.
④Utilizar el "método de la película de agua" para comprobar si se ha eliminado la mancha de aceite es un método sencillo y fiable para controlar el efecto de limpieza.
2. Métodos y tecnologías de unión
Los métodos de unión comúnmente utilizados entre caucho y metal incluyen unión dura, unión con revestimiento de latón, unión con pegamento y unión directa[3]. El método de unión adhesiva se utiliza ampliamente debido a su proceso simple y alta confiabilidad. Las resinas fenólicas, los poliisocianatos y los polímeros halogenados son los tres principales materiales de matriz comúnmente utilizados en los adhesivos. El sistema adhesivo más utilizado es la serie American Chemlok, que se divide en imprimación y capa superior. El componente principal de la imprimación (como Chemlok205) es la resina fenólica. A través de una fuerte adsorción física y la interacción química con la superficie del metal, se generan enlaces secundarios y enlaces químicos para obtener una alta fuerza de unión. El componente principal de la capa superior (como Chemlok220) es un polímero halogenado, que se encuentra en la capa intermedia de la imprimación y el caucho. A través de la penetración mutua y el agente reticulante altamente activo agregado internamente, la imprimación/capa superior y la capa superior se unen. unido durante el proceso de vulcanización en caliente. Se produce una reacción de reticulación en la interfaz pintura/caucho.
Hay muchos factores que afectan la fuerza de unión, incluyendo principalmente los siguientes aspectos:
① La polaridad del adhesivo es demasiado alta, lo que dificultará el proceso de humectación y conducirá a una disminución. en adherencia. Las fuerzas intermoleculares son las que proporcionan la adhesión, pero no son las únicas. En algunos casos especiales, otros factores también pueden desempeñar un papel dominante. Cuando el adhesivo líquido no puede penetrar bien la superficie adherente, las burbujas de aire que quedan en el espacio formarán una capa límite débil. Para otro ejemplo, cuando las impurezas se pueden disolver en el adhesivo fundido pero no en el adhesivo curado, se formará otra fase en el adhesivo curado y habrá un espacio entre el adherente y el adhesivo en su conjunto, una capa de interfaz débil. se formará entre ellos. La relajación de la tensión y el desarrollo de grietas de esta capa de interfaz débil variarán, afectando en gran medida el rendimiento general del material y del producto.
(2) La teoría del enlace químico cree que a veces se producen enlaces químicos entre el adhesivo y las moléculas adherentes, como el efecto de enlace del agente de acoplamiento, la interfaz de enlace entre el caucho vulcanizado y el metal recubierto de cobre, Interfaz de unión de isocianato y metal y caucho, etc. Los enlaces químicos son mucho más fuertes que las fuerzas de van der Waals. La formación de enlaces químicos no sólo puede mejorar la fuerza de unión, sino también superar las deficiencias de la desorción y el daño a las uniones unidas.
(3) Desde una perspectiva física y química, la acción mecánica no es un factor de adhesión, sino un método para aumentar el efecto de adhesión. El adhesivo penetra en las grietas o depresiones de la superficie del adherente y, después de solidificarse, genera una fuerza de malla en el área de la interfaz, similar al efecto de las raíces de los árboles implantadas en el suelo. La esencia de la fuerza de conexión mecánica es la fricción. Al unir materiales porosos, papel, tejidos, etc.
, la fuerza de conexión mecánica es importante, pero para algunas apariencias sólidas y suaves, tiene poca importancia.
Los puntos clave y las precauciones del proceso de recubrimiento con pegamento son los siguientes:
①Seleccione la imprimación según los diferentes materiales del esqueleto y la capa superior según el tipo de material de caucho.
② Seleccione un diluyente adecuado y diluya el adhesivo en una proporción razonable de acuerdo con el proceso de recubrimiento del pegamento y las condiciones del equipo.
(3) Antes de pegar, verifique si la gravedad específica y la viscosidad del adhesivo están calificadas para garantizar la estabilidad de la calidad del adhesivo.
(4) Antes de realizar trabajos de encolado de superficies, asegúrese de que la imprimación se haya secado completamente. El secado se puede acelerar para evitar que el encolado de superficies (que suele tener poca adherencia al metal) penetre en el esqueleto metálico. superficie, afectando el efecto de unión.
⑤ Generalmente, la fuerza de unión aumenta a medida que aumenta el espesor de la capa adhesiva, pero una capa adhesiva demasiado gruesa es perjudicial para la fuerza de unión. Los estándares recomendados de inspección del espesor de la capa de pegamento son los siguientes: recubrimiento base de 5 ~ 12 micrones, recubrimiento superior de 12 ~ 25 micrones y la suma del espesor del recubrimiento inferior y del recubrimiento superior de 17 ~ 37 micrones.
⑥ Protección El esqueleto está recubierto con adhesivo para aislar el polvo, el aire, la humedad y otros contaminantes. Use guantes limpios para evitar la contaminación por el sudor y la grasa de los dedos. Manténgalo alejado de la luz solar y los rayos ultravioleta.
3. Fórmula de la mezcla de caucho
3.1
Tipo de matriz de caucho
Caucho altamente polar, como caucho nitrilo, Neopreno, etc., se adhieren fácilmente a marcos metálicos. Se puede lograr una buena fuerza de unión mediante el uso de adhesivos extremadamente polares que crean enlaces de alta valencia. Para el caucho no polar, como el caucho de estireno-butadieno, caucho natural, etc., es difícil obtener una buena adhesión utilizando adhesivos polares o no polares sólo a través de enlaces divalentes, y es necesario formar un enlace de valencia primario entre el caucho. y el adhesivo (reticulación) puede lograr una mayor fuerza de unión [4]. En este sentido, además de mejorar el sistema de vulcanización, también es imprescindible el uso de conglomerantes altamente activos. Por lo tanto, el caucho ordinario con alta insaturación y polaridad es fácil de unir y tiene una alta fuerza de unión; el caucho no polar con alta saturación es difícil de unir y tiene una baja fuerza de unión. Normalmente, el orden de fuerza de unión de varios cauchos es: NBR > CR & gtSBR & gtNR & gtBR & gtIIR & gtEPDM.
3.2
Refuerzo de caucho Sistema de llenado
La fuerza de unión del caucho está estrechamente relacionada con la fuerza del caucho mismo, por lo que la cantidad de agente de refuerzo tiene una gran influencia en la fuerza de unión. Dentro de un cierto rango, a medida que aumenta la cantidad de agente de refuerzo, aumenta la fuerza de unión. Generalmente, el caucho vulcanizado es fácil de unir cuando la dureza está entre Shore A55 y 80, pero cuando la dureza es inferior a Shore A45, es difícil obtener una mayor fuerza de unión.
La superficie de las partículas de sílice es una superficie ácida altamente activa caracterizada por una estructura de silanol. El agua se adsorbe en la superficie activa de los iones de sílice, fijando el agua en forma de agua líquida, uniendo y distribuyendo uniformemente el agua por todo el material de caucho, reduciendo la concentración de agua en la interfaz entre el caucho y el adhesivo y evitando que el agua se adhiera al adhesivo. Destrucción de la estructura del agente. Por tanto, el uso de negro de humo blanco es muy beneficioso para la adhesión.
Los suavizantes, plastificantes, antioxidantes cerosos, etc. del caucho migrarán a la superficie del caucho durante el proceso de vulcanización del caucho, penetrarán en la capa de caucho e incluso en la superficie del esqueleto metálico, debilitando los enlaces secundarios del El adhesivo no favorece la adhesión. La cantidad de aceite y plastificante no debe exceder las 20 partes en masa, y el impacto más significativo de los plastificantes de éster en la adhesión debe ser inferior a 10 partes en masa. Los rellenos como la parafina, el aceite aromático y el aceite alcano son fáciles de rociar y acumular en la interfaz caucho/adhesivo, lo que dificulta la reacción completa del caucho/adhesivo. Por lo tanto, si se cumplen los requisitos de uso, utilícelo lo menos posible o lo menos posible.
3.3 Sistema de vulcanización del caucho
En primer lugar se debe humedecer bien el adhesivo y el caucho, lo que proporciona las condiciones favorables para una buena unión. Más importante aún, utilice el reticulante adecuado. Cuando se mueve hacia la interfaz de enlace y crea enlaces cruzados en la interfaz de enlace, los enlaces de valencia primarios se combinan, lo que da como resultado una alta fuerza de enlace. En términos generales, la fuerza de unión de los diferentes sistemas de vulcanización es: sistema de vulcanización convencional > sistema de vulcanización semieficaz > sistema de vulcanización eficaz > sistema de vulcanización con peróxido. El largo período de quemado del caucho es beneficioso para la adhesión.
4. Proceso de vulcanización
4.1 Presión de curado
Durante el proceso de vulcanización del caucho y curado del adhesivo, es necesario moldear completamente la mezcla de adhesivo y caucho en estrecho contacto. . Durante el proceso de vulcanización del caucho, la función de la presión es evitar burbujas, hacer que el caucho sea denso, mejorar las propiedades físicas y mecánicas del compuesto de caucho y la usabilidad del producto, y mejorar la fuerza de unión entre el compuesto de caucho y el material del esqueleto. . La presión tiene una gran influencia en la fuerza de unión. En términos generales, aumentar la presión de curado puede mejorar la fuerza de unión, pero incluso si la presión alcanza un cierto valor, la fuerza de unión no mejorará.
4.2 Temperatura de vulcanización y factores de tiempo
Muchos estudios han demostrado [5-8]: La temperatura tiene un impacto importante en el grado de difusión entre el adhesivo y el caucho. Una combinación razonable de temperatura. y el tiempo puede Para lograr el efecto de unión ideal durante el proceso de vulcanización, tanto el azufre insuficiente como el exceso reducirán la fuerza de la unión. La temperatura de reacción inicial de la mayoría de los adhesivos es de 120°C, que es demasiado baja para alcanzar la temperatura crítica de la reacción de curado del adhesivo. Cuando la temperatura es demasiado alta y la velocidad de curado es demasiado rápida, la velocidad de curado del adhesivo y la velocidad de reticulación del caucho están desequilibradas y no se puede obtener la fuerza de unión ideal. Generalmente, la temperatura de curado razonable es de 140 ~ 180 ℃ y el tiempo de curado está estrechamente relacionado con la temperatura de curado.
La fuerza de unión obtenida mediante vulcanización a alta temperatura y corto tiempo no es tan alta como la obtenida mediante vulcanización a baja temperatura y largo tiempo. Para cauchos diénicos de uso general, como el caucho natural, la fuerza de unión es mayor cuando el estado de vulcanización se alcanza dentro del rango de temperatura de 140°C a 150°C.
4.3
Diseño del molde de vulcanización
Al diseñar el molde de vulcanización, se debe garantizar que las piezas metálicas se puedan quitar y colocar fácilmente en la cavidad del molde. y se debe evitar la superficie de separación del molde en las partes clave de unión de las piezas unidas. Si el diseño del molde fija la superficie de separación desde la unión del esqueleto de caucho/metal, inevitablemente habrá un problema de que el caucho fluya sobre la superficie de separación. En la etapa inicial de vulcanización, el caucho aún no ha formado suficiente * * * reticulación con el adhesivo. El caucho se moverá en la unión donde el esqueleto está recubierto con adhesivo, afectando la * * * reticulación entre el caucho. y el adhesivo. Si es necesario instalar un molde de separación en el plano pegado, es necesario asegurarse de que los moldes encajen bien para evitar espacios excesivos en la superficie de separación, moldes desiguales o cantidades excesivas de pegamento, que causarían una gran cantidad. de pegamento se desborde desde aquí y se lave el pegamento, provocando su disipación.
Evite colocar el puerto de inyección de pegamento del molde demasiado cerca de la superficie recubierta de caucho de las piezas metálicas; de lo contrario, el pegamento recubierto en la superficie de las piezas metálicas se eliminará durante la inyección de caucho. la cavidad del molde, provocando una mala adherencia.
Evita fallos de unión provocados por la expansión del caucho. Cuando el compuesto de caucho se vulcaniza mediante calor, la expansión térmica interna del compuesto de caucho debido al calor hace que el compuesto de caucho se deslice sobre la superficie del esqueleto metálico, impidiendo la reacción completa entre el compuesto de caucho y el adhesivo. Este tipo de expansión es particularmente prominente en caucho con una gran tasa de expansión, como el caucho EPDM. Generalmente, se utiliza el método de transferencia e inyección de molde y se agregan ranuras de caucho para reducir la tensión causada por la expansión del material de caucho y evitar que el material de caucho se deslice sobre la superficie del esqueleto metálico. Al mismo tiempo, es necesario aumentar el número de escapes para facilitar el desbordamiento del pegamento.
Evitar moldear el producto durante demasiado tiempo antes de la vulcanización. Hay muchas razones para esta situación, como moldes complejos, operadores no calificados, viscosidad Mooney demasiado alta del caucho mezclado, dificultad en el flujo o velocidad de vulcanización demasiado rápida, etc. Cuando el producto se vulcaniza, el adhesivo comienza a reticularse antes de que el compuesto de caucho haya llenado toda la cavidad del molde. Los adhesivos y compuestos de caucho no pueden reticularse lo suficiente, lo que provoca fallos en la unión.
4.4 Otros factores que influyen
En comparación con la vulcanización por moldeo ordinaria, la vulcanización por moldeo por inyección puede lograr una mayor fuerza de unión.
Antes de la vulcanización, el esqueleto metálico recubierto con adhesivo se precalienta a una temperatura determinada para precurar el adhesivo, lo que puede aumentar significativamente la fuerza de unión entre el metal y el caucho.
Yan Jiashi [9] descubrió que el campo eléctrico puede cambiar significativamente la adhesión entre el caucho y el metal durante el proceso de vulcanización. Cuando la pieza de metal se conecta al electrodo negativo de la fuente de alimentación de CC, la fuerza de unión entre el caucho vulcanizado y el metal aumenta entre un 28% y un 30%. Cuando se invierte el electrodo que conecta la muestra de caucho y metal, la fuerza de unión disminuye. entre un 10% y un 15%.
Conclusión
La unión adhesiva es uno de los pasos más importantes del proceso en la fabricación de caucho, esqueleto y otros materiales compuestos. La unión implica la interacción entre sistemas de múltiples componentes, lo que resulta en factores complejos que afectan la unión. Los mecanismos de unión y los factores que afectan la unión de piezas de unión de diferentes materiales y estructuras son diferentes. Se deben realizar diferentes análisis según la situación específica y se deben tomar las medidas efectivas correspondientes para mejorar la calidad de la unión. Se puede considerar que para obtener productos compuestos de caucho/esqueleto de alto rendimiento, además de seleccionar el material del esqueleto apropiado, es más importante adoptar métodos que incluyan el tratamiento de la superficie del esqueleto, la combinación del material de caucho, el proceso de vulcanización del caucho y el método de unión. y proceso de vinculación y tecnología de vinculación relacionada, incluida la teoría. Solo si cada paso se realiza adecuadamente, el producto podrá mantener la integridad del material del marco y el caucho cuando se use en condiciones difíciles. Todos estos procesos técnicos están entrelazados como una cadena y cada eslabón debe estar intacto para garantizar el efecto de unión. Los cambios en cualquier enlace conducirán al fracaso de la aplicación, y una unión exitosa depende de un control perfecto de todos los procesos.