Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf

скому листу 4. Из-за малой адгезии многих полимерных пленок к металлу поверхность плакируемого листа предварительно грунтуют материалами, имеющими высокую адгезию с металлами и соответ­ ствующими полимерными материалами.

Одним из способов нанесения грунтовки является его накатка валиком 3. После выхода из обжимных валков лента прогревается в нагревателях 6, при этом происходит прочное схватывание слоев металлопласта.

Методом погружения в жидкий или пастообразный полимерный материал наносят покрытия из полиэтилена, полихлорвинила и ма­ териалов на основе этилцеллюлозы. При этом деталь достаточно равномерно покрывается пленкой, окончательное схватывание и за­ твердевание которой происходит во время сушки. При массовомч производстве сушку производят в печах с инфракрасным излуче­ нием.

Спекание основано на покрытии порошком деталей, нагретых до температуры, при которой происходит плавление материала по­ крытия. На поверхности детали частицы расплавляются и спекают­ ся в тонкий слой. Обычно после спекания разглаживают поверх­ ность, подогревая ее пламенем. Этим методом наносят покрытия из чистого полиэтилена, полиамидов и других материалов.

§ 4. Клеи и герметики из синтетических материалов

Синтетические материалы широко применяются для склеива­ ния и герметизирования изделий.

Склеивание металлических, деревянных, силикатных и пласт­ массовых деталей обеспечивает высокую прочность соединений, не вызывает ослабления сечений, характерного для других видов сое­ динений, и сравнительно дешево. Недостатком клеевого соединения является недопустимость несимметричных нагрузок.

По отношению к тепловому воздействию различают обратимые и необратимые клеи и герметики. Основу обратимых составляют термопластичные полимеры. Выполненные с их помощью клеевые соединения при нагреве легко разрушаются. Поэтому обратимые клеи и герметики находят ограниченное применение, в основном для соединения или уплотнения деталей из термопластичных мате­ риалов и материалов, не подвергаемых нагреву и высоким нагруз­ кам (картон, бумага, ткань и др.).

Основой необратимых клеев является отвердевающий полимер

всмеси с отвердителями и ускорителями процесса отвердевания.

Взависимости от того, при каких температурах происходит отвер­ девание, различают составы холодного и горячего отвердевания.

Так как первые затвердевают при комнатной температуре, смеши­ вать полимер с отвердителем или ускорителем необходимо непо­ средственно перед склеиванием.

У клеев и герметиков горячего отвердевания реакция между полимером и отвердителем или переход полимеров из термореак­ тивной стадии в термостабильную происходит при повышенной тем­

501

пературе (100—180°). При этом скорость и полнота отвердевания, а также прочность шва находятся в прямой зависимости от темпера­

туры нагрева склеиваемых изделий.

Для регулирования вязкости в клеи вводят растворители, кото­ рые часто одновременно выполняют роль стабилизаторов, замедля­ ющих отвердевание во время хранения материала. Использование клеев с растворителем усложняет технологию склеивания, что обус­ ловлено необходимостью «сушить» покрытую клеем поверхность для удаления растворителя, так как присутствие последнего задер­ живает отвердение шва, уменьшает адгезию клея к поверхностям твердых тел и уменьшает теплостойкость клеевых соединений. Сле­ дует иметь в виду, что уменьшение толщины пленки клея приводит к ускорению испарения растворителя, а удаление последнего — к постепенному отвердеванию и потере клеящих способностей. Поэ­ тому выдержку поверхностей до склеивания необходимо осущест­ влять в соответствии с техническими условиями соответствующих клеев, а совмещение их производить с большим давлением.

Наполнители снижают усадку клеев и герметиков, что умень­ шает опасность расѴрескивания швов, увеличивает прочность сое­ динений и повышает теплопроводность швов. В качестве наполни­ телей применяются порошки металлов, древесная мука, коллоид­ ная окись кремния, стеклоткань, стекловолокно и др.

Широкое распространение в качестве клеев получили фенолоформальдегидные смолы. Они применяются для склеивания древе­ сины, текстолита, пенопласта и др. При наличии растворителей — спирта или ацетона — отвердевание этих смол замедляется, что облегчает их хранение. Особенностью клеев на основе фенолоформальдегидных смол является водостойкость, что обусловило их при­

менение для производства фанеры.

Для склеивания металлических конструкций применяется клей на основе фенолоформальдегида, который модифицируется для при­ дания ему большей адгезии к металлу. Широко известны клеи типа БФ, получаемые модифицированием фенолоформальдегида бутваром, клей ВК-32-ЭМ, полученный взаимодействием эпоксидной и фенолоформальдегидной смол, и др.

Для повышения упругости швов в клеи часто вводят пластифи­ катор (10—15% жидкого-тиокола). Швы из фенолоформальдегидных и особенно из фенолоформальдегидно-эпоксидных смол отли­ чаются высокой прочностью на сдвиг (до 300 кГ/см2), уменьшаю­ щейся с повышением температуры до 80—140°.

Для склеивания металлов, пенопластов с металлами, деревом или стеклотекстолитом применяют полиуретановые клеи (напри­ мер,-ПУ-2), получаемые смешиванием полиэфира с диизоциантом. Реакция смолообразования наиболее полно протекает при нагреве смеси (шва) до температуры 80—100°. Прочность швов из полиуре­ тановых клеев несколько ниже, чем из фенолоформальдегидных, однако они отличаются малой усадкой, высокой ударной прочно­ стью, водо-, масло-, бензо- и морозостойкостью. Пленки из поли­ уретановых клеев обладают высокой адгезией к металлам и мпо-

502

гим другим материалам. Все эти свойства обусловили использова­ ние полиуретанов в качестве герметиков.

ДЛя герметизации металлоконструкций широко используется тиоколовый каучук (тиокол), который отличается газонепроницаемостью. Вулканизация тиокола происходит при комнатной темпе­ ратуре. В качестве вулканизатора используется перекись марганца. Пленка тиокола водо-, бензо- и маслостойка выдерживает длитель­ ное воздействие кислорода*воздуха и сохраняет прочность на сжа­ тие при повышении температуры до 130°. Недостатком его является низкая адгезия к металлу, в связи с чем необходимо на поверх­ ность предварительно наносить слой какого-либо резинового клея.

Получил распространение в качестве герметика жидкий тио­ кол — более низкомолекулярное соединение, чем тиоколовый кау­ чук, Шов из жидкого тиокола отличается высокой адгезией к ме­ таллам, прочностью и стойкостью к маслу и бензину.

В качестве герметиков используют растворы фенолоформальдегидных смол, совмещенных с нитрильным каучуком. Эти растворы не нуждаются в вулканизации, обладают хорошей адгезией к ме­ таллу, герметизирующая пленка из них сохраняет прочность до температуры 100° и обладает тепло- и маслостойкостью.

§ 5. Формирование изделий из резины

Натуральный и синтетический каучук. Основой натурального каучука является млечный сок (латекс) бразильской гевеи, расту­ щей в Бразилии, Юго-Восточной Азии, на о-ве Шри Ланка, Малай­ ском архипелаге и в других местах. Латекс представляет собой молочно-белую жидкость со слабым желтым, розовым или серова­ тым оттенком. Собранный из надрезов на коре латекс отстаивается в течение нескольких часов, а затем концентрируется центрифуги­ рованием или выпариванием до 61—68%.

Синтетические каучуки (натрий-бутадиеновые, бутадиен-сти- рольные, изопреновые, бутадиен-нитрильные, хлоропреновые и др.) получают методами полимеризации и поликонденсации.

Впервые технологию получения синтетического натрий-бута- диенового каучука разработал советский ученый С. В. Ле­ бедев.

Для получения каучука пары этилового спирта при температу­ ре 400—500° в присутствии катализатора в контактной печи разла­ гаются с образованием 26—28% бутадиена (дивинила) и других продуктов — этилена, ацетилена, изобутилена, альдегидов, высших спиртов и др. Бутадиен отделяют от спирта и примесей и подверга­ ют полимеризации с помощью металлического натрия. Полученный в результате полимеризации каучук обрабатывают в вакуум-мешал­ ке (для удаления летучих примесей и придания ему однородности), а затем — на листовальных или рафинирующих вальцах.

Наиболее распространенным является бутадиен-стирольный каучук, в котором около 30% бутадиена заменено стиролом (бес­ цветной, с острым запахом жидкостью, кипящей при температуре

503

143°). Этот каучук получают совместной полимеризацией бутадиена и стирола, взятых в соотношении 7 : 3.

Хлоропреновый каучук получают в результате полимеризации хлоропрена в эмульсии. Промышленностью выпускается два вида хлоропреновых каучуков — иаирит и наирит С. Наирит — продукт полимеризации хлоропрена; наирит С получают совместной поли­ меризацией хлоропрена с небольшим количеством стирола. Стирол в наприте облегчает переработку каучука.

Приготовление резиновых смесей. Первичной операцией пере­ работки натурального каучука является вулканизация, в процессе которой образуются поперечные химические связи между молеку­ лярными цепями каучука. Этот процесс может происходить под вли­ янием химической реакции, световой и тепловой энергии, радиации и др.

Вулканизация может быть горячей и холодной и протекает с присутствием вулканизаторов, ускорителей, активаторов и др. При горячей вулканизации резиновую смесь с серой, окисью цинка и некоторыми другими веществами выдерживают определенное вре­ мя при температуре 130—170°. Холодная вулканизация протекает при комнатной температуре.

Наиболее распространенным вулканизатором является сера. Применяют в качестве вулканизаторов перекись марганца, пере­ кись свинца (тиоколовый каучук), перекись бензола с усиливаю­ щими наполнителями— окисью кремния или окисью титана (тер­ мостойкая полнсилоксановая резина).

Свойства резины в значительной степени определяются дози­ ровкой вулканизатора. Для получения мягкой резины в смесь вво­ дят от 1,5 до 6 весовых частей серы на 100 весовых частей каучука. При увеличении серы до 30—40 весовых частей получается жест­ кая резина, называемая эбонитом. Для придания резине требуемых свойств в исходную смесь каучука вводят различные материалы, называемые ингредиентами. В зависимости от свойств и назначе­ ния ингредиенты делятся на вулканизирующие, ускорители вулка­ низации, активаторы ускорителей, усилители, красители, наполни­ тели, мягчители, противостарители и др.

Ускорители сокращают время вулканизации, уменьшают по­ требное количество вулканизатора, позволяют снизить температу­ ру процесса. При вулканизации они взаимодействуют не только с вулканизатором, но и с каучуком, что оказывает непосредственное влияние на образование пространственных структур резины«. В ка­ честве ускорителей применяют окиси магния и свинца, гидроокись кальция, окись цинка, окись кремния, окись титана. Для ускорения вулканизации натрий-бутадиенового каучука применяют едкий натрий, углекислый и двууглекислый натрий. При вулканизации эбонитовых смесей применяют окись магния.

Активаторы сокращают время вулканизации и повышают проч­ ность резины. Для органических ускорителей в качестве активато­ ров применяют цинковые белила и окись магния. Употребляемые в качестве активаторов окислы металлов в присутствии жирных кис­

504

лот (стеариновой, олеиновой и др.) обеспечивают переход ускори­ телей в солеобразное состояние, что способствует лучшему их раст­

ворению в смесях. Это облегчает взаимодействие серы и ускорите­ лей.

Наполнители в зависимости от влияния иа резиновую смесь разделяют на активные (усилители) и неактивные. Активные на­ полнители вводят в резиновую смесь как для увеличения ее объема, так и для улучшения свойств резины, неактивные — только для уве­ личения объема. К активным наполнителям относят сажу (вводят 30 60%), цинковые белила (20—25%), каолин (до 50%), белую сажу (до 60%). Белая сажа (коллоидная кремнекислота) вводится как усилитель в синтетические каучуки. Каолины повышают масло­ стойкость и теплостойкость резины, но снижают прочность на раз­ рыв.

Для придания резине требуемой окраски в смесь вводят орга­ нические и неорганические красители, отличающиеся светостой­ костью, устойчивостью при вулканизации и большой красящей спо­ собностью (окись титана и хрома, цинковые белила, охра).

Для облегчения смешения каучука с порошковыми материала­ ми и обработки резиновой смеси в нее вводят в количестве 5-—20% мягчители (мазут, гудрон, масла, каменноугольные смолы, сосно­ вую смолу, канифоль, растительные масла, стеариновую и олеино­ вые кислоты, полидиены и др.).

Под длительным действием кислорода воздуха происходит ста­ рение резины, заключающееся в изменении физических, химических и механических свойств. Для предохранения от старения в состав резиновых смесей вводят 0,5—2% от веса каучука противостарители — вещества, вступающие в химическое взаимодействие с кисло­ родом и предохраняющие этим резину от старения. В качестве противостарителей используют неозод Д (порошок светло-серого или светло-коричневого цвета) и эджерайт (смола желтого цвета с тем­ пературой плавления 65—-700) и др.

Для облегчения технологических операций в резиновые смеси вводят ингредиенты специального назначения; ускорители пласти­ кации; вещества, предотвращающие преждевременную вулканиза­ цию; облегчающие вулканизацию эбонита; повышающие морозо­ стойкость волокнистые вещества (асбест); абразивную пыль, при­ дающую резине свойства шлифующих материалов, и др.

Перед смешением с ингредиентами каучук подвергают пласти­ кации, что увеличивает его пластичность и мягкость. Пластикация производится в валковых резиносмесителях или червячных пластикаторах. При этом натуральный каучук благодаря механическому воздействию, нагреву (до 150—200°) и окислению кислородом воз­ духа становится пластичным и легко смешивается с сыпучими ма­

териалами.

Смешение каучука с ингредиентами происходит механическим способом на вальцах или в смесителях. Качество смеси зависит от равномерности распределения ингредиентов в каучуке и соблю­ дения оптимальных режимов смешения. Увеличение времени сме­

505