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 температурную стойкость изделия. Клеями крепят резину к стали и другим металлам.

Технологический процесс крепления сводится к очистке металлической поверхности, обезжириванию и нанесению на нее тонкого слоя клея. После просушки арматуры с нанесенным слоем клея на нее накладывают резиновую смесь и вулканизуют деталь.

Пленка альбумина обладает хорошей адгезией к металлу, но она не эластична. Поэтому к ней добавляют латекс для получения эластичной пленки с хорошей адгезией.

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

Достоинства метода: нетоксичность латексно-альбуминных
клеев.

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

Очищенную поверхность металла покрывают слоем жидкого термопренового клея (78%-ного). После сушки этого слоя на него наносят еще 1–2 слоя обычного резинового клея, сразу накладывают и прикатывают невулканизированную резину, поверхность которой предварительно «освежают» бензином. Изделие обматывают влажным бинтом и вулканизуют в котле. По окончании вулканизации в котел вводят сжатый воздух под давлением 2–3 атм и дают остыть изделию до +50…+60°С.

Данным способом можно крепить и вулканизованную резину. Ее накладывают на покрытую термопреновым клеем поверхность металла, затем деталь нагревают в воздухе или в воде при +100°С.

Охлаждения под давления в таком случае не требуется, т. к. при +100°С газы не образуются, и термопрен не размягчается.

Метод применяют для крепления резины к стали и алюминию. Состав резиновой смеси особого значения не имеет.

Удовлетворительная прочность крепления при использовании термопреновых клеев достигается только при охлаждении под давлением детали после вулканизации.

Недостатки: понижение прочности крепления с повышением температуры, т. е. невысокая теплостойкость.

Методы горячего крепления резины к металлу посредством латексно-альбуминных и термопреновых клеев в промышленности на данный момент практически не применяются.

В 50-х г. прошлого века были разработаны клеи на основе хлорированного (ХК) и гидрохлорированного (ГХК) каучуков, которые обеспечивали такую же прочность крепления резины к металлу, как латунь, а также такую же масло - и теплостойкость.

С 1946 г. метод крепления резины к металлу посредством ХК и ГХК стал конкурировать с методом крепления посредством латунирования. Из данных об устойчивости ХК следует, что для приготовления клеев следует брать ХК с содержанием хлора около 60%. Такой ХК во время вулканизации резинометаллической детали в течение 20–60 мин при +140…+150°С сохраняет достаточную устойчивость. Он не горюч, стоек к действию холодной и горячей воды, кислот (серной, соляной, азотной), щелочей и окислителей.

Раствор ХК (клей) используют для крепления резины к чугуну, стали, алюминию и его сплавам, магнию, цинку и другим материалам.

Добавление серы к клеям из ХК способствует повышению адгезии при креплении. С их помощью крепят резины из неопрена
к латуни.

Клеями из ХК можно крепить к металлам резины из хлоропренового каучука (неопрена) и бутадиен-нитрильного каучука (СКН, Пербутан). При креплении резин из натуральных и бутадиен-стирольных каучуков между клеем и резиной вводится промежуточный слой клея из хлоропренового каучука или прослойка резины из него. Резины из бутилкаучука крепятся плохо.

Достигаемая прочность крепления резины к металлу при испытании на отрыв составляет 40–60 кг/см2. С повышением температуры прочность падает до 20–30% от начальной.

Достоинства метода: хорошая сопротивляемость старению, стойкость к действию кислот, щелочей и морской воды (в этом способ крепления резины к металлу посредством ХК превосходит даже крепление латунированием).

Недостатки: крепление неустойчиво к воздействию ароматических углеводородов, животных и растительных масел, эфиров и
кетонов.

Гидрохлорированные каучуки впервые были получены при пропускании влажной соляной кислоты через хлороформенный раствор каучука. По окончании реакции происходит резкое падение вязкости раствора. Теоретическое содержание хлора в ГХК равно 33,9%. В технических продуктах содержится 28–30% хлора.

В состав некоторых клеев наряду с ХК входит ГХК. Одна из марок такого клея – Тай-Плай (Ty-Ply). Пленка из ГХК способствует более прочному креплению резины к металлу. На рис. 18 показаны разновидности клеев марки Ty-Ply.

SHAPE * MERGEFORMAT

Ty–Ply

R, Q, QA (крепление к металлам резин из натурального каучука, бутилкаучука)

S и SA (для крепления резин из неопрена и СКН)

Рис. 18. Марки клеев Ty-Ply

При изготовлении резинометаллических деталей на металл наносится только один слой клея, для сушки которого при комнатной температуре требуется 20–30 мин, при нагреве до +50°С – 10 мин, а при +60…+ 80°С всего лишь 5 мин. Нанесенная на металл пленка клея, защищенная от пыли, может сохранять свои клеящие свойства в течение нескольких дней. Прочность крепления клеями на основе ХК и ГХК на отрыв достигает 70 кг/см2 и выше.

При хранении детали прочность увеличивается. Пескоструйная обработка поверхности металла не способствует повышению прочности крепления, но эта характеристика зависит от толщины пленки.

Достоинства: высокая теплостойкость крепления (можно вынимать детали из горячих форм), крепление хорошо переносит тепловое старение и устойчиво к воздействию спирта, тяжелых масел, щелочей и некоторых кислот.

Возможно использование клеев на основе ХК совместно с клеями из других каучуков, например, на основе неопрена.

Хороший клей на основе ХК должен содержать два компонента: один – для связи с металлом, другой – для связи с резиной. Лучше всего, когда компонент, обладающий хорошей адгезией к металлу, оседает и концентрируется на поверхности металла, тогда другой, верхний, слой будет являться хорошим компонентом для крепления к резине.

Определенные фенольные, эпоксидные и некоторые другие смолы обладают хорошей адгезией и к резинам, и к металлам. Особенно применимы эти смолы для крепления резин на основе полярных каучуков: неопренов, бутадиен-нитрильных (СКН, Пербутан).

При использовании одной синтетической смолы образуется хрупкая пленка клея, поэтому, чтобы получить эластичную пленку, применяют композиции из каучука и синтетической смолы.

Существует множество запатентованных клеев и методов крепления резины к металлам, основанных на различных синтетических смолах. Пример: смола Дюрез № 12987 – термореактивная фенолформальдегидная смола, растворимая в спиртах и кетонах. Применяется для крепления к металлам резин из бутадиен-нитрильных каучуков горячим способом, хотя также используется для крепления вулканизованной резины к металлу при нагреве.

Слой такого клея наносят на чистую поверхность металла, пленку высушивают, после чего на нее накладывают резиновую смесь и деталь отправляют на вулканизацию. Применяют для крепления резины к обычной и нержавеющей стали, латуни, меди, олову.

Клеи на основе синтетических смол не получили такого широкого использование, как клеи на основе ХК и ГХК. Причинами этого являются несовместимость большинства синтетических смол с каучуками, прибавляемыми для придания пленкам из смолы эластичности, нерастворимость синтетических смол в тех растворителях, в которых растворяются каучуки, и необходимость термической обработки клеевых пленок при +90…+120°С (иногда даже неоднократном) после их нанесения на металл. Кроме того, актуальность внедрения этого метода снизилась в связи с появлением клеев на основе изоцианатов.

Изоцианаты были впервые использованы для крепления резин к металлам О. Байером (Германия). До этого они были известны как органические соединения.

Получение изоцианатов состоит в конденсации аминов в виде свободных оснований с фосфогеном. Технический интерес для крепления представляют ди - и триизоцианаты органических соединений.

Один из первых клеев на основе изоцианатов был произведен в Германии и назывался «Десмодур R». В нашей стране получил распространение клей «Лейконат». Оба этих клея основаны на растворе n, n', n'' – триизоцианаттрифенилметане («Лейконат» – в дихлорэтане, «Десмодур R» – 20%-ный в метиленхлориде).

Изоцианатные клеи неустойчивы. Основная причина этого – влажность, из-за которой изоцианат разлагается, поэтому в помещениях, где идут работы с изоцианатами, влажность не должна превышать 60–70%, а клеи должны использоваться в течение короткого времени. Однако практикой установлено, что при правильном обращении эти клеи можно хранить годами.

При работе с изоцианатами могут употребляться только такие растворители, которые не содержат групп NH2 и OH, т. к. иначе изоцианат вступит в реакцию.

Пригодные растворители – дихлорэтан, бензол, хлорбензол, толуол, ксилол. Непригодные – спирт, ацетон, бензин.

Изоцианаты и применяемые для изоцианатных клеев растворители токсичны. Поэтому при работе с ними должны быть соблюдены все соответствующие правила охраны труда.

Посредством «Десмодур R» резины хорошо крепятся к сталям, чугуну, алюминию и его сплавам, бронзам, латуни. Плохо соединяются к медью, магнием и его сплавами.

Прочность крепления резины к металлам с помощью «Десмодур R» при испытаниях на отрыв составляет около 50 кг/см2. При использовании твердых резиновых смесей этот показатель возрастает. Прочность крепления резины на основе БНКС к стали посредством «Лейконат» достигает 100 кг/см2.

В отличие от крепления путем латунирования крепление «Десмодур R» не чувствительно к действию паров серной кислоты, воздействию которой подвергаются, например, резинометаллические детали на подводных лодках.

Большое значение при креплении изоцианатными клеями имеет то, как тщательно подготавливалась поверхность металла. Высокая прочность при креплении резины к металлам с помощью клеев «Лейконат» или «Десмодур R» достигается при выполнении следующих подготовительных операций:

1) обезжиривание поверхности металла растворителем, водой, паром;

2) пескоструйная обработка;

3) промывка растворителем (бензином или бензолом);

4) сушка.

Клей наносят на металл кистью, распылением или маканием. Достаточно нанести один тонкий слой клея. Резиновый клей или резину можно накладывать сразу после высыхания изоцианатного клея (т. е. через 30–40 мин). Однако пленка клея под действием воздуха, влаги и света может потерять свои свойства, поэтому металлическую арматуру, покрытую клеем, необходимо сразу же обернуть бумагой или целлофаном. При длительном хранении покрытой клеем арматуры прочность крепления к ней резины резко падает, поэтому вулканизацию резинометаллической детали рекомендуется проводить не позднее, чем через 6–8 ч после нанесения клея на металл.

Вулканизацию осуществляют в формах под давлением (в прессе) или в вулканизационных котлах в среде горячего воздуха.

Достоинства метода: чрезвычайная стойкость крепления к действию масел, жидкого топлива, растворителей; стойкость к воздействию холодной и горячей воды, кислот, щелочей. Крепление превосходит по теплостойкости крепления, сделанные посредством ХК и ГХК, синтетических смол, уступая только креплению с помощью латунирования.

Для крепления резины к металлам применяют также клеевые композиции на основе изоцианатов.