Промотор адгезии резины к металлу
Владельцы патента RU 2261257:
Ярославский государственный технический университет (RU)
Изобретение относится к области производства резинометаллических изделий в частности резинометаллокордных шин. Объектом изобретения является промотор адгезии резины на основе изопренового каучука к металлу, в виде тонкодисперсного порошка соединений железа. В качестве соединений железа используют ферриты - смесь комплексных оксидов железа с другими металлами, являющимися компонентами гальваношлама, следующего химического состава: Fe2О3 - 30-80 мас.%, СаО - 0-16 мас.%, ВаО - 0-16 мас.%, ZnO - 2-20 мас.%, Cr2О3 - 2-20 мас.%, NiO - 0-6 мас.%, CuO - 0-8 мас.%. Технический результат состоит в усилении прочности крепления резин на основе изопреновых каучуков к металлу, в удешевлении производства резинометаллических изделий, в утилизации отходов - гальваношламов II-III класса опасности. 2 табл.
Изобретение относится к области производства резинометаллических изделий, в частности резинометаллокордных шин.
В данной области широкое применение находят соединения различных металлов (оксиды и соли жирных кислот), используемых в качестве промоторов адгезии резины к металлу [Салыч Г.Г., Сахарова Е.В. Совершенствование качества резинометаллокордных изделий путем применения промоторов адгезии. М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1988. - 72 с.]
Наиболее близким по достигаемому результату и физико-химическим характерстикам является соединение железа (III), a именно оксид, в виде тонкодисперсного порошка, использующийся в качестве промотора адгезии резин к металлической поверхности [Жеребков С.К. Крепление резины к металлам. М.: Химия, 1966. - 281 с.].
Однако все применяемые на современном этапе развития промышленности промоторы адгезии резины к металлу являются продуктами природного или синтетического происхождения, что обуславливает их высокую стоимость и исчерпаемость сырья для их получения.
Задачей данного изобретения является расширение ассортимента веществ используемых для усиления прочности крепления резин на основе изопреновых каучуков к металлу, с целью удешевления производства резинометаллических изделий, в частности резинометаллокордных шин, за счет использования физико-химических свойств соединений, входящих в состав гальваношлама.
Одновременно при внедрении данного изобретения будет решаться вопрос утилизации отходов - гальваношламов II-III класса опасности (токсичности).
Указанная задача решается использованием ферритового порошка, полученного из гальваношлама, в качестве промотора адгезии резины к металлической поверхности.
Переработка гальваношлама для получения промотора адгезии резины к металлу (ПАРМ) включает в себя удаление водорастворимых соединений путем отмывки, обезвоживание до влажности 25-80%, сушку до влажности 1% и прокаливание в интервале температур 600-900°С с последующим измельчением.
Состав гальваношлама, используемого для получения ПАРМ, следующий (мас.%):
| Fe2Oз | 30-80 |
| CaO | 0-16 |
| BaO | 0-16 |
| ZnO | 2-20 |
| Cr2О3 | 2-20 |
| NiO | 0-6 |
| CuO | 0-8 |
Полученный таким образом продукт представляет собой тонкодисперсный (высокодисперсный) порошок (полный просев через сито 50 мкм).
По своему химическому составу ПАРМ представляет собой смесь комплексных оксидов (ферритов) металлов (nFe2O3·mMexOy). Поэтому при введении в резиновую смесь ПАРМ, последний будет оказывать модифицирущее действие на такое свойство резин, как прочность их крепления к металлу.
Способность ПАРМ увеличивать прочность крепления резины к металлу была исследована в процессе лабораторных испытаний.
В качестве объекта исследования была использована серийная брекерная резиновая смесь на основе каучука СКИ-3.
Были исследованы три вида резиновых смесей.
Смесь 1 - серийная (контрольная). Где в качестве промотора применялся нафтенат кобальта (1 м.ч. на 100 м.ч. каучука).
Смеси 2, 3, 4 - (опытные) с полной заменой нафтената кобальта на
ПАРМ (1 м.ч. на 100 м.ч. каучука).
Смесь №2 с ПАРМ состава I.
Смесь №3 с ПАРМ состава II.
Смесь №4 с ПАРМ состава III.
| Таблица 1. Составы ПАРМ для лабораторных испытаний | |||
| Состав I | Состав II | Состав III | |
| Fe2O3 | 80 | 56 | 30 |
| СаО | 0 | 11 | 16 |
| ВаО | 16 | 8 | 0 |
| ZnO | 2 | 12 | 20 |
| Cr2O3 | 2 | 8 | 20 |
| NiO | 0 | 3 | 6 |
| CuO | 0 | 2 | 8 |
Контрольная и опытные резиновые смеси и их вулканизаты были исследованы на ряд пластоэластических, физико-механических характеристик, а также на прочность крепления резины к металлокорду Н-методом.
Результаты испытаний представлены в таблице 2.
Из результатов можно сделать следующие выводы:
1. Условное напряжение при 300% удлинении у вулканизатов опытных смесей имеет значение, близкое к серийной смеси.
2. Условная прочность при растяжении и относительное удлинение при разрыве также остаются на уровне серийной.
3. Резины, полученные с применением ПАРМ, более стойки к воздействию высоких (100°С) температур.
4. Показатели сопротивления тепловому старению у опытных образцов практически не отличаются от аналогичных характеристик контрольного.
5. Динамический модуль и модуль внутреннего трения также являются сходными у всех исследуемых вулканизатов.
6. Показатели прочности крепления резины к металлу для опытной резины №2 превзошли характеристики крепления для серийной смеси.
7. Результаты испытаний при температуре 100°С наиболее соответствуют условиям эксплуатации крепления резина - металлокорд (автомобильная покрышка) и прочность крепления к металлокорду при 120°С у опытных образцов выше, чем у контрольного.
Таким образом, вулканизат №2 по физико-механическим характеристикам, показателям термостойкости превзошел контрольный образец, сопротивление тепловому старению на уровне контрольного. Имея близкие по значению показатели с образцами №№3, 4 вулканизат №2 превосходит его, как и образец №1 в прочности крепления к латунированному металлокорду как при 20°С, так и при 100°С, т.е. ПАРМ состава I более предпочтителен в качестве промотора адгезии.
| Таблица 2. Пластоэластические и физико-механические показатели резиновых смесей | ||||
| Наименование показателей | Номер смеси | |||
| №1 | №2 | №3 | №4 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1.Условное напряжение при удлинении 300%, Мпа | 17,8 | 17,2 | 17,3 | 17,5 |
| 2. Условная прочность при растяжении, Мпа | 22,2 | 22,3 | 22,3 | 22,3 |
| 3. Относительное удлинение при разрыве, % | 390,0 | 410,0 | 417,0 | 420,0 |
| 4. Сопротивление раздиру, кН/м | 111,0 | 113,0 | 113,0 | 114,0 |
| 5. Твердость по Шору, у.е.: | ||||
| а) при 20°С | 78,0 | 75,0 | 74,0 | 75,0 |
| б)при 100°С | 74,0 | 72,0 | 72,0 | 72,0 |
| 6. Эластичность, у.е.: | ||||
| а) при 20°С | 42,0 | 42,0 | 42,0 | 43,0 |
| б) при 100°С | 51,0 | 54,0 | 54,0 | 53,0 |
| 7. Коэффициент термостойкости по условной прочности | 0,60 | 0,65 | 0,67 | 0,67 |
| 8. Коэффициент термостойкости по относительному удлинению | 0,82 | 0,97 | 0,99 | 1,00 |
| 9. Коэффициент сопротивления тепловому старению по условной прочности: | ||||
| а) старение 100°С - 24 ч | 0,36 | 0,38 | 0,37 | 0,37 |
| б) старение 100°С - 48 ч | 0,30 | 0,27 | 0,26 | 0,24 |
| в) старение 100°С - 72 ч | 0,25 | 0,22 | 0,22 | 0,22 |
| Продолжение таблицы 2 | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 10. Коэффициент сопротивления тепловому старению по относительному удлинению: | ||||
| а) старение 100°С - 24 ч | 0,26 | 0,27 | 0,27 | 0,27 |
| б) старение 100°С - 48 ч | 0,15 | 0,18 | 0,18 | 0,17 |
| в) старение 100°С - 72 ч | 0,13 | 0,12 | 0,12 | 0,12 |
| 11. Прочность крепления к металлокорду (относительная величина), %: | ||||
| а) при 20°С | 100 | 106,5 | 99,5 | 85,2 |
| б) при 120°С | 100 | 106,3 | 106,0 | 104,2 |
| 12. Динамический модуль при знакопеременном изгибе, МПа | 6,84 | 6,87 | 6,90 | 7,04 |
| 13. Модуль внутреннего трения при знакопеременном изгибе, МПа | 2,01 | 1,92 | 1,97 | 1,96 |
Промотор адгезии резины на основе изопренового каучука к металлу, в виде тонкодисперсного порошка соединений железа, заключающийся в том, что в качестве соединений железа используют ферриты - смесь комплексных оксидов железа с другими металлами, являющимися компонентами гальваношлама, следующего химического состава, мас.%:
| Fe2O3 | 30-80 |
| CaO | 0-16 |
| BaO | 0-16 |
| ZnO | 2-20 |
| Cr2О3 | 2-20 |
| NiO | 0-6 |
| CuO | 0-8 |
