Производство резиновых составляющих автомобиля

ДОПУСКИ НА РАЗМЕРЫ РЕЗИНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ

В зависимости от типа резины или эбонита и назначения изделия существуют следующие классы точности для важнейших размеров изделий, обозначаемые арабскими цифрами по мере убывания степени точности:

класс 1 — для размеров эбонитовых и резинометаллических изделий, работающих в динамических условиях и вулканизуемых в пресс-формах с дополнительной обработкой;

класс 2 — для размеров эбонитовых, резинометаллических и резиновых изделий, вулканизуемых в пресс-формах с последующей дополнительной механической обработкой;

классы 3—5 — для размеров эбонитовых, резинометаллических и резиновых изделий, вулканизуемых в пресс-формах;

класс 6 — для размеров эбонитовых, резинометаллических и резиновых изделий, вулканизуемых в пресс-формах и получаемых путем шприцевания;

класс 7 — для не сопрягаемых размеров эбонитовых, резинометаллических и резиновых изделий;

класс 8 — для размеров изделий из пористой резины, вулканизуемых в пресс-формах, изготавливаемых из листовой резины, получаемых путем шприцевания;

класс 9 — для размеров изделий из пористой резины, вулканизуемых в пресс-формах;

класс 10 — для размеров изделий из микроячеистой, пенистой и пористой резины, вулканизуемых в пресс-формах, вырубаемых штанцевыми ножами, а также для не сопрягаемых размеров изделий из пористой резины.

Для сопрягаемых размеров предельные отклонения (табл. 73) могут изменяться при сохранении абсолютной" ве личины поля допуска. Например, вместо =±=0,2 можно принять +м

и т. п. Значения предельных отклонений даются в десятых долях миллиметра. Имеющиеся в-табл. 73 отклонения в сотых'долях

Таблица 73 Допуски на размеры резиновых деталей по стандарту

Примечание. Для размеров изделий нестандартных конструкций после соглашения между заказчиком и изготовителем допускается применение других допусков.

миллиметра приводятся исключительно для определения абсолютного значения поля допуска.

Для несопрягаемых размеров действительны только предельные отклонения по классу 7 и 10, если в конструкторском чертеже не предусмотрено иное. Эти отклонения могут быть даны на чертеже и по другому классу точности (кроме 7 и 10), однако они должны быть, по крайней мере, на два класса ниже, чем у сопрягаемых размеров. Например, для изделий, у которых сопрягаемые размеры даются с допуском по классу 1, несопрягаемые размеры должны иметь допуск по классу 4.

Устанавливая на конструкторском чертеже резиновой детали определяемые отклонения для размеров а, 6, с (рис. 450), расположенных в направлении давления пресса, допуски (табл. 73) увеличивают в соответствии с табл. 74. Измерения размероз изделий следует производить при температуре (20 ± 5)° С.

20

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА РЕЗИНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ

Резиновые изделия изготовляются из смесей, основной составной частью которых является натуральный или синтетический каучуки или их комбинации. Резиновые смеси кроме каучука содержат вулканизующие агенты, ускорители и активаторы вулканизации, регенерат, пластификаторы, наполнители, красители» противостарители и другие ингредиенты. Их массовое соотношение устанавливает рецептура, разработанная для каждой группы изделий.

Смеси перерабатывают в полуфабрикаты, придавая им форму пластин или профилей, из которых в процессе вулканизации формуются готовые резиновые изделия.

20.1. Сырье

Натуральный каучук. Натуральный каучук — смесь полимеров изопрена (С₅Н₃)_П с разной степенью полимеризации и разными физическими свойствами. Количество молекул изопрена в полимерах каучука колеблется от 1000 до 5000. Поэтому у разных типов каучуков обнаруживаются различные свойства [42, 155].

Углёводород каучука прозрачен, бесцветен и лишен запаха. Примеси в техническом продукте придают различным типам каучука характерный цвет и запах.

Натуральный каучук добывают преимущественно из сока каучуконосов, прежде всего из «гевеи бразильской», произрастающей в жарком и влажном субтропическом климате (Малайзия, Индонезия, Таиланд, Шри Ланка, Индия, Либерия, Бразилия и т. д.). Белый млечный сок этих деревьев, так называемый латекс, накапливается в нижней части коры ствола. Его собирают в емкости, прикрепленные к дереву, из косых надрезов коры так, как собирают смолу из хвойных деревьев (рис. 451).

Латекс содержит 35—45% каучука и 50—60% воды. Посредством коагуляции, промывки и сушки из латекса изготавливают сухой каучук. В зависимости от типа латекса и технологии его дальнейшей обработки получают различные сорта каучука, из

Рис. 451. «Гевея бразильская»

Рис. 452. Натуральный каучук

которых наиболее распространены смокед-шитс, светлый и коричневый креп, бланкет-креп и УСФ. Они содержат 91—96% углеводорода каучука, остальное составляют белки, смолы, сахара, минеральные соли, вода и др.

Натуральный каучук Добычно формуется в пластины толщиной 1—4 мм (рис. 452), которые затем сворачивают и прессуют в блоки массой 65—100 кг. Плотность каучука составляет 915— 967 кг/м³, а предел прочности при разрыве 1,0—4,0 МПа и относительное удлинение при разрыве 800—1200%. Его физические свойства значительно изменяются под влиянием температуры. При комнатной температуре каучук эластичен и легко растягивается, при температуре ниже нуля — жесткий и твердый, а при температуре от —50 до —70° С — хрупкий и ломкий.

При повышенной температуре от 40 до 90° С каучук становится пластичным и липким, а при температуре около 190° С размягчается и разлагается, причем этот процесс необратим.

В органических растворителях, таких-как бензин или бензол, натуральный каучук набухает, увеличиваясь в объеме в несколько десятков раз, а затем переходит в состояние коллоидного раствора.

Синтетические каучуки. Синтетические каучуки — высокомолекулярные соединения, физические свойства которых приближаются к свойствам натурального каучука, способные вулканизоваться. Получают их при полимеризации мономеров, обладающих двумя или более реакционными группами, таких как бутадиен, изопрен, хлоропрен и др. [37, 94].

Процесс полимеризации заключается в соединении определенного количества молекул мономера в длинные открытые цепи — макромолекулы. Каждая молекула мономера представляет собой звено в такой цепи. В зависимости от условий полимеризации возникают цепи разной длины и с различной пространственной ориентацией, что оказывает значительное влияние на свойства полимера.

Ни один из известных мономеров никогда не приводит к получению полимеров, обладающих всеми требуемыми свойствами. По этой причине резины в зависимости от типа каучука могут быть использованы только в строго определенных условиях.

Применение процесса сополимеризации позволило сочетать достоинства одного полимера с достоинствами другого. Вместо смешивания полимеров при этом процессе смешивают исходные мономеры, а затем их полимеризуют до необходимой степени полимеризации.

Из смеси двух различных мономеров образуются новые материалы, макромолекулы которых построены из чередующихся по определенному закону групп молекул обоих мономеров. Однако не следует полагать, что этим способом получают арифметическую сумму достоинств каждого из полимеров; полученные материалы кроме свойств гомополимеров обладают также совершенно новыми, неожиданными физическими свойствами, нередко чрезвычайно ценными.

Таким образом, количество видов синтетического каучука практически неограничено.

Промышленность, выпускающая резиновые изделия для транспортных средств, широко использует следующие виды каучука : акриловый, бутадиеновый, бутадиен-стирольный, бутилкаучук, хлоропреновый, этилен-пропиленовый, фторкаучук, изопрено-вый, бутадиен-нитрильный, силоксановый, полисульфидный, ура-та новый.

Регенерат. Регенерат представляет собой пластичный продукт, получаемый в процессе девулканизации вулканизованных отходов резины, использованных изделий, таких как покрышки, камеры, резиновые шланги, обувь и т. п. В резиновых смесях он может заменить часть каучука.

Добавляемый в ограниченных количествах регенерат положительно . влияет на технологические свойства резиновых смесей и удешевляет резиновые изделия. Чрезмерное содержание регенерата в резине ведет к значительному снижению ее механических свойств.

Вулканизующая группа. Превращение сырых резиновых смесей в изделия при нагревании, называемое процессом вулканизации, происходит за счет вулканизующих агентов, из которых чаще всего используется сера, а для хлоропреновых и полисульфидных каучуков — окись цинка.

Установлено, что в процессе вулканизации (с участием серы) молекулярные цепи каучука соединяются между собой при помощи серных мостиков, которые вместе с молекулами каучука образуют некоторую пространственную структуру. Благодаря этому исходная смесь теряет пластичность и превращается в эластичный материал — резину.

Процесс вулканизации можно значительно интенсифицировать, вводя в резиновую смесь ускорители вулканизации. Активность ускорителей можно изменять в определенных пределах путем введения в смесь активаторов ускорителей. Чтобы избежать преждевременной вулканизации резиновых изделий в процессе изготовления резиновых смесей и их переработки, используют замедлители подвулканизации. Они препятствуют несвоевременному началу процесса вулканизации.

Пластификаторы. Эти вещества облегчают смешение каучука с остальными ингредиентами за счет увеличения подвижности молекул каучука; варьированием содержания пластификатора можно регулировать твердость резин.

Пластифицирующее действие оказывают минеральные и растительные масла, жирные кислоты, фактисы, парафин, смолы, ас-фальты, воск, мазут и другие специальные продукты.

Наполнители. Наполнители вводят в резиновую смесь, чтобы придать резине требуемый комплекс физико-механических свойств: твердость, прочность при разрыве, стойкость к истиранию, дешевизна резиновых изделий. Они представляют собой твердые сильно измельченные тела.

Наполнители делятся на активные, называемые также усиливающими, и инертные. К активным наполнителям относятся ряд марок технического углерода, окись цинка, окись магния, некоторые сорта каолина и кремнезем; к инертным — шпат, мел, каолин, тальк и др.

Противостарители. Чтобы предотвратить преждевременное старение резиновых изделий под влиянием кислорода воздуха, солнечных лучей, высокой температуры и многократных деформаций, в резиновую смесь вводят специальные вещества в количестве

0,2—4% от массы каучука. Они относятся к группе фенолов, ароматических аминов, альдегидаминов и др., которые известны под различными торговыми названиями: нонокс Зет А, флек-сол ЗЦ, сантофлекс АВ, антилюкс, антиозонант 4010, антиоксидант АР, агерит и др.

Другие ингредиенты резиновых смесей. Черный цвет можно считать типичным для резины из-за присутствия в большинстве резиновых смесей технического углерода.

Чтобы получить изделия с другой окраской, например белой или красной, в резиновую смесь вводят неорганические пигменты, такие как литопон, двуокись титана, окись железа, сульфиды сурьмы, или органические красители.

При необходимости нейтрализации запаха, свойственного резине с тем или иным составом, в резиновую смесь вводят соответствующие нейтрализующие запах добавки. Это имеет особое значение для резиновых изделий, используемых в салонах автомобилей.

В состав резиновой смеси могут входить поро-образующие вещества, которые при температуре вулканизации разлагаются с выделением газов, которые и образуют в резиновых изделиях пористую структуру.

Таблица 75

Примерный состав резиновой смеси для протекторов покрышек легковых и грузовых автомобилей [118]

Примечание. Вулканизация длится для покрышек легковых автомобилей 32 мин при температуре 151° С и для грузовых — 30 мин при температуре 143° С.

Таблица 76

Примерный состав резиновой смеси для уплотнений, устойчивых к воздействию масел при температуре от —40 до +120° С [118]

Рецептура. Технологические свойства резиновой смеси, а также и физико-механические свойства зависят от состава смеси. Рецептуру разрабатывает лаборатория промышленного предприятия, выпускающего резину в соответствии с требованиями, изложенными в технической документации, стандартах или технических условиях на готовые изделия. Выбирая тип каучука, необходимо учитывать его влияние на основные свойства резины.

Примеры рецептуры по составу резиновой смеси приведены в табл. 75 и 76.

20.2. Приготовление резиновых смесей

Для приготовления резиновой смеси пластицируют каучук и вводят в него все ингредиенты, перечисленные в рецептуре смеси. Сущность этого процесса заключается в следующем. Кипы натурального каучука режутся на куски массой около 10 кг, которые подвергаются пластицированию на вальцах (рис. 453), в закрытых смесителях (рис. 454), либо в специальных червячных пластика-торах (рис. 455 и 456).

Механическая обработка каучука в этих машинах приводит к уменьшению длины макромолекул каучука и высвобождению значительного количества тепла. Для поддержания необходимой температуры все агрегаты охлаждаются водой.

Применяется также термопластикация натурального каучука, измельченного на вальцах или нарезанного на полоски наподобие лапши. Она заключается в нагревании каучука при температуре 150—180° С в воздухе при атмосферном или повышенном давлении, либо в среде перегретого пара с температурой до 250° С. Синтетические каучуки пластицируют этим методом при температуре 100—150° С в воздухе при атмосферном или повышенном давлении (до 0,3—0,5 МПа).

Степень пластикации каучука оказывает существенное влияние на свойства резины.

Некоторые синтетические каучуки не нуждаются в пластикации. Для приготовления смесей используются смесительные вальцы и закрытые смесители (рис. 457). Смешение ингредиентов производится по регламенту, установленному лабораторным путем.

После обработки на вальцах получают смесь в виде листов, свернутых в рулоны, а в закрытых смесителях — в виде кусков. Чтобы разогретые в процессе смешивания листы не подверглись преждевременной вулканизации, их охлаждают водой, сушат в потоке воздуха и припудривают тальком или мелом, чтобы они не слипались.

Для формирования резиновой смеси после закрытых смесителей, могут быть использованы вальцы или специальные червячные прессы с гранулирующей головкой. Из каждой партии резиновой смеси. отбирают пробы для оценки ее качества.

Рис. 453. Вальцы

Рис. 454. Закрытый роторный смеситель

Рис. 455. Червячный пластикатор EVK90

Рис. 456. Резиносмеситель непрерывного действия

Рис. 457. Подготовительный цех шинного завода

20.3. Производство полуфабрикатов

Под полуфабрикатами понимают изготовленные из сырой резиновой смеси пластины, ленты, профили, а также прорезиненные ткани и клеи. Для изготовления полуфабрикатов применяются каландры, шприц-машины, клеепромазочные машины (рис. 458—461).

Каландр (рис. 458) представляет собой устройство, состоящее из 2—5 валков, установленных на подшипниках в неподвижном корпусе. Он предназначен для выпуска калиброваннбго резинового полотна, обкладки и промазки текстильных материалов

Рис. 458. Каландр

резиновой смесью. Применяется он также для дублирования резины и прорезиненных тканей. Специальные типы каландров могут применяться для производства профилированных или тисненых полос.

Шприц-машина изображена на рис. 455, 456, 459. Она имеет червяк, который, вращаясь в цилиндре, выдавливает через мундштук в головной части агрегата резиновую смесь в форме шнура, трубы или полосы с заданным профилем.

Клеепромазочная машина для производства прорезиненных тканей состоит из вращающегося валка и ножа, который наносит на ткань равномерный слой резинового клея. Растворитель, содержащийся в клее, испаряется при прохождении ткани над нагревательной плитой. Сухую прорезиненную ткань наматывают на съемный барабан с прокладкой.

Смеситель для резинового клея (рис. 461) состоит из резервуара и вращающихся в нем лопастей. В резервуар загружается

Рис. 459. Шприц-машина для изготовления протекторов покрышек

Рис. 460. Машина для покрытия резиной стального корда

резиновая смесь в виде тонкой пластины или полосы, добавляется растворитель или смесь органических растворителей. В качестве растворителя чаще всего используют бензин. В зависимости от назначения клея, отношение массовых долей резиновой смеси и растворителя может составлять от 1 : 1 до 1 : 20.

высыхания клея накладыбается слой эбонитовой смеси толщиной 2—5 мм, а на нее слой резиновой смеси (рис. 463). Иногда между слоями эбонитовой и резиновой смеси помещают тонкий слой резиновой смеси с очень малым содержанием серы или без нее, который должен связать серу, диффундирующую в резиновую смесь из эбонита, и тем самым предотвратить перевулканизацию резины.

Вулканизацию производят в формах под давлением, как и вулканизацию резиновых изделий. Прочность на отрыв при этом способе крепления составляет 3—4 МПа при комнатной температуре.

Этот показатель существенно зависит от температуры испытания вследствие известной термопластичности эбонита (табл. 77). Слой эбонита уменьшает эластичность резинометаллических деталей. Это имеет особенное значение, когда из конструкционных соображений слой резинометаллического соединения должен быть очень тонким.

Метод крепления металла к резине посредством латуни используется давно. Он заключается в гальваническом покрытии металлической поверхности слоем латуни определенного состава, нанесении на него слоя клея, наложении резины и вулканизации резинометаллической детали в соответствующей форме.

При помощи латуни можно крепить резину к чугуну, стали, меди и ее сплавам, бронзе и латуни с составом, отличающимся от состава латунного слоя, полученного гальваническим способом. Наилучшие результаты, как правило, получают при использовании низкоуглеродистой стали, хотя и высокоуглеродистые стали могут крепиться к резине. Сталь может быть предварительно закалена, что не оказывает отрицательного влияния на качество соединения.

С целью устранить загрязнения с поверхности металлов их чистят химическим или механическим способом. Механическая очистка представляет собой пескоструйную обработку либо обработку при помощи специальных щеток. Химическая очистка заключается в обработке поверхности органическими растворителями или специальными растворами, в состав которых часто входят карбонат натрия, метасиликат калия или кремнекислый натрий, фосфаты и т. п. После химической очистки металлическая поверхность тщательно промывается горячей и холодной водой. В некоторых случаях дополнительно применяют травление поверхности кислотами, например двухпроцентной серной кислотой, после чего кислоту устраняют тщательной промывкой водой.

Состав латуни оказывает существенное влияние на прочность крепления. Часто используют латунь со следующим составом: медь 60—80%; цинк 20—40%; свинец не более 0,5%; олово не более 0,1%, никель не более 0,005%; мышьяк не более .0,005%; железо не более 0,01%.

Толщина слоя латуни существенным образом не влияет на прочность соединения. Хорошие результаты получаются при нанесении слоя толщиной 0,00025 мм. При правильно отрегулированном процессе необходимую толщину слоя можно получить в течение 5—10 мин при плотности тока 0,3—0,7 А/дм² и напряжении 3—6 В.

До 1955 г. для гальванического покрытия латунью в основном использовались цианистые растворы меди и цинка. Достоинством этого метода является высокая прочность крепления (8,0— 9,0 МПа), недостатком — высокая стоимость аппаратуры и токсичность цианистых соединений.

В последние годы начинают применять латунирование в бесцианистом электролите, содержащем комплексные соединения меди с пирофосфатом натрия. Плотность тока при этом методе может составлять до 2 А/дм², а время нанесения покрытия сокращается до 3 мин, кроме того, легче регулировать состав латуни в наносимом слое.

На прочность крепления большое влияние оказывает состав резиновой смеси, особенно ее твердость. Вообще, резина с большей твердостью приводит к более высокой прочности крепления [115].

На качество крепления влияет также способ вулканизации резины. Абсолютное значение прочности крепления зависит от температуры испытания: возрастает в 2—4 раза с ее понижением до —60° С и уменьшается на 20—30% с ростом температуры до 100— 150° С.

Резина из синтетического каучука крепится к металлам через слой латуни так же хорошо, как и из натурального. Масла, топлива и другие растворители не оказывают на качество крепления существенного влияния, если резина обладает маслостойкостью.

Для соединения металлов с резиной при помощи клея в настоящее время наиболее широко применяются изоцианатные, гид-рохлоркаучуковые и хлоркаучуковые клеи, основанные на комбинации каучуков с фенолформальдегидными смолами или же просто на синтетических смолах, в основном эпоксидных.

Среди изоцианатных клеев большой популярностью пользуются десмодур Р фирмы «Байер» (ФРГ), лейконат (СССР), а также вул-кабонд ТХ, MR и RT фирмы «Ай Си Ай» (Англия). Среди хлорка-учуковых и гидрохлоркаучуковых клеев наиболее известен клей мегум фирмы «Каучук Гезельшафт» (ФРГ). К клеям на основе синтетических смол относятся фенолформальдегидные клеи дурекс резин, выпускаемые фирмой «Дюпон» (США).

Клеи для соединения резины с металлами горячим способом дают прочность на отрыв в пределах 2,5—8 МПа, которая в значительной мере зависит от состава резиновой смеси. Более наполненные резиновые смеси обеспечивают большую прочность крепления, в то время как смеси, содержащие значительные количества пластификаторов и выцветающие ингредиенты, понижают прочность. Следует избегать соединения с металлами резины, твердость которой меньше HSh 45—50.

Смеси натурального и бутадиен-стирольного каучука необходимо соединять с металлами при помощи изоцианатных клеев, а смеси из бутадиен-нитрильного, хлоропренового и бутилка-учука — клеями хлор- и гидрохлоркаучуковыми. Труднее всего соединить с металлом резину из бутилкаучука.

Способ подготовки металлических поверхностей для склеивания имеет важнейшее значение для прочности соединения. Поверхность металла следует тщательно очистить от следов ржавчины (лучше всего пескоструйным способом). Для очистки цветных металлов и качественных сталей чаще всего используют корунд, а для очистки стальных деталей используют чугунную дробь (рекомендуемый диаметр зерна 0,5—0,8 мм). Перед нанесением клея поверхности металла необходимо тщательно обезжирить трихлорэтиленом.

Температура испытания оказывает существенное влияние на прочность крепления. Хлор- и гидрохлоркаучуковые клеи дают соединения, устойчивые к старению и воздействию масел и смазок.

Крепление резины к металлам холодным способом. Для крепления к металлам уже вулканизованной резины чаще всего используют неопреновые клеи, клеи из синтетических смол, например цианоакриловых, фенолформальдегидных или эпоксидных, и клеи, основанные на комбинации десмодура и десмофена. Они, как правило, дают соединения менее прочные, чем клеи для горячего способа крепления. Так, при помощи неопренового клея можно получить прочность на отрыв соединения резины со сталью примерно до 1,7 МПа. Клеи из синтетических смол дают несколько более высокую прочность.

Приклеивание вулканизованной резины к металлу для получения резинометаллических изделий таких, например, как амортизатора, применяется только в исключительных случаях.