СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ЭЛАСТИЧНОГО ПОКРЫТИЯ К МЕТАЛЛИЧЕСКИМ ПОВЕРХНОСТЯМ Российский патент 2000 года по МПК C09J5/02 C09J163/02 C09K3/10 

Изобретение относится к судостроению, машиностроению, строительству и химической технологии, в частности к способам монтажа эластичных покрытий, преимущественно резины толщиной 40 - 80 мм, к металлическим поверхностям.

Существует проблема крепления резиновых пластин с указанными параметрами, заключающаяся в том, что покрытие представляет собой полностью сформированное изделие с набором конечных свойств, которые необходимо сохранить при последующих обработках и в процессе монтажа, а при такой толщине пластин задача получения качественного соединения по всей поверхности является подчас весьма затруднительной, особенно при необходимости получения однородного покрытия на изделиях с различной внутренней структурой, в том числе на одном и том же изделии. В этом случае существует проблема получения однородных качеств по всей площади покрытия.

Известные способы крепления эластичных материалов к металлическим поверхностям полностью данную проблему не решают. Так, известен способ крепления резинового покрытия к латунной поверхности, включающий нанесение на поверхность металла резиновой смеси с последующим нагреванием и вулканизацией (патент СССР N 1398777, МПК С 09 J 5/00, С 08 L 9/00, 1988 г.). Целью изобретения является повышение прочности к старению.

Известно а. с. N 1265209, МПК С 09 J 5/06, 1986 г., "Способ получения полиуретановой облицовки на металлических изделиях", согласно которому для повышения адгезионной прочности металлическую поверхность покрывают слоем адгезионной композиции, производят термообработку и наносят расплав термопластичного слоя литьем под давлением. Недостатком способа является его сложность и энергоемкость.

Известен способ склеивания полиолефинов с металлами путем обработки поверхности полиолефинов тлеющим разрядом с последующим нанесением грунта, термообработки, нанесения эпоксидного клея и соединения склеиваемых поверхностей (а. с. СССР N 1237692, МПК С 09 J 5/06, 1986 г.). Способ используется для повышения адгезионной способности полиолефинов. Изобретением решена проблема подготовки поверхности трудносклеиваемых материалов, в частности, сверхмолекулярного полиэтилена для последующего склеивания его с металлом, обеспечивающим повышение прочности клеевого соединения полиолефины - металл. Однако данный способ сложен, трудоемок, пригоден для склеивания полимерных покрытий, но непригоден для приклеивания резины, так как не обеспечивается достаточная прочность связи и требует проведение термообработки.

В качестве прототипа выбрано решение по патенту СССР N 1807942, B 29 C 63/06; 65/10; 65/48, 1993 г., по которому эластичное покрытие наносят и закрепляют на изделии при помощи клея, который наносят на изделие, после чего в течение некоторого времени производят выдержку, затем накладывают эластичное покрытие, осуществляют его деформацию от центра к кромкам и осуществляют стыковку кромок сваркой; затем при помощи стационарных фиксаторов положения осуществляют дополнительную фиксацию покрытия по краям изделия. Изделием является валок.

К недостаткам прототипа следует отнести то обстоятельство, что способ используется для сплошных покрытий (с однородной структурой) с использованием сварки. Процесс трудоемок, энергоемок, требует использования высоких температур, не применим для приклеивания толстых резиновых пластин, требует выполнения большого объема сварки в местах стыков и не обеспечивает требуемой адгезионной прочности. Высокие температуры влияют на физико-механические и структурные характеристики материала, что приводит к изменению свойств покрытия.

Задачей предлагаемого изобретения является улучшение качества покрытия, повышение прочности крепления эластичного покрытия, получение однородных характеристик по всей площади покрытия, включая и места стыков, обеспечение неизменности свойств готового покрытия, изменение которых может иметь место вследствие технологической обработки, связанной с процессом крепления пластин, а также при формировании покрытия из неоднородных по структуре пластин, кроме того, повышение производительности и снижение трудоемкости процесса.

Поставленная задача решается тем, что в способе крепления эластичного покрытия к металлической поверхности для качественного и надежного соединения пластин, например, из резины толщиной 40-80 мм, с металлом, включающем нанесение клеевого материала, выдержку его, наложение на металлическую поверхность эластичного покрытия с приложением усилия прижима от центра к кромкам, перед нанесением клеевого материала производят предварительную механическую обработку металлической поверхности и радиационно-химическую или химическую модификацию монтажной поверхности эластичного покрытия, на обе соединяемые поверхности наносят клеевой материал, содержащий эпоксидиановую смолу, после выдержки его накладывают пластины эластичного покрытия на металлическую поверхность с приложением усилия прижима, выдерживают в течение времени, необходимого для отверждения клея, после чего зачищают торцы пластин и заполняют зазоры между торцами герметизирующей композицией на основе уретана.

Технический результат при реализации заявляемого способа выражается в повышении адгезии скрепляемых поверхностей.

В процессе предварительной механической обработки поверхность металла подвергают дробеструйной обработке с использованием чугунной колотой дроби с размером частиц 0,7-1,2 мм и давлением сжатого воздуха 0,5-0,7 МПа. В процессе радиационно-химической обработки монтажную поверхность после сушки, шерохования и обезжиривания обрабатывают полиэфирной смолой и подвергают радиационному воздействию. При нанесении полиэфирной смолы на поверхность в отдельных случаях используют стеклоткань.

При предварительной обработке монтажной поверхности покрытия химическим способом указанную поверхность пластин после сушки, шерохования и обезжиривания подвергают модификации раствором дихлорамина в смешанном растворителе ацетон - вода дистиллированная при температуре окружающего воздуха от 15 до 25^oC и относительной влажности не более 65%, при этом расход модифицирующего состава должен составлять 0,1-0,15 кг/м².

В предлагаемом способе при подготовке резиновых поверхностей можно использовать либо физико-химическую и химическую обработку одновременно для разных типов резиновых пластин либо одну из указанных, этот вопрос решают в каждом конкретном случае.

В качестве клеевого материала используют композицию, содержащую эпоксидиановую смолу от 10 до 25 мас.%. Для соединения покрытых клеем поверхностей осуществляют прижим в течение не менее 24 часов при температуре окружающего воздуха не ниже 15^oC. Прижимное усилие прикладывают в направлении, нормальном к металлической поверхности, распределяя его от центра пластины к ее периферии. Прижим осуществляют при помощи мобильных прижимных устройств. После приклеивания производят съем прижимных устройств и заполнение стыков герметизирующей композицией следующего состава, мас.ч.:
уретановый форполимер - 100
аминный отвердитель - 25-30
эпоксидиановая смола - 0.1-10
Использование предлагаемых методов предварительной обработки монтажных поверхностей позволяет получить на металлической поверхности разветвленный, необходимой глубины рельеф и модифицированный тонкий слой на поверхности пластины, что позволяет, с одной стороны, удерживать необходимое для качественного соединения количество клея, с другой стороны, не изменяет физико-механические свойства обработанной резины. Этому обстоятельству также способствуют выбранные способы обработки: механическая для металла, радиационно-химическая и химическая - для резиновых пластин.

Клеевой материал, содержащий эпоксидиановую смолу, обеспечивает равномерную и прочную связь резиновых пластин с металлической поверхностью изделия или конструкции и обеспечивает длительную эксплуатацию покрытий в жестких рабочих и климатических условиях. Наилучших результатов крепления пластин достигают при использовании клеевого материала, содержащего эпоксидиановую смолу в количестве от 10 до 25 мас.%, остальное - растворитель и функциональные добавки.

Использование в качестве герметизирующего состава композиции на основе уретана дает возможность максимального приближения физико-механических свойств герметика к свойствам резины, а также его хорошую адгезию как к металлу, так и к резине.

Предлагаемая последовательность технологических операций, способы обработки соединяемых поверхностей, использование заявляемых материалов в совокупности позволяют решить поставленную техническую задачу.

В частном случае использование дихлорамина позволяет сделать поверхность обрабатываемого материала более адгезионно активной. Растворитель ацетон - вода дистиллированная выбирают таким образом, чтобы модифицирующий состав был с одной стороны легколетучим (чтобы резина была достаточно сухой), с другой - оставался на обрабатываемой поверхности в течение времени, достаточного для химического взаимодействия активного хлора с поверхностным слоем резины, достигая при этом глубины обработки резины 10-100 мкм. Заявленная модификация резины является оптимальной для решения поставленной изобретением задачи.

Для выполнения требований, предъявляемых к герметику, он содержит в заявляемом количественном соотношении уретановый форполимер, аминный отвердитель и эпоксидиановую смолу. В состав герметика вводят эпоксидиановую смолу в количестве от 0.1 до 10 мас.ч. на 100 мас.ч. уретанового форполимера для улучшения связи герметика с открытыми участками металла, а также участками металла, покрытыми клеевым составом. Оптимальным соотношением уретанового и эпоксидного компонентов является 100:5 соответственно. Введение в состав герметика количества эпоксидиановой смолы в количестве более 10 мас. ч ухудшает адгезию с резиной. При отсутствии открытой металлической поверхности в местах соединения пластин введение эпоксидианового компонента необязательно.

Предлагаемое решение является новым, так как в уровне техники не выявлено способов, все признаки которого были бы идентичны признакам заявляемого способа.

Предложение имеет изобретательский уровень, так как сочетание его признаков не следует явным образом из уровня техники.

Предлагаемое решение может быть воспроизведено при помощи известного оборудования и известных материалов, таким образом оно является промышленно применимым, что доказывается материалами заявки.

Конкретный пример использования изобретения.

Крепление пластины осуществляют в следующей последовательности:
1. Подготовка металлических поверхностей.

2. Подготовка монтажных поверхностей резиновых пластин.

3. Монтаж пластин.

4. Герметизация зазоров.

Подготовку поверхности металла осуществляли дробеструйным методом при помощи аппарата "Каскад". Обработку осуществляли при давлении 0,5-0,7 МПа. Размер дроби 0,7-1,2 мм. Контроль качества - визуальный по сравнению с эталоном, при этом не допускалось наличие следов окалины, ржавчины, острых кромок, наплывов металла.

Резиновые пластины были подвергнуты сушке, шерохованию и модификации. Сушку пластин осуществляли в течение 2-х часов в сушильных камерах при температуре воздуха 45±5^oC и относительной влажности не более 50%. Шерохование производилось (на станках) с помощью шлифовальных шкурок до появления равномерного черного матового цвета, после чего пластины подавались на модификацию.

Радиационно-химическую модификацию производили на линии модификации пластин в 2 этапа: сначала наносили на пластину малярный слой полиэфирной смолы. Обработку потоком ускоренных электронов осуществляли по следующему режиму:
энергия ускоренных электронов, СЭВ - - 30±3,5;
величина тока ускоренных электронов, мА - - 3,0±0,3;
скорость транспортирования пластин в зоне облучения, м/мин - - 0,33±0,03.

Затем на облученную поверхность наносили стеклоткань, пропитанную той же смолой, и снова подвергали ее воздействию ускоренных электронов по режиму:
энергия ускоренных электронов, кэВ - - 70±35;
величина тока пучка ускоренных электронов, мА - - 7,0±0,5;
скорость транспортирования пластин в зоне облучения, м/мин - - 0,33±0,03.

Качество радиационно-химической модификации поверхности определяют показателем усилия отрыва.

Поверхность резиновых пластин, подлежащую химической обработке, очищают, обезжиривают бензином и выдерживают в течение 15 мин. Затем на специальной установке методом галогенирования осуществляют обработку монтажной поверхности при температуре окружающего воздуха от 15 до 25^oC и относительной влажности воздуха не более 65%. При галогенировании использовали следующий модифицирующий состав, мас. ч.:
дихлорамин - 15
ацетон - 75
вода дистиллированная - 10
Расход модифицирующего состава составляет - 0,1- 0,15 кг/м².

После радиационно-химической и химической обработки осуществляли разметку, раскраивание пластин по шаблонам, удаление с поверхности отвержденного слоя стеклопластика. На раскроенные пластины и поверхность металла наносили клеевой состав. В качестве клеевого состава использовали композицию, содержащую, мас.ч.:
эпоксидиановая смола - 20
этилцеллозольв - 50
тальк - 38
гексаметилендиамин - 4
этиловый спирт - 8
функциональные добавки - 13.

Если поверхность металла имеет неровности, клеевой состав можно наносить в два слоя - грунтовочный (для равномерного распеределения состава по поверхности и выравнивания самой поверхности) и клеевой. При отсутствии неровностей металла применение грунтовочного слоя необязательно. Прочность крепления пластин к металлу не зависит от применения грунтовочного слоя.

Монтажные поверхности с нанесенным на них клеем соединяли методом наложения и на период отверждения клея на них устанавливали технологическое приспособление, при помощи которого осуществляли прижимное усилие, направленное нормально к металлической поверхности и распределяемое от центра пластины к ее периферии для выдавливания излишков клея вдоль периметра пластины. Приспособлением осуществляли равномерный прижим пластины к металлической поверхности. В таком положении пластины выдерживали в течение не менее 24 часов при температуре не ниже 15^oC.

После того как клей затвердеет, очищали места соединений резиновых пластин, удаляли избытки клеевого состава из зазоров, шероховали торцы резиновых пластин, обеспыливали и обезжиривали все поверхности в зазоре. Герметизацию осуществляли при помощи специальных пневмошприцов при температуре от 15 до 30^oC и относительной влажности воздуха не более 70%.

В качестве герметика использовали композицию, содержащую, мас.ч.:
уретановый форполимер на основе полибутадиендиола и толуилендиизоцианата - 100
аминный отвердитель - 30
эпоксидиановая смола - 5.

На период полимеризации герметика производили фиксацию заполненных герметиком швов при помощи бумажных или резиновых лент, приклеиваемых к поверхности пластин в районе швов резиновым клеем.

Контроль качества загерметизированных швов осуществляли визуально на отсутствие внешних дефектов и при помощи специального щупа, позволяющего установить наличие или отсутствие связи между герметиком и торцами резиновых пластин.

Контроль качества приклеивания определяли по показателю усилия отрыва.

Прочность связи покрытия с металлом при отрыве составила 20.0 кгс/см².

Известное крепление аналогичных покрытий с помощью клеев типа 88 обеспечивает прочность при отрыве 13.0 кгс/см² (ТУ 005300-77).

Использование предлагаемого способа позволяет получить надежное крепление покрытия к металлической поверхности изделия или конструкции без изменения свойств покрытия в процессе обработки, обеспечивая прочность связи при отрыве не менее 20.0 кгс/см². Способ несложен, экономичен, производителен и может быть применен не только в условиях цеха, но и на открытых строительных или ремонтных площадках.

Изобретение относится к способам монтажа эластичных покрытий и может быть использовано в судостроении, машиностроении, строительстве и других отраслях. Способ предназначен для крепления эластичного покрытия, преимущественно прессованных резиновых пластин толщиной от 40 до 80 мм, в том числе к криволинейным поверхностям. Описывается способ крепления эластичного покрытия к металлическим поверхностям, включающий нанесение клеевого материала, выдержку его, наложение на металлическую поверхность эластичного покрытия с приложением усилия прижима от центра к кромкам с последующим отверждением клея, отличающийся тем, что в качестве эластичного покрытия используют преимущественно прессованные резиновые пластины толщиной от 40 до 80 мм, перед нанесением клеевого материала производят предварительную механическую обработку металлической поверхности и радиационно-химическую или химическую модификацию монтажной поверхности пластин эластичного покрытия, на обе соединяемые поверхности наносят клеевой материал, содержащий эпоксидиановую смолу, после отверждения клея защищают торцы пластин и заполняют зазор между торцами пластин герметизирующей композицией на основе уретана. Способ позволит улучшить качество крепления покрытия, получить однородные характеристики по всей площади покрытия, включая и места соединений пластин, обеспечить неизменность свойств готового покрытия, изменение которых может иметь место вследствие технологической обработки, связанной с процессом крепления пластин, а также при формировании покрытия из неоднородных по структуре пластин. 7 з.п.ф-лы.

1. Способ крепления эластичного покрытия к металлическим поверхностям, включающий нанесение клеевого материала, выдержку его, наложение на металлическую поверхность эластичного покрытия с приложением усилия прижима от центра к кромкам с последующим отверждением клея, отличающийся тем, что в качестве эластичного покрытия используют преимущественно прессованные резиновые пластины толщиной от 40 до 80 мм, перед нанесением клеевого материала производят предварительную механическую обработку металлической поверхности и радиационно-химическую или химическую модификацию монтажной поверхности пластин эластичного покрытия, на обе соединяемые поверхности наносят клеевой материал, содержащий эпоксидиановую смолу, после отверждения клея зачищают торцы пластин и заполняют зазор между торцами пластин герметизирующей композицией на основе уретана. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе предварительной механической обработки поверхность металла подвергают дробеструйной обработке с использованием чугунной колотой дроби с размером частиц 0,7 - 1,2 мм и давлением струи сжатого воздуха 0,5 - 0,7 МПа. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в процессе предварительной обработки монтажной поверхности эластичного покрытия радиационно-химическим способом указанную поверхность пластины после сушки, шерохования и обезжиривания обрабатывают полиэфирной смолой и подвергают радиационному воздействию. 4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что в процессе предварительной обработки монтажной поверхности эластичного покрытия радиационно-химическим способом на указанную поверхность после сушки, шерохования, обезжиривания, обработки полиэфирной смолой, радиационного воздействия дополнительно накладывают стеклоткань, вновь подвергают радиационному воздействию и перед нанесением клеевого материала на поверхности пластины удаляют слой стеклоткани с отвержденной полиэфирной смолой. 5. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в процессе предварительной обработки монтажной поверхности эластичного покрытия химическим способом указанную поверхность пластины после сушки, шерохования и обезжиривания модифицируют раствором дихлорамина в смешанном растворителе ацетон-вода дистиллированная при температуре окружающего воздуха от 15 до 25^oC и относительной влажности не более 65%, при этом расход модифицирующего состава должен составлять 0,1 - 0,15 кг/м². 6. Способ по пп.1 - 5, отличающийся тем, что в качестве клеевого материала используют композицию, содержащую эпоксидиановую смолу от 10 до 25 мас.%. 7. Способ по пп.1 - 6, отличающийся тем, что прижимное усилие на пластину осуществляют в направлении, нормальном к металлической поверхности, и производят выдержку в течение не менее 24 ч при температуре окружающего воздуха не ниже 15^oC. 8. Способ по пп.1 - 7, отличающийся тем, что места стыков смежных пластин герметизируют композицией, содержащей уретановый форполимер, аминный отвердитель и эпоксидиановую смолу при следующем содержании компонентов, мас.ч.:
Уретановый форполимер - 100
Аминный отвердитель - 25 - 30
Эпоксидиановая смола - 0,1 - 10