Łączenie elastomerów z tworzywami sztucznymi - wyroby kompozytowe

Podczas łączenia gumy z tworzywem sztucznym, jak zawsze, należy pamiętać o odtłuszczeniu łączonych powierzchni. Dodatkowo, konieczna może okazać się ich obróbka wstępna. Powierzchnię gumy można po prostu zszorstkować, aby mechanicznie ją oczyścić i rozwinąć. Warto mieć jednak świadomość, że mieszanki kauczukowe, a tym samym wulkanizaty, są mieszaniną wielu (nierzadko kilkunastu) substancji, z których pewne mogą migrować ku powierzchni i utrudniać tworzenie spoiny. Przy źle dobranej recepturze mogą one również osłabiać już wytworzone złącze. Ze względu na mnogość stosowanych receptur, nawet w przypadku jednego, konkretnego kauczuku trudno jest przyjmować uogólnione założenia.

Oprócz obróbki mechanicznej często stosuje się metody chemiczne, które pozwalają wprowadzić do zewnętrznej warstwy gumy dodatkowe grupy chemiczne o charakterze polarnym i zwiększyć jej interakcję z klejem. Modyfikacje chemiczne po-wierzchni gumy obejmują traktowanie jej stężonym kwasem siarkowym, podchlorynem sodu lub kwasem trichloroizocyjanurowym (TCICA) w octanie etylu. Obiecujące wyniki uzyskano również dla metod bezrozpuszczalnikowych, bezpieczniejszych dla środowiska – elektrochemicznej oraz z wykorzystaniem rozpuszczalnych w wodzie organicznych donorów chloru. Aktywowanie powierzchni plazmą poprawia zwilżalność i przyczepność silikonów.

Tworzywa sztuczne mogą występować w postaci: gotowych części formowanych lub odlewanych, arkuszy lub folii, rur lub prętów, czy też włókien i tkanin. Ze względu na znacznie prostsze recepturowanie w porównaniu z mieszankami kauczukowymi, obróbka wstępna ich powierzchni była przedmiotem znacznie większego zainteresowania naukowego. Już w latach 50. XX w. opracowano niektóre z najważniejszych metod - obróbkę koronową i płomieniową poliolefin oraz zastosowanie kompleksów sodowych do modyfikacji powierzchni fluoropolimerów. Nieco później wprowadzono obróbkę plazmową i halogenowanie. Obecnie wiele wiadomo o tych procesach, w tym o wprowadzonych grupach chemicznych, ich stężeniach oraz głębo-kości dokonanej modyfikacji. Podobnie jak w przypadku gumy, tak i w przypadku tworzyw sztucznych wykorzystuje się lekkie szlifowanie lub obróbkę strumieniowo-ścierną pamiętając, że w przypadku zbyt gwałtownej obróbki generowane ciepło może prowadzić do odkształceń detalu.

Poliestry, poliamidy, aramidy - w postaci tkanin lub kordów - zapewniają niezbędną wytrzymałość i sztywność opon samochodowych, taśm przenośnikowych, pasów napędowych, pasków klinowych, węży pneumatycznych i hydraulicznych oraz innych technicznych wyrobów gumowych. Zagadnienia dotyczące ich adhezji w tej formie do mieszanek kauczukowych stanowią odrębny, szeroko badany temat, którego nie będę w niniejszym artykule rozwijał. Dość powiedzieć, że w celu uzyskania dobrego połączenia między syntetycznym włóknem a mieszanką kauczukową w przemyśle gumowym szeroko stosuje się metodę RFL oraz metodę HR (HRH).

Metoda RFL polega na powlekaniu tkanin kordowych wodnym roztworem żywicy rezorcynowo-formaldehydowej i lateksem terpolimeru styrenowo-butadienowo-winylopirydynowego. Następnym etapem jest obróbka cieplna w wysokiej temperaturze (170–250°C, 30–120 sek.) w celu ustabilizowania wymiarowego podłoża, usieciowania naniesionej warstwy i uzyskania optymalnej przyczepności do gumy. Opracowano liczne modyfikacje tej metody, polegające m.in. na nanoszeniu różnych preparacji w procesie przędzenia włókna, wstępnym powlekaniu tkaniny mieszaniną izocyjanianu/poliepoksydu, czy też dodaniu etapów aktywacji warstwy RFL innymi układami adhezyjnymi.

Metoda RFL, choć najbardziej rozpowszechniona, ma istotną wadę. Od 2014 r. formaldehyd jest klasyfikowany przepisami UE jako substancja ewidentnie rakotwórcza i mutagenna. Dlatego prowadzone są prace nad powłokami adhezyjnymi, które nie będą go zawierać. Ciekawe i obiecujące są systemy na bazie hydroksymetylofurfuralu (HMF) - substancji, którą można wyekstrahować z drewna.

Ponieważ HMF powstaje podczas termicznego rozkładu węglowodanów, można go znaleźć także w wielu produktach spożywczych poddawanych obróbce cieplnej. Zgodnie z aktualną wiedzą naukową, nie stwarza on problemów zdrowotnych. Uzyska-ne do tej pory wyniki wskazują, że do poprawy przyczepności przędz z poliamidu 6.6 wystarczy impregnacja testowanym roztworem, natomiast włókna poliestrowe oraz aramidowe wymagają wcześniejszej obróbki, np. plazmowej.

Drugą metodą uzyskiwania przyczepności między kordem a gumą jest metoda HR, a konkretnie jej ulepszona wersja oznacza-na skrótem HRH, która polega na modyfikacji mieszanek kauczukowych. Została ona pierwotnie opracowana do łączenia z gumą drutów stalowych. Termin „HRH” odnosi się do następujących składników recepturowych:

  • heksa(metoksymetylo)melaniny (HMMM), bądź heksametylenotetraaminy (HMT)
  • rezorcyny (lub innych pochodnych fenolowych)
  • uwodnionej krzemionki (ang. hydrated silica).

W tym przypadku spoina między tkaniną a gumą powstaje in situ na etapie wulkanizacji. Modyfikację kordu w kąpieli RFL można pominąć.

Reportaże

Forum