Po odtłuszczeniu, powierzchnie metalowe w miejscu łączenia z gumą należy oczyścić z warstwy tlenków i rdzy w procesach mechanicznych lub chemicznych. Procesy te służą również zwiększeniu powierzchni i profilu podłoża.
Procesy mechaniczne obejmują obróbkę skrawaniem, szlifowanie i czyszczenie strumieniowo-cierne. Zwykłym medium stosowanym w przypadku podłoży stalowych są ścierniwa zgodne z normą PN-EN ISO 11124-4:2018-10. Można również wykorzystywać śrut z metali nieżelaznych oraz piasek kwarcowy i karborund. Elementy poddane obróbce mechanicznej powinny być ponownie odtłuszczone.
Nieutlenioną powierzchnię metalu należy zabezpieczyć przed ponowną pasywacją poprzez naniesienie środka podkładowego lub właściwego środka łączącego. Należy przestrzegać następujących reżimów czasowych: stal - max. 8 godzin; aluminium - max. 2-3 godziny; stal szlachetna, mosiądz - max. 30 minut. Im krótszy jest czas między obróbką strumieniowo-cierną a naniesieniem środka łączącego, tym mniejsze niebezpieczeństwo związane z powstawaniem błędów połączenia.
Procesy chemicznej obróbki powierzchni stali obejmują wytrawianie powierzchni kwasem, a następnie fosforanowanie, jak również obróbkę galwaniczną - powłoki cynkowe, cynkowo-żelazowe i cynkowo-niklowe. Aluminium jest zazwyczaj anodowane elektrolitycznie w obecności kwasu siarkowego, chromowego lub fosforowego. Uzyskuje się w ten sposób twardą, odporną warstwę tlenku, która zwykle tworzy dobre połączenia z obecnie stosowanymi systemami wiążącymi.
Na przygotowaną powierzchnię metalu kleje rozpuszczalnikowe można nakładać pędzlem, wałkiem lub natryskowo. Elementy metalowe można również zanurzyć w preparacie. Ogólne zalecenia dotyczące grubości suchej warstwy nanoszonego środka łączącego są następujące:
- dla podkładu: od 5,1 do 12,7 µm
- dla środka łączącego (kleju): od 12,7 do 25,4 µm
- dla kleju stosowanego do połączenia zwulkanizowanego elementu gumowego z metalem: od 20,3 do 33,0 µm.
Dobór systemu klejącego uzależniony jest od rodzaju zastosowanego elastomeru. Mieszanki kauczuków o wyższej polarności (kauczuki nitrylowe, chloropren) lepiej łączą się z metalami niż mieszanki kauczuków niepolarnych oraz o mniejszej ilości wiązań nienasyconych. Dlatego warto kierować się zaleceniami producentów klejów.
Rys. 2. Zdolność mieszanek do łączenia się z metalami: NBR - kauczuk akrylonitrylowy, CR - kauczuk chloroprenowy, SBR - kauczuk butadienowo - styrenowy, NR - kauczuk naturalny, IIR - kauczuk butylowy, EPDM - kauczuk etylenowo - propylenowo - dienowy (na podstawie materiałów firmy LORD)
W przetwórstwie mieszanek kauczukowych szerokie zastosowanie znalazły sole kobaltu, niklu i cynku (zwłaszcza naftenian kobaltu) w połączeniu z reaktywnymi żywicami. Związki te poprawiają adhezję mieszanek do metali (ocynkowanych, mosiądzowanych).
W przypadku mieszanek wulkanizowanych nadtlenkowo można stosować metaliczne pochodne kwasu akrylowego (diakrylan i dimetakrylan cynku). Optymalna ilość mieści się w granicach 8–10 cz. wag. (jeśli chodzi o stal, jest to ok. 20 cz. wag.). Związki te pełnią rolę promotorów adhezji, jak również funkcję koagentów wulkanizacji.
Części gumowo-metalowe są zwykle wytwarzane w procesie formowania tłocznego, przetłocznego lub wtryskowego. Wyroby wielkogabarytowe można wulkanizować w autoklawie. Najlepsze i najbardziej pewne połączenia uzyskuje się w przypadku świeżo walcowanych (odświeżonych) mieszanek kauczukowych. Jeśli mieszanka do łączenia jest dostarczana przez kooperanta czy poddostawcę, warto o tym pamiętać.
Właściwe przeprowadzenie wulkanizacji ma kluczowe znaczenie dla uzyskania wysokiej jakości połączenia między gumą a metalem. Czy coś może pójść nie tak? Oczywiście. Dlatego w najbliższym czasie postaram się wrócić do tematu łączenia gumy z metalami i przybliżyć możliwe problemy technologiczne oraz metody badań wytrzymałościowych.
Karol Niciński
