PL207317B1 - Sposób poprawy właściwości eksploatacyjnych gotowych wyrobów gumowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób poprawy właściwości eksploatacyjnych gotowych wyrobów gumowych, zwłaszcza piór wycieraczek szyb samochodowych i ruchowych uszczelnień gumowych. Sposobem według wynalazku poprawia się takie właściwości wyrobów gumowych jak przyczepność, opory tarcia, trwałość eksploatacyjną oraz odporność na zużycie ścierne.

W przypadku piór wycieraczek szyb samochodowych współpracujących ciernie z płaszczyzną szklaną tj. szybą samochodową, podstawowym problemem jest zapewnienie efektywności usuwania wody z jej powierzchni, która zależy od właściwego przylegania krawędzi żądła pióra wycieraczki do szyby. Pod wpływem działania czynników atmosferycznych, głównie ozonu i podwyższonej temperatury, guma, z której są z reguły wykonane wycieraczki, ulega starzeniu przejawiającym się zmianą jej właściwości mechanicznych, wzrostem sztywności w całej jej objętości oraz postępującym zużyciem ściernym. Zużycie ścierne gumy powoduje „zaokrąglenie ostrych krawędzi żądła pióra wycieraczki i utrat ę jej zdolnoś ci do usuwania wody z szyby, zaś wzrost sztywnoś ci gumy utrudnia przyleganie pióra wycieraczki do szyby czyli uszczelnienie ruchowe do powierzchni uszczelnianej.

Znany jest cały szereg sposobów poprawy właściwości użytkowych wyrobów gumowych oraz zabezpieczania wyrobów gumowych przed starzeniem, polegających na modyfikacji objętościowej lub powierzchniowej metodami fizycznymi lub chemicznymi, przy czym okazało się, iż kluczową rolę w poprawie tych właściwości odgrywa stan powierzchni i właściwości mechaniczne warstwy wierzchniej wyrobu gumowego. W celu poprawy właściwości użytkowych piór wycieraczek szyb samochodowych i gumowych uszczelnień tych szyb poddaje sieje najczęściej, po wulkanizacji, procesowi chlorowania w kąpieli. Sposób ten prowadzi do zwiększenia twardości i modułu warstwy wierzchniej gumy oraz wzrostu polarności jej powierzchni poprawiającej zwilżalność wodą, ale równocześnie przyspiesza proces objętościowego starzenia się gumy i wiąże się z powstawaniem dużej ilości zasolonych ścieków, które ze względów ekologicznych muszą być poddawane utylizacji. Nadto z upływem czasu następuje wydzielanie się chloru z warstwy wierzchniej gumy, co pogarsza parametry eksploatacyjne chlorowanych wyrobów.

Sposób poprawy właściwości eksploatacyjnych gotowych wyrobów gumowych, zwłaszcza piór wycieraczek szyb samochodowych i ruchowych uszczelnień gumowych, polegający na poddaniu wyrobów gumowych, po ich wulkanizacji, modyfikacji powierzchniowej metodą fizyczną, według wynalazku polega na tym, że zwulkanizowany wyrób gumowy poddaje się naświetleniu promieniowaniem UV stosując dawkę równą korzystnie 0,2-12 kWh/m² powierzchni wyrobu, przy zachowaniu odległości wyrobu od źródła promieniowania równej 6 - 600 mm, korzystnie 100 mm, utrzymując temperaturę powierzchni wyrobu w granicach 300-350 K. Stosuje się promieniowanie UV korzystnie z zakresu długości fali 200 - 350 nm, emitowane przez lampę rtęciową.

Sposób według wynalazku powoduje częściową grafityzację powierzchni wyrobu gumowego, co potwierdzają widma spektroskopowe w podczerwieni wyrobu poddanego obróbce, a nadto powoduje wzrost twardości i modułu mechanicznego ograniczony do jego warstwy wierzchniej, na co wskazują wyniki badań przeprowadzonych metodą mikroindentacji. Obróbka sposobem według wynalazku zapewnia zachowanie elastyczności i przyleganie wyrobów do powierzchni szklanej, a także obniża tarcie w warunkach smarowania wodą, co poprawia efektywność wycierania wody z szyby przez tak zmodyfikowane pióra wycieraczek oraz jednocześnie zwiększa trwałość eksploatacyjną i odporność na zużycie ścierne modyfikowanych wyrobów.

Sposób według wynalazku ilustruje bliżej poniższy przykład, nie ograniczając jego zakresu.

P r z y k ł a d

Mieszankę gumową o składzie w częściach wagowych: kauczuk naturalny - 100 części sadza aktywna - 30 części sadza nieaktjrwna - 10 części stearyna techniczna - 2 części wosk parafinowy - 3 części antyutleniacz - 1,5 części tlenek cynku - 10 części antyozonant - 1,5 części przyspieszacz (difenyloguanidyna) - 1,5 części siarka - 2,5 części przyspieszacz (disiarczek czterometylotiuramu) - 0,2 części

PL 207 317 B1 przygotowano przez zmieszanie jej składników za pomocą walcarki przy szybkości ścinania 10^-2 s^-1, w temperaturze 333 K, w czasie 15 minut. Mieszankę poddano nastę pnie wulkanizacji w formie stalowej w temperaturze 433 K, w czasie 10 minut. Uzyskane wulkanizaty poddano naświetlaniu promieniowaniem UV emitowanym przez lampę rtęciową stosując dawkę 5 kWh/m², z odległości 100 mm, przy przepływie powietrza zapewniającym utrzymanie temperatury powierzchni wyrobu równą 300⁺⁵ K, w czasie 15 minut, 30 minut, 1 godziny, 2 godzin, 4 godzin i 14 godzin.

Następnie przeprowadzono badania mikromechaniczne dotyczące warstwy wierzchniej oraz tribologiczne w skali makroskopowej zmodyfikowanych wulkanizatów w celu wyznaczenia:

- właściwości makro mechanicznych wg normy ISO 37,

- właściwości mikromechanicznych dotyczących warstwy wierzchniej (na głębokości około 1 μm) przy wykorzystaniu metody mikroindentacji kulistej (kulka ze stali nierdzewnej, o promieniu R= 5 μm),

- współczynnika tarcia i czasu docierania po szkle „na sucho i w warunkach smarowania wodą, z przebiegu charakterystyki tribologicznej,

- wielkości energii (w jednostkach umownych), inicjującej proces zużycia po szkle „na sucho i w warunkach smarowania wodą, z przebiegu energetycznej charakterystyki tarcia.

Równocześnie, dla celów porównawczych, przeprowadzono identyczne badania dla wulkanizatów niemodyfikowanych (czas naświetlania 0).

Wyniki badań przedstawiono w tablicy.

T a b l i c a

Wielkość fizyczna	Czas naświetlania promieniowaniem UV
0	15 min	30 min	1 godz.	2 godz.	4 godz.	14 godz.
właściwości mikromechaniczne
mikrotwardość, H [MPa]	8,0	7,5	6,5	6,0	4,0	3,0	4,0
moduł Younga warstwy wierzchniej, E [MPa]	25,5	28,0	28,5	28,0	17,0	16,0	22,0
parametry tribologiczne
współczynnik tarcia po szkle „na sucho	3,6	6,8	23,1	23,1	22,0	19,9	2,3
współczynnik tarcia po szkle w wodzie	3,2	6,1	6,2	6,6	15,1	2,8	2,5
czas docierania próbki po szkle; tarcie „na sucho [min]	98	106	58	63	89	68	>120
czas docierania próbki po szkle; tarcie w wodzie [min]	94	60	49	43	105	109	ok. 120
energia rozpraszana; tarcie „na sucho [j.u.]	981	641	1820	1450	4760	3210	3430
energia rozpraszana; tarcie w wodzie [j.u.]	11	44	32	35	13	15	30

Wyniki badań mechanicznych w skali makroskopowej potwierdziły powierzchniowe działanie modyfikacji. Wytrzymałość mechaniczna gumy na rozciąganie w warunkach statycznych (ISO 37) wzrosła w wyniku poddania jej modyfikacji nie więcej jak 6,5%, natomiast wydłużenie przy zerwaniu uległo obniżeniu zaledwie o około 4,0%.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób poprawy właściwości eksploatacyjnych gotowych wyrobów gumowych, zwłaszcza piór wycieraczek szyb samochodowych i ruchowych uszczelnień gumowych, polegający na poddaniu wyrobów gumowych, po ich wulkanizacji, modyfikacji powierzchniowej metodą fizyczną, znamienny tym, że zwulkanizowany wyrób gumowy poddaje się naświetleniu promieniowaniem UV stosując dawkę równą korzystnie 0,2-12 kWh/m² powierzchni wyrobu, przy zachowaniu odległości wyrobu od źródła promieniowania równej 6 - 600 mm, korzystnie 100 mm, utrzymując temperaturę powierzchni wyrobu w granicach 300-350 K.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się promieniowanie UV korzystnie z zakresu długości fali 200 - 350 nm, emitowane przez lampę rtęciową.