Герметики

Большую группу адгезионных полимерных материалов составляют герметики, используемые для герметизации узлов различных машин и строительных конструкций, других изделий.

Герметики — это материалы на основе полимеров, мономеров и олигомеров, предназначенные для обеспечения непроницаемости плоских, цилиндрических и других соединений для жидкостей и газов. От их свойств зависят безопасность, работоспособность и экономичность работы конструкций.

Так же как и клеи, герметики обладают адгезией к соединяемым материалам. Однако в отличие от клеев прочность соединения для них не всегда важна. Основным назначением герметиков является создание сплошного адгезионного соединения, способного обеспечить герметичность конструкции.

В зависимости от назначения герметики имеют различную вязкость. При нанесении на герметизируемые поверхности они могут быть низковязкими жидкостями, вязкими пастами или замазками. Благодаря способности в жидком состоянии принимать форму зазора герметик заполняет все неровности поверхностей уплотняемых соединений, в результате чего величина фактической поверхности герметизации оказывается больше, чем при использовании твердых формованных прокладок.

К герметикам предъявляют разнообразные технические требования. Они должны обладать водостойкостью, тепло- и морозостойкостью, быть устойчивыми к воздействию агрессивных сред, не вызывать коррозию материалов уплотняемых деталей, обладать высокой адгезией к этим материалам, быть прочными и способными к деформации без разрушения в процессе эксплуатации уплотняемой конструкции. Объем технических требований и значения соответствующих показателей определяются условиями работы герметизируемой конструкции.

Помимо технических к герметикам предъявляют и технологические требования. Так, для использования в крупносерийном производстве желательно, чтобы герметик был одноупаковочным, т. е. не требующим дозирования и смешения компонентов, а также чтобы он отверждался при температуре рабочего помещения без специального подогрева.

По технологическим свойствам герметики можно разделить на три группы: высыхающие, невысыхающие и отверждающиеся.

Высыхающие герметики представляют собой пастообразную массу с вязкостью 300—500 Па с и являются растворами полимерных композиций определенного состава в органических растворителях. Такие герметики получают на основе бутадиен-стирольных, бутадиен-нитрильных, хлоропреновых каучуков. В зависимости от концентрации и вязкости их можно наносить шпателем или кистью. После нанесения на поверхность и улетучивания растворителя они становятся эластичными, резиноподобными.

Высыхающие герметики не могут эксплуатироваться сразу после нанесения на поверхность, так как требуется определенное время для улетучивания растворителя и образования эластичной пленки. Для получения пленки большой толщины требуется многократное нанесение тонкого слоя высыхающего герметика и обеспечение полного удаления летучих веществ. При нанесении толстого слоя герметика выделение летучих компонентов задерживается, в нем появляются поры, что может привести к нарушению герметичности конструкции.

Недостатком высыхающих герметиков является их значительная усадка, происходящая в результате улетучивания растворителя, и невысокая механическая прочность. Именно это сдерживает их широкое применение.

Невысыхающие герметики как в момент нанесения, так и при эксплуатации находятся в одном и том же пастообразном (пластичном) состоянии.

Невысыхающие герметики представляют собой многокомпонентные композиции, состоящие из каучука, пластификатора и других добавок. Это одноупаковочные материалы, удобные и экономичные в эксплуатации. Верхний температурный предел их эксплуатации не выше 70 °С. Их недостатками являются ползучесть при комнатной температуре, появление необратимых деформаций под действием небольших нагрузок, недостаточная стойкость к топливу и растворителям.

С помощью невысыхающих герметиков осуществляют уплотнение соединений, не работающих под давлением, например, защищают металлоконструкции, полученные точечной сваркой, от проникновения влаги.

Отверждающиеся герметики представляют собой материалы, которые под воздействием тепла, влаги и специальных химических веществ (вулканизующих или отверждающих агентов) подвергаются необратимым химическим изменениям с образованием трехмерной сетчатой структуры полимера.

Из рассматриваемых групп герметиков наибольший интерес представляют отверждающиеся материалы. Это связано с тем, что герметик должен обладать при нанесении подвижностью, свойственной высоковязкой жидкости. В этом случае он обеспечит заполнение зазоров и микронеровностей поверхности. Но жидкий герметик не может обеспечить герметичность изделия при воздействии давления. Чтобы противостоять давлению, герметизирующий материал при эксплуатации должен обладать свойствами твердого тела, т. е. иметь достаточную жесткость, сохраняя неизменность формы. Только в этом случае уплотняющий материал позволит решить главную задачу — обеспечить герметичность конструкции, работающей под давлением.

Основой отверждающихся герметиков являются низкомолекулярные жидкие каучуки, мономеры и олигомеры с концевыми реакционноспособными группами. Такие соединения отверждаются, как правило, при комнатной температуре. На их основе можно получать композиции с различной вязкостью без применения растворителей.

Большую группу отверждающихся герметиков составляют анаэробные материалы. Соединения, выполненные с их помощью, обладают не только отличной герметичностью, но и высокой прочностью, в связи с чем их чаще относят к клеевым материалам.

Одним из видов отверждающихся герметиков являются заливочные компаунды на основе эпоксидных, полиэфирных, кремнийорга- нических смол. Как и другие полимерные материалы, компаунды содержат пластификаторы, наполнители, отвердители и другие компоненты.

К компаундам предъявляют специфические требования, вытекающие из их назначения и технологии применения. Компаунды не должны при отверждении выделять летучие вещества и иметь усадку, у них должны быть низкая вязкость и удовлетворительная жизнеспособность, позволяющие использовать их в конвейерном производстве.

В отвержденном состоянии компаунды обладают высокими электроизоляционными и прочностными свойствами, тепло- и влагостойкостью, устойчивостью к вибрации, ударным нагрузкам и др.

Большую группу отверждающихся материалов составляют герметики, основой которых являются низкомолекулярные каучуки, имеющие функциональные группы. Отверждение этих герметиков происходит за счет вулканизации каучуков. Свойства некоторых вулканизующихся герметиков приведены в табл. 14.2.

Силиконовые герметики выпускаются, как правило, в одно- и двухупаковочном виде. С технологической точки зрения наиболее привлекательны одноупаковочные материалы, не требующие каТаблица 14.2. Свойства некоторых эластомерных вулканизующихся герметиков

Наименование

показателя

Единица

измерения

Марка герметика

КЛТ-75Т

Эласто-

сил

137-83

ВИТО-1

51-Г-34

У30

МЭС-10

У30М

Полимерная

основа

Силиконовая

Силиконовая

Полиуретановая

Полиуретановая

Поли-

суль-

фидная

Поли-

суль-

фидная

Плотность

г/см3

1,35

1,40

1,2

1,1

1,4

1,4

Т всрдость по Шору

уел. ед.

45-50

45-50

40-55

50-60

30-45

50-65

Прочность при растяжении

МПа

1,5

2,0

3,5

3,6

1,8

3,5

Относительное удлинение при разрыве

%

120

200

240

540

300

300

Сопротивление раздиру

кН/м

1,5-2,3

1,5-2,3

  • 0,78—
  • 0,98
  • 1,17—
  • 1,47

Сопротивление отслаиванию от сплава Д-16А

кН/м

1,8

1,6

3,9

2,4

2,3

2,3

Количество

компонентов

(упаковок)

шт.

1

1

1

2

3

3

кой-либо подготовки перед использованием и вулканизующиеся за счет взаимодействия с влагой воздуха.

Без доступа влаги вулканизация одноупаковочных герметиков невозможна. Скорость их отверждения зависит от относительной влажности воздуха (рис. 14.4).

При увеличении влажности воздуха растет толщина слоя герметика, отверждающегося за одинаковое время, что является следствием диффузии паров воды, содержащейся в воздухе, на большую глубину материала.

Двухупаковочные силиконовые герметики состоят из герметизирующей пасты на основе каучуков линейного строения с молекулярной массой (20—100) • 103 и вулканизующих агентов — полифункцио- нальных кремнийорганических соединений в одной упаковке, а так-

Влияние продолжительности отверждения (т) на толщину отвержденного слоя (И) силиконового герметика при относительной влажности воздуха

Рис. 14.4. Влияние продолжительности отверждения (т) на толщину отвержденного слоя (И) силиконового герметика при относительной влажности воздуха: 1-5 %;2-45 %; 3-75 %;4—85 %

же катализатора отверждения — оловоорганических и других соединений, которые поставляются отдельно и смешиваются с основной пастой перед использованием.

Двухупаковочные герметики на основе силиконовых каучуков после смешения сохраняют свою жизнеспособность в течение 1—6 ч и вулканизуются при комнатной температуре в течение 12—48 ч.

Силиконовые герметики состоят из жидкого каучука, наполнителей, пигментов, стабилизаторов, адгезионных добавок, катализаторов, ускоряющих вулканизацию, и др. В качестве усиливающих наполнителей вводят мелкодисперсные минеральные вещества — диоксид титана, диоксид кремния, оксид цинка и другие, которые существенно улучшают физико-механические свойства отвержденного герметика.

Для окрашивания герметиков используют минеральные пигменты (технический углерод, соединения кадмия и др.) и некоторые органические красители.

В зависимости от типа каучука, наполнителя, вулканизующего агента и других добавок силиконовые герметики различаются по вязкости, цвету, жизнеспособности (от нескольких минут до нескольких десятков часов) и другим свойствам.

Отличительными свойствами силиконовых герметиков являются: высокая эластичность в широком диапазоне температур (от -70 до 300 °С), хорошие диэлектрические показатели, стабильность свойств при длительной эксплуатации в условиях резкого перепада температур, повышенных вибрационных нагрузок, тропического климата, устойчивость ко многим агрессивным средам.

Недостатками силиконовых герметиков являются ограниченная устойчивость при воздействии минеральных масел и углеводородных топлив, а также недостаточная механическая прочность. Ее зависимость от температуры показана на рис. 14.5.

Влияние температуры (7) на разрушающее напряжение при отрыве (а)

Рис. 14.5. Влияние температуры (7) на разрушающее напряжение при отрыве (а)

герметиков:

/_ ВГО-1; 2-ГИПК 24-16; 3 — ХЗ-7097; 4 — Эластосил 137-83; 5- КЛТ-75Т;

6— Rhodorseal-5661

Полиуретановые герметики могут быть одно- и двухупаковочными.

Одноупаковочные материалы в герметичной упаковке длительно сохраняют свои технологические свойства и только после нанесения на герметизируемую поверхность начинают отверждаться в результате взаимодействия с влагой, содержащейся в воздухе.

Двухупаковочные герметики состоят из гидроксилсодержащих полиэфиров и полиизоцианатов. При смешении компонентов происходят синтез полиуретана и его отверждение. В отличие от одноупаковочных материалов, скорость отверждения которых зависит от влажности воздуха, синтез полиуретанового герметика из двухкомпонентной композиции происходит независимо от содержания влаги в атмосфере производственного помещения.

В состав полиуретановых герметиков входят катализаторы отверждения, наполнители, пигменты и другие добавки. Для увеличения прочности связи полиуретановых герметиков с другими материалами применяют специальные подслои (грунты), в качестве которых используют эпоксидные, силановые и другие композиции.

Полиуретановые герметики отличаются высокой водо- и бензостойкостью, прочностью и сопротивлением абразивному износу.

Полисульфидные (тиоколовые) герметики, как правило, выпускаются в двух- и трехупаковочном виде и нуждаются в тщательной подготовке композиции перед применением. Вулканизация жидкого полисульфидного каучука производится неорганическими пероксидами — диоксидом марганца и диоксидом свинца. В качестве ускорителей вулканизации используют дифенилгуанидин, серу и др.

Для улучшения прочностных и адгезионных свойств тиоколовых герметиков в композицию вводят эпоксидные, полиэфирные и другие смолы. В состав композиций также входят наполнители (технический углерод, диоксиды кремния и титана, силикат алюминия), пластификаторы (дибутилфталат) и другие компоненты.

После смешения двух- и трехупаковочных герметиков их жизнеспособность достаточно велика (до 4 ч), а полная вулканизация с достижением оптимальных эксплуатационных свойств заканчивается через 7—10 суток.

Полисульфидные герметики обладают высокими специальными свойствами: они устойчивы к воздействию практически любых агрессивных сред, не вызывают коррозию металлов, атмосферостойки, имеют хорошие диэлектрические характеристики. Работоспособность полисульфидных герметиков ограничивается температурным диапазоном от -60 до 130 °С.

Недостатки тиоколовых герметиков — высокая остаточная деформация при сжатии и низкое сопротивление абразивному износу.

Анаэробные клеи-герметики являются, как правило, одноупаковочными составами на основе олигоэфиракрилатов. Их отверждение происходит при изоляции от кислорода воздуха, который препятствует полимеризации олигомера. Поэтому используются такие герметики для уплотнения узких зазоров с хорошо подогнанными поверхностями. При большом зазоре их отверждение происходит медленно и прочность получаемых соединений не достигает своих максимальных значений. На рис. 14.6 показана зависимость прочности при сдвиге соединения «вал—втулка», выполненного с помощью анаэробного

Влияние величины зазора на прочность при сдвиге (т) соединения «вал—втулка», выполненного с помощью герметика У Г-7, при продолжительности

Рис. 14.6. Влияние величины зазора на прочность при сдвиге (тсдв) соединения «вал—втулка», выполненного с помощью герметика У Г-7, при продолжительности

отверждения:

1 — 1 ч; 2 — 3 ч; 3 — 6 ч; 4 — 24 ч (D — внутренний диаметр втулки, d — диаметр

вала)

герметика марки УГ-7, от величины зазора и продолжительности отверждения.

При большой величине зазора отверждение герметика может вообще не произойти. Для герметизации соединений с большим зазором применяют материалы с высокой вязкостью, так как при меньшей подвижности исходного жидкого материала легче получить полное заполнение зазора и тем самым изолировать герметик от воздуха.

Благодаря наличию герметиков с широким спектром значений вязкости их можно использовать для герметизации и фиксации соединений с зазором от 0,05 до 0,5—0,6 мм.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >