Герметизирующие составы

Герметизирующие составы, герметики — композиции на основе полимеров и олигомеров, предназначенные для нанесения на болтовые, клепаные и другие соединения с целью обеспечения их непроницаемости. По консистенции герметизирующие составы могут представлять собой замазки, пасты или растворы в органических растворителях. Герметизация обеспечивается в результате отверждения (вулканизации) полимерной основы герметизирующего состава или образования пленки после испарения растворителя. Исключением являются невысыхающие замазки, которые после их нанесения никаких изменений не претерпевают.

Герметизирующие составы, нанесенные на соединительный шов, должны обладать следующими свойствами: 1) эластичностью и прочностью, позволяющими им деформироваться ^ безУ разрушения при эксплуатации конструкции; 2) высокой адгезией к материалу конструкции; 3) атмосфере-, влаго-, тепло- и морозостойкостью, а также устойчивостью к действию рабочих сред; 4) малой коррозионной активностью по отношению к материалам, контактирующим с герметизирующим составом; 5) высокими диэлектрическими свойствами (специальное требование к герметизирующим составам, применяемым в радиоэлектронной аппаратуре). Желательно также, чтобы герметизирующие составы были способны к отверждению или вулканизации при комнатной температуре и не содержали растворителей (последнее требование, естественно, не относится к герметизирующим составам, применяемым в виде растворов). В наибольшей степени перечисленному комплексу требований отвечают так называемые самовулканизующиеся герметизирующие составы на основе полисульфидов и кремнийорганических полимеров.

Технология герметизации. В зависимости от консистенции герметизирующие составы наносят на герметизируемые швы с помощью шприца, шпателя, кисти или пульверизатора. Герметизируемые поверхности предварительно очищают и обезжиривают органическими растворителями (бензином, ацетоном). В некоторых случаях на поверхности предварительно наносят специальные подслои, способствующие повышению адгезии герметизирующего состава.

Для внутришовной герметизации обычно используют

самовулканизующиеся пасты, которые наносят с помощью шприца или шпателя па поверхности деталей перед их сборкой. Иногда для герметизации применяют уплотнительные ленты (ткань, покрытую слоем невысыхающей замазки), которые закладываются между соединяемыми деталями, а стык дополнительно герметизируют замазкой, наносимой с помощью шприца. При поверхностной герметизации герметизирующий состав наносят на стык деталей после их сборки. В этом случае применяют самовулканизующиеся пасты, высыхающие замазки или растворы герметизирующих составов в органических растворителях; последние наносят главным образом с помощью кисти.

Выбор схемы герметизации определяется типом конструкций и условиями их эксплуатации. Например, для емкостей с агрессивными жидкостями, находящимися под избыточным давлением, используют комбинированную герметизацию, для жестких конструкций с небольшими зазорами — поверхностную. Малогабаритные изделия, например некоторые приборы, герметизируют, погружая их в герметизирующий состав («метод обволакивания»), заливкой и г. д. В зависимости от характера отверждения конструкцию с нанесенным на нее герметизирующий состав выдерживают при комнатной или при повышенной температуре.

Состав и свойства герметиков. Полимерной основой
герметизирующего состава служат каучуки — полисульфидные,
кремнийорганические, бутади^овые, уретановые, бутилкаучук,

фторкаучуки, бутадиен-нитрильные каучуки, полиизобутилен, а также феноло-формальдегидные и эпоксидные смолы и др.

Герметики на основе полисульфидов. Эти герметизирующие составы изготовляют на основе низкомолекулярных жидких (молекулярная масса 1500 — 4000) линейных полисульфидов (тиоколов). Они содержат наполнители (мел, ТiО 2, литопон, сажу или др.), адгезивы (феноло-формальдегидные илиэпоксидные смолы), вулканизующие агенты (перекиси металлов, парахинондиоксим, перекись бензоила или др. окислители), пластификаторы и другие ингредиенты. В состав типичного полисульфидного герметика входят (в мас. ч.): жидкий тиокол LP-2 — 100; сажа типа SRF — 30; стеариновая кислота — 1; феноло-формальдегидная смола^ 5; перекись свинца — 7, 5; дибутилфталат — 7, 5.

^Способность полисульфидных герметизирующих составов к вулканизации при комнатных температурах обусловливает необходимость раздельного хранения герметизирующей пасты и вулканизующего агента (такие герметизирующие составы называются двухкомпонентными). Иногда используют трехкомпонентные герметизирующие составы, например, при необходимости введения ускорителя вулканизации. Жизнеспособность готового к употреблению герметизирующего состава зависит от рецептуры

композиции, температуры, влажности окружающей среды и составляет 0, 5 — 12 часа.

Вулканизованные полисульфидные герметизирующие составы обладают удовлетворительными физико-механическими свойствами, хорошей адгезией к металлам и неметаллическим материалам, высокой атмосфере- и влагостойкостью. Они стойки к действию керосина, бензина, минеральных масел, спиртов, разбавленных кислот, оснований и других агрессивных сред и не вызывают коррозии металлов (за исключением меди и серебра). Некоторые виды этих герметизирующих составов обладают хорошими диэлектрическими свойствами. Температурный интервал эксплуатации полисульфидных герметизирующих составов — от — 60 до 135°С.

Кроме самовулканизующихся герметизирующих составов на основе жидких полисульфидов, известны также невысыхающие замазки, которые получают смешением высокомолекулярною полисульфидного каучука с наполнителями (мелом, сажей, асбестом). Температурные пределы эксплуатации таких замазок — от — 50 до 50°С.

Герметики на основе полиорганосилоксанов. Основа этих
герметизирующих составов — жидкие кремнийорганические каучуки
(молекулярная масса 20000 — 100000) линейного строения, содержащие
боковые алкильные или арильные и концевые гидроксильные группы.
Промышленное применение^ получили главным образом

полидиметилсилоксаны (отечественная марка — СКТН) и полиметил-фенилсилоксаны (СКТНФ).

Герметизирующие составы получают смешением этих каучуков с минеральными наполнителями (высокодисперсной SiO₂, TiO₂, ZnO и др.) и вулканизующими агентами — мономерными или полимерными полифункциональными кремнийорганическими соединениями (например, эфирами ортокремневой кислоты, алкилтриацетоксисиланами). В состав типичного кремнийорганического герметика входят (в мас. ч.): каучук —100; двуокись кремния марки У-333 — 30; метилтриацетоксисилан — 6.

Вулканизация кремнийорганических герметизирующих составов протекает энергично при комнатной температуре; механизм реакции заключается во взаимодействии концевых гидроксильных групп полиорганосилоксанов с функциональными группами вулканизующих агентов. В результате вулканизации композиции, имеющие консистенцию паст или вязких жидкостей, превращаются в резиноподобный материал. В зависимости от природы вулканизующего агента эта реакция протекает в присутствии катализаторов или под воздействием влаги воздуха. Катализаторы (оловоорганические соединения, некоторые амины) обычно применяют в сочетании с эфирами ортокремневой кислоты. Герметизирующую пасту и катализатор хранят раздельно (последний — в герметичной таре) и смешивают перед применением (двухкомпонентные

герметизирующие составы). Жизнеспособность таких кремнийорганических герметизирующих составов составляет 1 — 6 ч; продолжительность их вулканизации при комнатной температуре 12 — 48 ч. В присутствии алкилтриацетоксисиланов герметизирующие составы вулканизуются под воздействием влаги воздуха. Такие герметизирующие составы, содержащие все необходимые ингредиенты (однокомпонентные), хранят в герметичных тубах. Продолжительность вулканизации после выдавливания герметизирующего состава из тубы зависит от толщины наносимого слоя (например, при толщине слоя, равной 3 мм, она составляет 24 ч).

Вулканизованные герметизирующие составы на основе жидких полиорганосилоксанов характеризуются удовлетворительными физико-механическими свойствами, высокой атмосферо- и влагостойкостью, малой коррозионной активностью по отношению к металлам. Эти герметизирующие составы нестойки к действию нефтяного топлива и предназначены для работы в воздушной среде при температуpax от —70 до 300°С. Для их крепления к металлическим и другим поверхностям применяют специальные подслои (например, П-11, П-12Э, праймеры SS-4004, SS-4056).

Особая группа герметизирующие составы на основе жидких
полиорганосилоксанов — композиции, содержащие вспениватели. При
комнатной темп-ре в результате протекающих одновременно процессов
вспенивания и вулканизации из таких герметизирующих составов образуется
резиноподобный пористый материал (плотность 0, 4 — 0, 7г/см³)
преимущественно с замкнутыми порами. Эти герметизирующие составы
характеризуются хорошими диэлектрическими свойствами,

водопоглощением в пределах 0, 8 — 1, 3 % (30 суток при комнатной температуре); их температуpa хрупкости составляет около —76°С. Известны замазки на основе высокомолекулярных полиорганосилоксанов, которые вулканизуют путем ступенчатой обработки при температуpax от 150 до 250°С.

Герметики на основе бутадиен-нитрильных каучуков представляют собой растворы смесей каучука (отечественные марки СКН-26, СКН-18) с наполните^шГ^ феноло-формальдегидными смолами и другими ингредиентами в органических растворителях. В зависимости от содержания растворителя герметизирующие составы имеют консистенцию от жидкой до вязкой (пастообразной).

В состав типичного герметика такого вида входят (в мас. ч.): СКН-26

— 100; краситель — 0, 5; феноло-формальдегидная смола — 50; растворитель

— 450. В качестве растворителей применяют смеси ацетона с этилацетатом и др. Эти герметизирующие составы, как правило, не вулканизуют; герметизирующая пленка образуется при комнатной температуре в результате испарения растворителя. Общие свойства герметизирующих пленок — стойкость к действию бензина, керосина, воды, хорошая адгезия к

металлам, высокая эластичность. Температуpa эксплуатации этих герметизирующих составов не выше 100°С.

Известны герметизирующие составы на основе бутадиен-нитрильного каучука, которые вулканизуют при 140 — 160°С. Такие герметизирующие составы превосходят невулканизующиеся по механической прочности, стойкости к действию растворителей и других химических агентов. Верхний температурный предел эксплуатации этих герметиков — около 150°С.

Герметики на основе бутадиеновых каучуков. За рубежом получили распространение заливочные герметизирующие составы на основе жидких бутадиеновых каучуков, способные вулканизоваться при комнатных температуpax. В состав таких герметизирующих составов обычно входят (в мас. ч.): каучук — 100; нафтеновое масло — 25; перекись свинца — 10; парахинондиоксим — 5.

Вулканизаты бутадиеновых герметиков имеют прочность при растяжении около 2 Мн/м² (20 кгс/см²), относительное удлинение 200 — 300% и обладают хорошими диэлектрическими свойствами. Герметизирующие составы с аналогичными свойствами получают на основе жидкого бутадиен-стирольного и деполимеризованного натурального каучука.

Герметики на основе уретановых каучуков характеризуются водо- и бензостойкостью, удовлетворительными адгезионными и высокими прочностными свойствами, а также хорошим сопротивлением истиранию. Их можно эксплуатировать при температуpax до 150°С.

Герметики на основе насыщенных каучуков. Эти герметизирующие составы получают на основе каучуков, неспособных к вулканизации, главным образом на (основе полиизобутилена. Прочность при сдвиге соединения невысыхающей замазки на основе полиизобутилена с металлом при 20°С около 15 кН/м² (0, 15 кгс/см²). Замазка стойка к действию кислых и щелочных сред, нестойка в топливах и маслах. Она предназначена для эксплуатации в воздушной среде при температуpax от — 50 до 70°С. Аналогичными свойствами обладают замазки на основе этиленпропиленового каучука и бутилкаучука.

Герметики на основе синтетических смол. Помимо большой группы герметизирующих составов на основе эластомеров, известен также ряд герметизирующих составов, получаемых на основе феноло-формальдегидных (или их различных модификаций) и эпоксидных смол. Эти герметизирующие составы представляют собой, как правило, растворы или дисперсии смол в органических растворителях (например, в этиловом спирте) или в воде. В некоторых случаях композиции содержат наполнители (графит и др.). После высыхания или отверждения образуются пленки, обладающие высокими прочностными свойствами и хорошей адгезией к металлам, стойкостью к бензину, керосину, маслам. Невысокие относительные удлинения отвержденных герметизирующих составов этого

типа не позволяют применять их для герметизации соединений, подвергающихся при эксплуатации значительным деформациям и тепловым ударам.

На основе феноло-формальдегидных смол получают также замазки типа арзамит — двухкомпонентные композиции, состоящие из раствора смолы (арзамит - раствор) и тщательно перемешанных инертного наполнителя и ускорителя отверждения смолы (арзамит - порошок). Смесь компонентов замазки отверждается при комнатной температуре в течение 24 часов. Отвержденные герметизирующие составы обладают Увысокой прочностью при растяжении, водостойкостью, стойкостью к действию органических растворителей (бензола, толуола) и др. агрессивных сред (едкого натра, серной, соляной, уксусной и муравьиной кислот). Некоторые марки арзамита стойки к действию фтористоводородной кислоты.

Области применения и типы герметиков. Герметизирующие составы (главным образом на основе полисульфидов и полиорганосилоксанов) применяют для обеспечения герметичности кабин самолетов и автомобилей, топливных отсеков и баков, водонепроницаемых переборок и отсеков судов, а также радиаторов, трубопроводов, различных коммуникации. Их используют также в радиоэлектронной промышленности и приборостроении для герметизации различных узлов и блоков аппаратуры.

Герметизирующие составы широко применяют для герметизации химических аппаратов, а также в строительстве для герметизации стыков панелей. Простота использования и цепные свойства обусловили целесообразность применения\ герметизирующих составов в областях, не связанных с их основным назначением, напр. для создания точных слепков и отливок в производстве изделий из пластмасс, а также в зубопротезной технике и в криминалистике. Ассортимент типов герметизирующих составов отличается большим разнообразием.