Состав резины. 2 страница

Лекция

Тема. ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

(КЛЕИ И ГЕРМЕТИКИ)

План.

1. Общие сведения, состав и классификация пленкообразующих материалов.

2. Виды и характеристика органических клеев.

2.1.Конструкционные смоляные клеи.

2.2.Резиновые клеи.

3. Виды и характеристика неорганических клеев.

1. Общие сведения, состав и классификация пленкообразующих материалов.

Клеи и герметики относятся к пленкообразующим материалам.

Это растворы или расплавы полимеров, а также неорганические вещества, которые наносятся на какую-либо поверхность. После высыхания (затвердевания) образуются прочные пленки, хорошо прилипающие к различным материалам.

Клеи и герметики могут быть в виде жидкостей, паст, замазок, пленок.

В состав этих материалов входят следующие компоненты:

-пленкообразующее вещество (в основном термореактивные смолы, каучуки), которое определяет адгезионные, когезионные свойства и основные физико-механические характеристики;

- растворители (спирты, бензин и др.), создающие определенную вязкость; пласти­фикаторы для устранения усадочных явлений в пленке и повыше­ния ее эластичности;

-отвердители и катализаторы для перевода пленкообразующего вещества в термостабильное состояние; напол­нители в виде минеральных порошков, повышающих прочность соединения, уменьшающих усадку пленки. Для повышения термо­стойкости вводят порошки А1, Аl₂Оз, SiO₂, для повышения токо-проводимости — серебро, медь, никель, графит.

В зависимости от назначения пленкообразующие материалы делят на клеящие, применяемые для склейки различных материа­лов, и герметики, обеспечивающие уплотнение и герметизацию швов, стыков, емкостей и т. д.

Клеевые соединения по сравнению с другими видами неразъем­ных соединений (заклепочными, сварными и др.) имеют ряд преи­муществ:

-возможность соединения различных материалов (метал­лов и сплавов, пластмасс, стекол, керамики и др.) как между собой, так и в различных сочетаниях;

- атмосферостойкость и стойкость к коррозии клеевого шва;

-герметичность соединения;

-возможность соединения тонких материалов;

- снижение стоимости производства; экономия массы и значительное упрощение технологии изготовле­ния изделий.

Недостатками клеевых соединений являются:

- относительно низ­кая длительная теплостойкость (до 350 °С), обусловленная органи­ческой природой пленкообразующего вещества;

-невысокая проч­ность склеивания при неравномерном отрыве;

-часто необходимость проведения склеивания с подогревом;

- склонность к старению.

Однако имеется ряд примеров длительной эксплуатационной стойкости клеевых соединений. Новые клеи на основе кремнийорганических и неорганических полимеров обеспечивают работу клеевого шва при температуре до 1000°С и выше, однако большин­ство из них не обладают достаточной эластичностью пленки.

Прочность склеивания зависит от явления адгезии, когезии и механического сцепления пленки с поверхностью склеиваемых материалов.

Прочность склеивания можно повысить путем механического сцеп­ления пленки клея с шероховатой поверхностью материала; для этого перед склеиванием часто поверхности деталей фрезеруют или зачищают шлифовальной шкуркой.

На процесс склеивания влияет природа склеиваемых материа­лов.

Адгезионные свойства металлов различны. По мере убывания этих свойств металлы можно расположить в следующем поряд­ке: сталь, бронза, алюминиевые сплавы, медь, железо, латунь.

Клеящие свойства полимеров зависят от:

-наличия полярных функциональных групп;

-молекулярной массы и структуры макромолекул.

Так, полярные материалы требуют применения полярных клеев. При склеивании пластиков лучшим клеем является раствор или расплав этого же пластика. Если пластики неполярны и не раст­воряются в растворителях (полиэтилен, фторопласт-4, полипропи­лен), то характер их поверхности изменяют механическим или химическим путем.

Классификация клеев. Клеи классифицируют по ряду призна­ков. Различают следующие клеи:

-по пленкообразующему вещест­ву — смоляные и резиновые;

- по адгезионным свойствам — универ­сальные, склеивающие различные материалы (например, клеи БФ) и с избирательной адгезией (белковые, резиновые);

- по отно­шению к нагреву — обратимые (термопластичные) и необратимые (термостабильные) пленки;

-по условиям отверждения — холодного склеивания и горячего склеивания;

-по внешнему виду — жидкие, пастообразные и пленочные;

-по назначению — конструкционные силовые и несиловые.

Чаще используют классификацию по пленко­образующему веществу. Смоляные клеи могут быть термореактив­ными и термопластичными. Термореактивные смолы дают прочные. теплостойкие пленки, применяемые для склеивания силовых конструкций из металлов и неметаллических материалов. Клеи на основе термопластичных смол (поливинилацетата, акрилатов и др.) имеют невысокие прочностные характеристики, особенно при нагреве, и применяются для несиловых соединений неметалли­ческих материалов.

Резиновые клеи, в которых основным пленкообразующим ве­ществом является каучук, отличаются высокой эластичностью и применяются для склеивания резины с резиной или резины с металлами.

Высокотемпературными являются неорганические клеи.

2. Виды и характеристика органических клеев.

2.1 Конструкционные смоляные клеи.

Смоляные клеи. В качестве пленкообразующих веществ этой группы клеев применяют термореактивные смолы, которые отверждаются в присутствии катализаторов и отвердителей при нормальной или повышенной температуре. Клеи холодного склеи­вания, как правило, обладают недостаточной прочностью, особенно при повышенных температурах. При горячем склеивании происхо­дит более полное отверждение смолы и клеевое соединение приобре­тает прочность и теплостойкость. Теплостойкость повышают также введением минеральных наполнителей. Термостойкие клеи полу­чают на основе ароматических полимеров, содержащих гетере циклы (полибензимйдазолов, полиимидов), а также на основе карборансодержащих полимеров. Карбораны представляют собой бороорганические соединения, по свойствам они близки к ароматическим системам. В настоящее время созданы карборансодержащие фенольные, эпоксидные, крем-нийорганические и другие клеи.

Рассмотрим основные виды клеев. Клеи могут быть получены на основе чистых смол, например резольной, но учитывая, что образующийся при склеивании резит хрупок, смолу совмещают е каучуком^ термопластами и др.

Клеи на основе модифицированных фенолоформальдегидных смол. Эти клеи применяют преимущественно для склеивания металли" ческих силовых элементов, конструкций из стеклопластиков и т. п.

Фвнолокаучуковые композиции являются эластичными тепло­стойкими пленками с высокой адгезией к металлам. К этому виду откосятся клеи В К-32-200, В К-3, В К-4, В К-13 и др. Клеевые соеди­нения теплостойки, хорошо выдерживают циклические нагрузки, благодаря эластичности пленки обеспечивается прочность соеди­нения при неравномерном отрыве. Клеи водостойки и могут исполь­зоваться в различных климатических условиях.

Фенолополивинилацеталевые композиции наиболее широко ис­пользуют в клеях БФ. Клеи БФ-2 и БФ-4 представляют собой растворы фенолоформальдегидной смолы, совмещенной с поливи-нилбутиралем (бутваром). Клеи БФ-2 и БФ-4 применяют для склеивания металлов, пластмасс, керамики и других твердых материалов. Теплостойкость клеевых сочинений невысокая, водо­стойкость удовлетворительная.

Более теплостоек клей ВС" ЮТ, который отличается высокими характеристиками длительной прочности, выносливости и термо-етабильности при склеивании металлов и теплостойких неметалли­ческих материалов.

Фенолокремнцйорганические. клеи содержат в качестве наполни­телей асбест, алюминиевый порошок и др. Клеи являются термо­стойкими, они устойчивы к воде и тропическому климату, обладают хорошей вибростойкостью и длительной прочностью. Клеи В К-18 и ВК-18М способны работать при температуре 500—600 °С. Клей ВК-18М применяют для склеивания инструментов. Он позволяет увеличить стойкость инструмента в 1,5—4 раза.

Клеи на основе эпоксидных смол. Отверждение клеев происходит с помощью отвердителей без выделения побочных продуктов, что почти не дает усадочных явлений в клеевой пленке.

Отверждение смол можно вести как холодным, так и горячим способом. В результате полярности эпоксидные смолы обладают высокой адгезией ко всем материалам. К клеям холодного отвер-ждения относятся Л-4, ВК-9, КЛН-1, ВК-16, ЭПО. Эпоксидные клеи горячего отверждения ВК-32-ЭМ, К-153, ФЛ-4С, ВК-1 и другие являются конструкционными силовыми клеями. Их приме­няют для склеивания металлов, стеклопластиков, ферритов, кера мики. Клеи ВК-1 и ФЛ-4С используют в клеесварных соединениях. Эпоксидно-кремнийорганические клеи ТКМ-75, Т-73 применя­ют для приклеивания режущих частей при изготовлении инстру­ментов.

Для всех эпоксидных клеев характерна хорошая механическая прочность, атмосферостойкость, устойчивость к топливу и мине­ральным маслам, высокие диэлектрические свойства.

Клеи УП-5-140 и УП-5-140-2 холодного отверждения исполь­зуют для склеивания больших вертикальных плоскостей из метал­лов и пластмасс с различными коэффициентами теплового расшире­ния. Клей УП-5-177 склеивает в воде металлы и стеклопластики, служит для устранения вмятин, раковин, трещин при ремонте судов. Быстроотверждающийся клей УП-5-207М стоек к смене температур, влажности, вибрации, старению, клей УП-5-213 пред­назначен для древесно-пластмассовых спортивных изделий, стоек к ударам, вибрации, влаге. Клеи могут работать при температуре от —60 до 40 °С.

Полиуретановые клеи. Композиции могут быть холодного и горячего отверждения. В состав клея входят полиэфиры, полиизоцианаты и наполнитель (цемент). При смешении компонентов про­исходит химическая реакция, в результате которой клей затверде­вает. Клеи обладают универсальной адгезией (полярные группы МНСО), хорошей вибростойкостью и прочностью при неравномер­ном отрыве, стойкостью к нефтяным топливам и маслам. Предста­вителями полиуретановых клеев являются ПУ-2, ВК-5, В К-11, лейконат, вилад. Эти клеи токсичны.

Клеи, модифицированные карборансодержащими соединениями, обладают высокой термостойкостью. Клей ВК-20 выдерживает длительно температуру 350—400°С и кратковременно 800 °С, имеет высокую длительную прочность.

Клей циакрин на основе цианоакрилатов марок ЭО № 87 и ЭО № 170 не подвержен старению, и при хранении прочность его возрастает.

Клеи на основе кремнийорганических соединений. Эти клеи теплостойкие. Кремнийорганические полимеры не обладают высо­кими адгезионными свойствами вследствие блокирования полярной цепи 51—О органическими-неполярными радикалами, поэтому часто эти соединения совмещают с другими смолами. Многие клеи содержат минеральные наполнители. Клеи ВК-2, ВК-8, ВК-15 и другие отверждаются при высокой температуре. Клеи устойчивы к маслу, бензину, обладают высокими диэлектрическими свойст­вами, не вызывают коррозии металлов и применяются для склеива­ния легированных сталей, титановых сплавов, стекло- и асбопластиков, графита, неорганических материалов.

Клеи на основе поликарборансилоксанов обладают стойкостью к термоокислительной деструкции, способны длительно работать при температуре 600 °С, кратковременно при 1200 °С, имеют высо­кую адгезию к различным материалам.

Клеи на основе гетероциклических полимеро в. Полибензимидазольные и полиимидные клеи обладают прочностью, высокой стойкостью к термической, термоокислительной и радиационной деструкции, химически стойки. Клеевые соединения могут рабо­тать в течение сотен часов при температуре 300°С, а также при криогенных температурах. Полибензимидазольыый клей выпус­кают под маркой ПБИ-1К, полиимидный—СП-6. Этими клеями можно склеивать коррозионно-стойкие стали, титановые сплавы, стеклопластики и различные композиционные материалы.

2.2 Резиновые клеи.

Резиновые клеи предназначены для склеива­ния резины с резиной и для крепления резины к металлу, стеклу и др. Резиновые клеи представляют собой растворы каучуков или резиновых смесей в органических растворителях.

В состав клеев горячей вулканизации входит вулканизующий агент. Склеивание проводят при температуре вулканизации 140—150 °С. Соединение получается прочным, подчас не уступаю­щим прочности целого материала.

При введении в состав клеевой композиции активаторов и ускорителей получают самовулканизующийся клей (процесс вул­канизации протекает при нормальной температуре). Для увели­чения адгезии вводят синтетические смолы (пример такой компо­зиции клей 88 НП). Соединение получается достаточно прочное, стойкое к воздействию морской воды. Хорошей склеивающей способностью и стойкостью к действию масел и топлив обладают клеи 9М-35Ф, ФЭН-1 и др.

В случае необходимости склеивания теплостойких резин на основе кремнийорганического каучука и приклеивания их к метал­лам применяют клеи, содержащие в своем составе кремнийорганические смолы (клей КТ-15, КТ-30, МАС-1В). Клеевые соединения могут работать при температурах от —60 до 200—300 °С.

Клей-герметик виксинт применяют для склеивания резин, стекла, полиимидной пленки, стеклянных тканей.

3. Виды и характеристика неорганических клеев.

Эти клеи являются высокотемпературными. Клеи (связ­ки) могут быть в виде концентрированных водных растворов неорганических полимеров; в виде твердых порошков, которые сначала плавятся, а потом затвердевают, и в виде дисперсий. Последние затвердевают или вследствие химического воздействия порошка и жидкости (клей-цемент), или без химического взаимо­действия при высыхании (клеи-пасты).

Применяют следующие виды неорганических клеев: фосфатные, керамические, силикатные.

Фосфатные клеи являются растворами фосфатов. Часто в состав клеев вводят наполнители инертные или активные. Порошки металлов образуют аморфные кислые фосфаты. Клей АХФС (на алюмохромфосфатной связке) отверждается при различных температурах (от 20 до 250 °С); имеет рv = 1520 кг/м³, δ_В == 3 — 10 МПа, τcдв == 0,9 — 1,4 МПа, ά= 1.10^-6 — 2. 10^-5 °С^-1, огнеупорность 1000—1800° С, водо- и кислотостоек, обладает хорошей адгезией применяется для склеи­вания различных металлов, графита и др. Клей АФС — алюмо-фосфатная связка е наполнителями 2г0г и порошком Т1, после термообработки (t = 600 °С) имеет δсж === 250 МП а.

Керамические клеи (фритты) являются тонкими суспензиями оксидов щелочных металлов (Мg0, Аl₂Оз, SiO₂ и др.) в воде. Такие клеи наносятся на склеиваемые поверхности, подсушиваются, а затем при небольшом давлении нагреваются до температуры плавления компонентов и выдерживаются в течение 15-—20 мин. Прочность соединения сохраняется при температуре 500—1000 °С.

Силикатные клеи. Жидкое стекло обладает клеящей способ­ностью, им можно склеивать стекло, керамику, стекло с металлом, асбест. Алюмосиликатная связка (АСС) с различными наполни­телями образует клеи, отверждающиеся при 120 °С за 1—2ч. Клеями можно склеивать разнородные материалы (металлы, стекло, керамику). Прочность соединения металлов δсж=455 — 1100, δв = 50 — 150 МПа. При введении углеродистого волокна δизг== 500 МПа.

ЛЕКЦИЯ

Тема. ГЕРМЕТИКИ.

План

1.Назначение, требования, классификация герметиков.

2. Характеристика различных видов герметиков.

1.Назначение, требования, классификация герметиков.

Герметики применяют для уплотнения и герметизации клепаных, сварных и болтовых соединений, топливных отсеков и баков, различных металлических конструкций, приборов, агре­гатов.

Основные требования к герметикам: высокая адгезия к метал­лам и другим материалам, эластичность и непроницаемость для различных сред, тепломорозостойкость, высокая химическая устой­чивость.

Герметики классифицируют по составу:

-каучуковые;

-каучуково-смоляные;

-смоляные.

2. Характеристика различных видов герметиков.

Тиоколовые герметики получают на основе полисульфидного каучука. Сера, входящая в состав основной молекулярной цепи, сообщает пленке высокую газо- и паронепроницаемость. У них высокая адгезия к металлам, древесине, бетону. Они стойки к топливу и маслам.

Промышленностью выпускаются тиоколовые герметики У-ЗОМ и УТ-31. Срок службы герметиков 25 лет. Их применяют в авиа­ционной и автомобильной промышленности, в судостроении, для строительной техники.

Анаэробные герметики получают на основе полиакрилатов. Эти герметики выпускаются под названиями анатерм и унигерм, за рубежом их называют локтайдами. При отверждении они не дают усадки и не требуют больших давлений. Пленка герметиков стойка к вибрации и ударам, они могут работать в агрессивных средах и при высоких давлениях, длительно при температурах – 200 – 200⁰ С, кратковременно до температуры 300⁰С. Прочность соединения при сдвиге в случае использования анатерма составляет 6—17,5 МПа.

Анаэробные герметики применяют для герметизации микроде­фектов в сварных соединениях, отливках, штампованных деталях, для контровки болтов, резьбовых соединений, герметизации трубо­проводов и др.

Недостатком этих герметиков является высокая стоимость.

Кремнийорганические герметики отличаются повышенной теп­лостойкостью. Представителями их являются виксинт и эластосил.

Виксинт применяется для поверхностной герметизации металли­ческих соединений, электро-, радиоаппаратуры, для внутришовных клепаных и сварных соединений; может работать при температуре от —60 до 250 °С; стоек в различных климатических условиях;выдерживает вибрацию и удары.

Эластосил применяется для герметизации металлов, органи­ческих и силикатных стекол, керамики, бетона; водо-, тепло-, атмосферостоек при температуре от —60 до 200 ° С, является диэлектриком.

Эпоксидные герметики могут быть холодного и горячего отверждения; работают в условиях тропической влажности, при вибра­ционных и ударных нагрузках; применяются для герметизации металлических и стеклопластиковых изделий. Герметик УП-5-197С применяется в судовых конструкциях, УП-6-103 в шахтной аппа­ратуре, УП-5-105-2 в электрорадиотехнических изделиях, УП-5-122АТ стоек к топливу и маслам. Герметики холодного отверждения могут работать длительно при температуре от —60 до 75 °С, горячего отверждения при температуре от —60 до 140 °С.

Фторкаучуковые герметики тепло-масло-топливостойки, работают в агрессивных средах. Основой их служат низко-и среднемолекулярные каучуки (Ф-4Д, СКФ-26 и др.), у них исключи­тельно высокие герметизирующие свойства, кислото-и паростойкость. Длительно они могут работать при температуре 250 °С, а 100—200ч при температуре 300 °С; негорючи; применяются марки СКФ-260НМ, СКФ-260НМ-2 и др.

Недостатками этих герметиков являются неудовлетворительная морозостойкость (—22 °С), хотя они не растрескиваются при температуре до —60 °С, кроме того, они нестойки к большинству тормозных жидкостей; не­достаточно пластичны, имеют высокую стоимость. Основное применение фтор каучуковые герметики находят в автомобильной и авиационной промышленности.

Из полиуретановых герметиков применяют вилад-13-2М, из полиэфирных — ПН-33, герметик холодного отверждения, исполь­зуемый для герметизации металлических отливок. Свойства гер­метика: δв⁼ 10 – 1, δизг ==15—21 МПа.

Таблица. 1. Физико-механические свойства герметиков

	Плотность, кг/м^3	Предел прочности, МПа	Удлинение, %	Рабочая темпера­ тура, ^0 С	Рабочая среда
Герметик			Относ итель ное	Оста точ ное
Тиоколовый (У-ЗОМ)	1200—	2,9— 3,4	300—	2—10	От —42 до 130	Топливо, масло
Кремнийоргани- ческий	1020—	1,5- 4,5	150—	0—10	От —60 до 300	Различные климатические условия
Фтор каучуковый	1600—	7—14	120—	20—50	От —20 до 250	Топливо, масло, агрессивная сре­да
Эпоксидный	—	6—55	—	—	От 60	Тропическая ат­мосфера
				До 75(140)

Дата добавления: 2014-12-08