Полимерные герметики

Герметики - композиции на основе полимеров и олигомеров, предназначенные для нанесения на болтовые, клепаные и другие соединения с целью обеспечения их непроницаемости. Герметики могут быть в виде замазок, паст или растворов в органических растворителях. Герметизирующие составы должны обладать следующими свойствами: эластичностью и прочностью, высокой адгезией к материалу конструкции, химической стойкостью, высокими диэлектрическими свойствами (для герметизации радиоэлектронной аппаратуры) и т.п.

Различают внутришовную, поверхностную и комбинированную герметизацию. Полимерной основой герметиков являются полисульфидные, кремнийорганические, бутадиеновые, уретановые, фторсодержащие и другие синтетические каучуки, а также термореактивные смолы, в частности фенолоформальдегидные, эпоксидные и т.п.

Наиболее широко распространены самовулканизирующиеся герметики на основе полисульфидов и кремнийорганических полимеров.

Герметики получают смешением каучуков (в основном полидиметилсилоксанов и полиметилфенилсилоксанов) с минеральными наполнителями и вулканизующими добавками. Вулканизацию проводят при обычной температуре в течении 12 - 48 часов. Герметики обладают удовлетворительными физико-меха­ническими свойствами, высокой атмосферо- и влагостойкостью, малой коррозионной активностью к металлам и предназначены для работы в воздушной среде при температурах от -70 до 300⁰ С. Выпускаются герметики ВГО и Виксинт в виде самовулканизующихся составов.

Особую группу герметиков на основе полиорганосилоксанов составляют композиции, содержащие вспениватели. В результате протекающих одновременно процессов вулканизации и вспениванния образуется резиноподобный пористый слой с замкнутыми порами. Герметики характеризуются хорошими диэлектрическими свойствами и низким водопоглощением. Выпускаются вспенивающиеся герметики : ВПГ и Сильпен.

Полимерные компауды

Полимерные компаунды - композиции на основе полимеров, олигомеров или мономеров, предназначенные для заливки или пропитки различных систем, например, токопроводящих схем и деталей с целью изоляции их в электро- и радиоаппаратуре и т.п.

В качестве полимеров или олигомеров они содержат эпоксидные и полиэфирные смолы, жидкие кремнийорганические каучуки, в качестве мономеров - исходные продукты для синтеза полиуретанов и полиметилакрилатов.

В состав компаундов в зависимости от назначения вводят пластификаторы, наполнители, отвердители, ускорители отверждения, пигменты и др. добавки.

К компаундам предъявляются следующие основные требования: отсутствие летучих компонентов, минимальная усадка при отверждении, низкая вязкость, достаточная жизнеспособность.

Компаунды делятся на пропиточные, которые должны иметь низкую начальную вязкость и высокую пропитывающую способность и заливочные, обладающие достаточной вязкостью, обеспечивающей хорошее заполнение различных объемов.

Отвержденные компаунды должны обладать высокими электроизоляционными, физико-механическими, теплофизическими и др. свойствами в зависимости от их функционального назначения.

Пропиточные компаунды используют для пропитки обмоток трансформаторов, дросселей, электрических машин и различных изделий; заливочные - для заполнения промежутков между деталями различных устройств. Основное преимущество литой изоляции - возможность получения изделий в виде малогабаритных монолитных блоков любой конфигурации, не требующих дополнительной обработки.

Выпускаются компаунды на основе эпоксидных, полиэфирных, полиуретановых и др. смол.

Лекция № 10

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ

Керамика, стекла, ситаллы, графит и некоторые другие материалы образуют группу неорганических полимеров.

Особенностями свойств материалов данной группы являются высокая прочность при сжатии, твердость, жесткость, низкая ползучесть, химическая и радиационная стойкость, огнеупорность и т.п., а к основным недостаткам следует отнести высокую хрупкость, т.е. низкие значения прочности при растяжении и изгибе и особенно при ударном изгибе.

Керамика представляет собой материал, полученный спеканием массы заданного состава из минералов и окислов металлов.

Керамика относится к многофазным материалам и состоит из кристаллической, аморфной и газовой фаз.

Кристаллическая фаза определяет основные характерные свойства данного керамического материала.

Аморфная (стекловидная) фаза связывает между собой частицы кристаллической фазы и образует прослойку между ними. Обычно керамика содержит от 1 до 40% стеклофазы.

Газовой фазой являются поры внутри керамического материала, которые образуются из-за наличия воздуха в массе и газовыделения при обжиге.

Широкое применение керамики в современной технике вызвано ее следующими свойствами: высокой нагревостойкостью (до 1000°С); стойкостью к длительному воздействию: влаги, химически агрессивных сред и радиации; слабым старением в электрическом поле; высокой механической прочностью и отсутствием остаточных деформаций при длительном воздействии нагрузок; доступностью и сравнительно низкой стойкостью сырья.

В зависимости от химического состава керамика подразделяется на окисную на основе Al₂O₃ (корунд), ZnO₂, MgO, CaO, BeO и др.; тугоплавкую бескислородную керамику (карбиды - МеС, бориды - MeB_n, нитриды - MeN и силициды - MeSi_n).

Технология изготовления изделий из керамики состоит из следующих основных операций: а) приготовление керамической массы; б) оформление полуфабриката изделий; в) обжиг полуфабрикатов, механическая обработка.

Керамика после обжига может подвергаться дополнительной обработке:

- Глазурованию - созданию с помощью глазури на поверхности керамики прочного слоя, закрывающего поры. Глазурь по своему составу напоминает легкоплавкие стекла.

- Шлифованию для достижения требуемой точности изготовления деталей.

- Металлизации для создания на поверхности керамики проводящего слоя. Металлизацию осуществляют следующими методами: вжиганием серебряной пасты, химическим осаждением и др. Слой серебра позволяет осуществить пайку металлических частей к керамике, наносить электроды конденсаторов, изготавливать печатные схемы.

Стекла - это аморфные изотропные материалы, представляющие собой сложные системы, получаемые при быстром охлаждении расплавленных исходных компонентов.

Стекла представляют собой соединения на основе чистых или смесей основных и кислотных окислов.

По своей роли в процессе стеклообразования и по своему положению в структуре стекла окислы подразделяются на три основные группы:

1. Стеклообразующие окислы - то есть такие, которые сами могут образовывать стекла без добавок других окислов. К ним относятся SiO₂, B₂O₃, P₂O₅, GeO₂, As₂O₃.

2. Модифицирующие окислы: CaO, BaO, Na₂O, K₂O и др., способные изменять характеристики стекол. Так, щелочные окислы вводят для снижения температуры варки стекол.

3. Промежуточные окислы (ТеО₂, TiO₂, Al₂O₃, WO₃ и др.), которые образуют стекла при сплавлении с другими оксидами или смесями оксидов.

Стекла получают названия по виду стеклообразующего окисла: силикатные, боратные, фосфатные, германатные и т.д.

Плотность стекол изменяется от 2,2 до 8,1 Мг/м³, для обычных промышленных стекол она близка к 2500-2700 кг/м³.

Механическая прочность стекла зависит не столько от химического состава, сколько от состояния поверхности. Прочность технических стекол при растяжении чрезвычайно низка и составляет 20-50 МПа, что обусловлено наличием на его поверхности большого количества микродефектов, являющихся концентраторами напряжений.

Прочность стекла при сжатии значительно выше, чем при растяжении (200-500 МПа).

Температура размягчения (Т_р) для стекол различного состава изменяется в пределах 350-1250С. Наиболее тугоплавким является кварцевое стекло.

Стекла обладают прозрачностью в видимой области спектра. Введение в их состава специальных веществ (глушителей) приводит к образованию глушенных стекол, полностью непрозрачных или рассеивающих свет.

Технические стекла практически непроницаемые для всех газов, за исключением гелия.

Ситаллы представляют собой твердые стеклокристаллические материалы, получаемые путем управляемой кристаллизации стекол. В их составе имеются введенные тонкодисперсные добавки, например, окислы или соли металлов, являющиеся центрами кристаллизации, вокруг которых вырастает большое количество микрокристаллов.

Технология производства ситаллов включает три основные стадии: варка стекол, содержащих специальные добавки, формование изделий, термообработка, приводящая к сплошной кристаллизации стекла.

Синтезированы ситаллы на основе стекол широкого круга составов: литий-, барий-, натрий-алюмосиликатных и т.д. Содержание кристаллической фазы в зависимости от условий их получения меняется от 30 до 95% и более.

Силатты обладают высокой механической прочностью, твердостью, нагревостойкостью, химической стойкостью, хорошими электроизоляционными характеристиками, дешевизной сырья и простотой технологии изготовления.

Графит. Углеграфитовые материалы, названия которых объединены термином «графит», состоят из чистого углерода и отличаются друг от друга структурой и свойствами, которые, в свою очередь, зависят от технологии получения и последующей обработки. К основным достоинствам графита относятся невысокая плотность, жаропрочность, возрастание прочности при нагревании, антифрикционные свойства, высокий коэффициент черты, способность замедлять нейтроны и легкость механической обработки.

Природный графит не находит применения в качестве конструкционного материала вследствие его высокой анизотропии и невысокой прочности. Искусственные углеграфитовые материалы можно разделить на три класса: технический графит, пиролитический графит и стеклоуглерод.

Технический графит получают на основе нефтяного и пекового кокса, сажи и других твердых углеродных материалов.

Пиролитический графит получают осаждением из газовой фазы на подложку продуктов термического разложения (пиролиза) углеводородных газов.

Стеклоуглерод - продукт термической обработки целлюлозы или синтетических смол.

Плотность графита колеблется от 2,0 до 2,23 Мг/м³. Графиты с плотностью 2,0-1,2 Мг/м³ относятся к пористым и высокопористым (80% составляет пористость пенографита), плотность пирографита 1,8-1,9 Мг/м³, пористость 15-30%, плотность стеклоуглерода 1,4-1,5 Мг/м³, пористость составляет 0,2-1,0%. Для уменьшения пористости, газопроницаемости и водопроницаемости графит подвергают термомеханической и термомеханохимической обработке и получают рекристаллизованный графит, отличающийся от исходного технического наличием в структуре упорядоченных крупных малодефектных кристаллов.