Контрольные вопросы:

1. Что представляют собой пленкообразующие полимерные покрытия?

2. Какие компоненты используются при производстве лакокрасочных материалов?

3. Назовите основные виды пленкообразующих веществ?

4. Что представляют собой пигменты, растворители, пластификаторы, сиккативы? Каково их назначение?

5. Для каких целей используют шпатлевки, грунтовки? Что они собой представляют?

6. Назовите основные типы лаков. Каковы их свойства? В каких случаях они используются?

7. Масляные краски эмали. В чем преимущество и недостатки масляных красок по сравнению с эмалями.

8. Перечислите основные виды эмалей. Каковы их свойства? В каких случаях целесообразно их применение?

9. Что такое компаунды? Каковы их свойства? Для чего используются?.

7.1.5. Пленкообразующие материалы: клеи и герметики

Клеи и герметики относятся к пленкообразующим материалам и имеют мно­го общего с ними.

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 несколько компонентов:

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

2. Растворители (спирты, бензин и др.), создающие определенную вязкость.

3. Пластификаторы для устранения усадочных явлений в пленке и повышения ее эластичности.

4. Отвердители и катализаторы для перевода пленкообразующего вещества в термостабильное состоя­ние.

5. Наполнители в виде минеральных порошков, повышаю­щих прочность соединения, уменьшающих усадку пленки. Для повышения термостойкости вводят порошки А1, А1₂О₃, SiO_2, для повышения токопроводимости - 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 скле­иваемого материала. 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. 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) и др. Чаще используют классификацию по пленкообразующему веществу.

Смоляные клеи могут быть термореактивными и термопластичными.

Термореактивные клеи отличаются повышенной теплостойкостью и прочностью; они обеспечивают работоспособность клеевых швов до 200 - 300 °С, а клеи на основе кремнийорганических полимеров - до 1200 °С, т.е. на уровне неорганических клеев. Отвердение термореактивных полимеров возможно без нагрева, но прочность клеев холодного отвердения ниже прочности аналогичных клеев горячего отвердения.

Особенностями термопластичных клеев являются невысокая теплостойкость и гибкие, нехрупкие клеевые пленки. Эти клеи применяют при температурах эксплуатации не выше 60 °С.

В настоящее время промышленность выпускает большое количество синтетических клеев на основе различных смол: модифицированных фенолоформалъдегидных, эпоксидных и др; на основе фенолов: фенолкаучуковые, фенолополивинилацетатные (БФ), фенолкремнийорганические, а также полиуретановые и другие. В таблице 7.1. приведены характеристики некоторых применяемых синтетических клеев.

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 88НП). 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.

Неорганические клеи. 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 огнеупорность 1000-1800 °С, водо- и кислотостоек, применяется для склеивания металлов, графита и др.

Керамические клеи (фритты) являются тонкими суспен­зиями оксидов щелочных металлов (МgО, А1₂О₃,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 1-2 ч. Клеями можно склеивать раз­нородные материалы (металлы, стекло, керамику).

Растительные клеи. Широкое промышленное распространение на рубеже XX в. получили клеи на основе казеина и извести. Однако казеин - это уже не растительный, а клей животного происхождения. К данной категории с некоторой натяжкой можно отнести и яичный желток.

К клеям животного происхождения следует отнести и столярные клеи. Столярных клеев много, их получают из различного сырья и они различаются по составу. Однако все они животного происхождения. Столярный клей прост в употреблении и весьма надежен в изделиях. По прочности на разрыв он уступает только металлам. Если разрывать бруски прочной древесины, соединенные столярным клеем, то разрушится древесина, а не клеевая прослойка. Столярный клей быстро схватывается, не оставляет пятен и при всем при этом он довольно дешев. В настоящее время другие производства потребляют столярного клея больше, чем деревообрабатывающая промышленность. Например, в текстильной промышленности им шлихтуют (пропитывают) нити для повышения износоустойчивости, при его помощи изготавливают абразивные круги и наждачные шкурки.

Столярный клей может быть: мездровый, костный, глютиновый, рыбный.

Мездровый клей. Мездра - это слой шкуры, отделяемый при выделке шкуры. В него входят подкожная клетчатка, остатки мяса и сала. Мездровым клеем называют продукт, получаемый развариванием с водой мездры, отходов шкур, головок и лапок, обрезков кож и другие отходы кожевенных заводов и мясокомбинатов.

Костяной клей. Его получают из костей крупных позвоночных животных и костяных отходов, а также из лома различных костяных изделий. Для этого кости дробят, обезжиривают, затем варят. Костный клей обладает несколько меньшей связующей способностью по сравнению с мездровым.

Глютиновые клеи. Основное сырье в этих клеях - коллаген. Он входит в состав коллагеновых волокон соединительных тканей: сухожилиях, связках, хрящах, а также в коже и костях. При нагревании в воде при 80—90 °С коллаген постепенно превращается в глютин (в быту он больше известен под названием желатин). Пищевой желатин получают из отборного сырья и в отличие от клея его тщательно очищают. Глютиновые клеи обладают характерной особенностью - под влиянием различных веществ (например, солей хрома, алюминия, железа и др.) они становятся труднонабухаемыми и нерастворимыми в воде. Такие клеи называют задубленными.

Герметики. Герметиками называют пастообразные или вязкотекучие массы на основе полимеров и олигомеров, вул­канизирующиеся (отверждающиеся) в зазорах конструкций с образованием эластичных прослоек или покрытий, предот­вращающих утечки рабочих сред. Они занимают как бы промежуточное положение по свойствам между клеями и резинами. Основой наиболее распространенных эластичных герметиков являются синтетические высокомолекулярные каучуки. Ограниченное применение в технике находят гер­метики на основе таких природных материалов, которые не обладают достаточной эластичностью.

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

В зависимости от природы исходного полимера различа­ют герметики вулканизирующиеся и отверждающиеся, не­высыхающие и высыхающие.

Вулканизирующиеся герметики представляют собой термореактивные материалы, ко­торые при нагреве и под действием вулканизирующих аген­тов (отвердителей) необратимо переходят в эксплуатацион­ное эластическое состояние. Их основой являются низко­молекулярные каучуки или олигомеры - полисульфидные низкомолекуляр­ные каучуки (жидкие тиоколы), силоксановые и фторсилоксановые, олигомерные углеводородные каучуки и др.

Невысыхающие герметики - это термопластические материалы, обратимо переходящие из исходного вязкотекучего в эксплуатационное пластическое или пластоэластическое состояние. Их основой являются высокомолекулярные и низкомолекулярные каучуки (полиизобутиленовый, бутил-каучук, этиленпропиленовый), полностью насыщенные или с малым количеством двойных связей в молекулах.

Высыхающие герметики (также относящиеся к термо­пластичным материалам) представляют собой растворы ре­зиновых смесей в органических растворителях, но в отли­чие от невысыхающих герметиков находящиеся при эксп­луатации в эластическом состоянии. При добавлении раство­рителя они снова переходят в вязкотекучее состояние. Та­кие герметики получаются на основе высокомолекулярных вулканизирующихся синтетических каучуков (бутадиен-стирольных, бутадиен-нитрилъных, хлоропреновых, уретановых и др.) в сочетании со смолами.

В настоящее время промышленность выпускает несколько видов герметиков: акриловые, силиконовые, полиуретановые и другие. У каждого из них своя область и специфи­ка применения.

Акриловые герметики применяются для за­делки швов в бетонных плитах, потолках, они подолгу сохраняют свою эластичность, позво­ляют перекрывать швы различными красящи­ми веществами, подходят для использования в местах с сильной вибрацией. Герметичные массы на базе акрилата про­изводятся без растворителей. Они эффектив­но применяются внутри и снаружи строений для герметизации швов и трещин с неболь­шой деформацией.

Акриловые герметики имеют отличный контакт с бетоном, кирпичом, гипсокартоном, фиброцементом, штукатуркой, алюминием, древесиной и ПВХ, а также легко поддаются покраске и штукатурке. Данные уплотнительные материалы быст­ро образовывают ленку, имеют достаточно н высокую термостойкость: от -25°С до 80^о С, и хорошую устойчивость к свету и УФ-лучам.

Акриловые герметики не несут никакой; опасности для здоровья человека, работать с ними можно без специальных перчаток и респиратора.

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. Срок службы герметиков порядка 25 лет. Их при­меняют в авиационной и автомобильной промышленности, в судостроении, для строительной техники.

Анаэробные герметики получают на основе полиакрилатов. Эти герметики выпускаются под названием анатерм и унигерм, за рубежом они называются 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 температуре от -200 до 200 °С, кратковре­менно до температуры 300 °С.

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.

Кремнийоргаиические 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. Эти герметик применяется в судовых кон­струкциях, в шахтной аппаратуре, в электрорадиотехнических изделиях. Они стойки 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.

Силиконовые герметики применяются в качестве изолирующих ве­ществ при изготовлении окон, металлических конструкций, аквариумов, бассейнов, а так­же при уплотнении окон, швов, отверстий в санитарных помещениях, ванных комнатах, кухнях. Они абсолютно герметичны против проникновения воды, насекомых, запахов, влаги.

Силиконовые герметики применяются как внутри помещений, так и снаружи. Силиконовый каучук обладает хорошей адгезией к стеклу, эмали, керамике, дереву, неокисляемым металлам, а также высочайшей термо- и погодостойкостью.

Полиуретановые герметики - долгоэластичные клеящие и уплотняющие массы на полиуретановой основе. Они применяются для склеивания и герметизации различных матери­алов: металла, лакированной жести, древесины, пластмассы, камня, керамики, кирпича, бе­тона.

Полиуретановые герметики обеспечивают прочное, элас­тичное вклеивание, не разру­шаемое даже при сильных виб­рациях, землетрясениях. Они обладают стойкостью против коррозии и отверждаются при реакции с влагой. Такие герметики поддают­ся окраске, легко покрывают­ся лаком, а также имеют быс­трую схватываемость.

Основными эксплуатационными характеристиками гер­метиков являются жизнеспособность (период времени, в течение которого сохраняются их свойства до использова­ния); газонепроницаемость при рабочих температурах и в различных средах; адгезия к герметизируемой поверхности технологичность и легкость обработки; прочность на разрыв и относительное удлинение при растя­жении; плотность после приготовления.