Есть мнение Герметики силиконовые Герметики с повышенными тепло- и морозостойкостью

Герметики с повышенными тепло- и морозостойкостью

А. В. Савенкова (ФГУП "ВИАМ" ГНЦ РФ)

Статья поступила 20.12.07

Изложены задачи, стоявшие при разработке новых и усовершенствовании известных кремнийорга-нических герметиков. Дано описание вновь созданных материалов, обладающих кроме повышенных тепло- и морозостойкости еще рядом ценных свойств и технологическими преимуществами.

Герметики - специфическая группа материалов, сочетающая отдельные свойства резин и клеев (жидкие резины, способные отверждаться при комнатной температуре), основной функцией которых является изоляция одной среды от другой.

Их отличительные качества - простота применения, эластичность и адгезия, сохраняющиеся в широком диапазоне температур.

Указанным требованиям в наибольшей степени отвечают кремнийорганические герметики, способные сохранять эластичность как при отрицательных температурах (до -130 °С), так и при длительном воздействии высоких температур (до +300 "С, кратковременно при 600 °С).

Являясь пионером в создании отечественных материалов данного класса с фирменной маркой "ВИКСИНТ", ВИАМ своими разработками, исследованиями и внедрением материалов в серийную промышленность обеспечил решение проблем герметизации кабин, фюзеляжей, отсеков, электрооборудования и авионики практически всех отечественных скоростных летательных аппаратов. Естественно, что кремнийорганические герметизирующие материалы были наиболее востребованными в разработках военных летательных аппаратов, испытывающих наиболее высокие температуры и нагрузки.

В полемической статье академика РАН Е. Н. Каблова (журнал "Наука и жизнь", 2007, № 1) сказано: "За годы реформ Россия безвозвратно утратила 55 % технологий, которые определяли промышленный, экономический и оборонный потенциал страны...". К числу утраченных следует отнести и уникальные изделия, технологии, для которых разрабатывались кремнийорганические герметизирующие материалы с экстремально высокими показателями по тепло- и морозостойкости, а вместе с ними - и производство данных материалов.

Для того чтобы эти потери не стали действительно "безвозвратными", необходимо было в данной области материаловедения сохранить и усовершенствовать технологии с учетом накопленных теоретических знаний [1], а также восстановить изготовление на новом сырье (взамен утраченного) наиболее прогрессивных материалов из числа кремнийорганических герметиков.

Именно эти задачи решались в последние годы сотрудниками ВИАМ, ответственными за данный класс материалов. В результате разработаны или усовершенствованы кремнийорганические герметики, обладающие таким комплексом свойств, который обеспечил им техническую и экономическую конкурентоспособность в условиях современного рынка с активной экспансией зарубежной кремний-органической продукции.

Таким конкурентоспособным материалом, по мнению автора, является герметик марки ВИКСИНТ У-20-99, который разрабатывался как материал ремонтного назначения в связи с возникшей острой необходимостью ремонта авиатехники, использовавшей кремнийорганические герметики типа ВИКСИНТ (всего более 15 марок), в том числе и те, промышленное производство которых утрачено. Основное внимание при разработке было уделено таким потребительским качествам, как экологическая безопасность, высокая технологичность и экономическая доступность всех необходимых компонентов для производства материала.

В результате разработан герметик универсального назначения, работоспособный в диапазоне температур от -60 до +300 °С в среде воздуха, топливных паров и масел, а также в замкнутых объемах*.

Благодаря использованию разработанных в ВИАМ систем холодной вулканизации кремнийорганических эластомеров [2], новый герметик отличается:

ускоренным циклом вулканизации (жизнеспособность в пределах 0,5-1 ч; образование за 2-4 ч при комнатной температуре герметизирующего слоя любой толщины; полностью набирает эксплуатационные свойства за 12-16 ч (взамен 72-120 ч для других герметиков));

высокой технологичностью (заливочная консистенция; двухупаковочный; собственная адгезия к разнообразным металлическим и неметаллическим материалам);

экологической безопасностью (отсутствие токсичных компонентов и растворителей).

С учетом того, что материал имеет высокие диэлектрические свойства, а также является коррозионно-пассивным к меди и серебру, он весьма перспективен в качестве электроизоляционного эластичного компаунда для изделий приборной техники.

Обладая адгезионной прочностью при сдвиге в пределах 1,5-3,0 МПа, герметик может использоваться для эластичного крепления разнородных материалов: металл - стекло, металл - пластмасса и др.

Благодаря комплексу перечисленных ценных свойств новый герметик ВИКСИНТ У-20-99 может практически полностью заменить такие ранее разработанные герметики, как ВИКСИНТ У-1-18, ВИКСИНТ У-4-21, ВИ-АТ, ВИАТ-1, компаунды ВИКСИНТ К-18, ВИКСИНТ К-68, а во многих случаях применения также и герметики ВИКСИНТ У-2-28, УФ-7-21, ВГФ-2, ВГФ-1 и др.

Однако при внедрении данного материала в изделиях авиатехники разработчики столкнулись с трудностями, обусловленными использованием "нового бренда", т. е. новой марки материала, что требовало проведения госиспытаний изделий, недоступных предприятиям в настоящее время [3,4]. Вследствие этого основными потребителями герметика ВИКСИНТ У-20-99 являются разработчики приборной техники специального назначения: НПО "Геофизика", ЗАО "Экран - ФЭП", АЭО "Электропривод", и только в последнее время - ЗАО "Авитек", Саратовский авиационный завод, ЗАО "Лепсе" и др.

По этой причине в последующих разработках более целесообразным представлялось сохранять известные марки герметиков, фактически существенно перерабатывая и усовершенствуя их состав, повышая качество, стабильность свойств (при наличии доступного сырья).

В полной мере это относится к пеногерме-тику ВПГ-300М, для которого осуществлена разработка от стадии оформления патента [5] до освоения его производства и поставок на хоздоговорной основе предприятиям ГНКЦ им. М. В. Хруничева.

Пеногерметики отличаются от монолитных герметиков мелкопористой структурой и малой плотностью, что делает их особо привлекательными для авиакосмической техники. Надежная герметизация изделий, работающих в условиях резких перепадов температур, вибраций, повышенной влажности и других факторов окружающей среды, может быть обеспечена применением герметиков, обладающих достаточной прочностью, эластичностью и стабильной адгезией к контактирующим материалам.

С использованием разработанного ВИАМ способа одновременного вспенивания и вулканизации силоксановых эластомеров создан высокотехнологичный пеногерметик марки ВПГ-300М*, существенно превосходящий по свойствам ранее разработанные пеногерметики марок ВПГ-1, ВПГ-2, ВПГ-2Л, ВПГ-300, ВПГ-2У и способный заменить их.

Новый пеногерметик готовят на месте применения смешением трех (ВПГ-300М) или двух (ВГМ-ЗП - модификация ВПГ-300М) компонентов вместо пяти - для ранее разработанных пеногерметиков. Герметик имеет хорошие заливочные свойства в течение 0,5-1,5 ч, что важно для серийного использования.

Вулканизация протекает при комнатной температуре и сопровождается значительным увеличением объема за счет выделяющихся при взаимодействии компонентов газов. В вулканизованном состоянии материал имеет равномерную мелкопористую структуру с закрытыми порами, плотность 0,5-0,7 г/см3, стабильную адгезию к контактирующим поверхностям и сохраняет эластичность в уникально широком диапазоне температур: от -120 до +300 "С.

Материал влаго- и водостоек, не вызывает коррозии, имеет высокие и стабильные диэлектрические свойства, деструктивно устойчив при высоких температурах, работоспособен в парах топлив и масел.

Пеногерметик ВПТ-300М рекомендуется для герметизации, вибро- и влагоэлектроза-щиты элементов приборной техники, РЭА, электросоединителей, эксплуатирующихся в диапазоне температур от -120 до +300 °С (кратковременно до 400 °С).

С использованием тех же принципов разработки восстановлена группа материалов с высокой морозостойкостью, использовавшихся, в частности, в изделии "Буран": прозрачный ремонтопригодный компаунд ВИКСИНТ ПКФ-68 и герметик широкого назначения марки УФ-7-21*. Проведены сравнительные испытания морозостойких каучуков, синтезированных на отечественном сырье институтами РФ (ФГУП НИИСК им. академика С. В. Лебедева, ФГУП ГНИИХТЭОС), а также фирмами "ПЕНТА-СИЛИКОН", ОАО КЗСК по современным технологиям, согласно разработанным в ВИАМ техническим требованиям. В результате выбран наиболее стабильный по свойствам каучук для изготовления герметика УФ-7-21 и компаунда ВИКСИНТ ПКФ-68. Проведены оптимизация состава и технологии изготовления указанных материалов, что позволило на 20-30 % улучшить их механические показатели. Одновременно упрощена технология применения герметика и повышена стабильность его адгезионных показателей благодаря разработке нового адгезионного подслоя марки П-15 взамен системы подслоев П-9 + П-11. Новый адгезионный подслой перспективен для использования с другими крем нийорганическими герметиками, включая фторсилоксановые, защищен патентом РФ [6] и успешно опробован на заводах отрасли.

Расширен температурный диапазон эксплуатации герметика до +400 "С с ресурсом работы 3 ч.

Об уровне механических свойств и теплостойкости герметика УФ-7-21 можно судить по данным, представленным на рисунке.

В настоящее время ВИАМ осуществляет поставку усовершенствованного герметика УФ-7-21 для ответственных изделий предприятий ЯЦ РФ (г. Саров).

Таким образом, за прошедший период разработаны или усовершенствованы кремний-органические тепло-, морозостойкие герметики с наиболее ценным комплексом свойств. На них оформлена необходимая техническая документация ВИАМ: дополнения к паспортам, ТУ, ТР, ПИ, ДТП*, - защищены авторские права ВИАМ, и осуществляется поставка восстановленных материалов наиболее значимым научным центрам РФ.

В настоящее время проводятся исследования с целью воспроизводства кремнийорганических герметиков с максимально достигнутой для эла-стомерных материалов теплостойкостью при температурах 350 и 400 "С [7]. В качестве таковых выбраны герметики марок УФ-11-21 для поверхностной герметизации и УФ-12 ВТ для поверхностной и внутришовной герметизации. Защита авторских прав ВИАМ на эти прогрессивные материалы и восстановление их выпуска для отечественного машиностроения является главной задачей авторов на ближайшее время.