Пленкообразующие материалы. Клеи, герметики, лаки, краски

 

К пленкообразующим относятся материалы, которые после на­несения их на обрабатываемую поверхность образуют связанные с этой поверхностью пленки. Они должны обладать высокой адгези­онной способностью (схватываться) по отношению к обрабатыва­емым материалам.

Компонентами пленкообразующих материалов являются: плен­кообразующие вещества (полимеры или неорганические) — ос­нова, определяющая свойства; растворители, создающие опреде­ленную вязкость; наполнители, уменьшающие усадку пленки; пла­стификаторы, повышающие эластичность композиции и также снижающие усадку; отвердители и катализаторы, необходимые для перевода пленки в термостабильное состояние.

 

Клеи.

 По пленкообразующему веществу они делятся на смоля­ные и резиновые. Основой смоляных клеев могут быть термоплас­тичные или термореактивные полимеры. Термореактивные дают прочные, теплостойкие пленки, они применяются в несущих кон­струкциях. Клеи на основе термореактивных смол отверждаются в присутствии катализаторов и отвердителей при нормальной или повышенной температуре. Клеи холодного склеивания менее проч­ны, особенно при повышенных температурах. Термопластичные имеют низкие прочностные характеристики, которые к тому же заметно снижаются при нагреве. Основа резиновых клеев — кау­чук, что обеспечивает высокую эластичность.

В качестве основы смоляных клеев могут быть использованы раз­личные полимеры.

Клеи на основе фенолформальдегидных смол (марка КБ-3) обла­дают хорошей адгезией к различным материалам. Их используют для силовых клеевых соединений, металлических, из стеклоплас­тика и т.п.

Фенолкаучуковые композиции (марки ВК-32-200, ВК-3, ВК-4) — высокоэластичные, теплостойкие пленки с хорошей адгезией к ме­таллам.

Фенолполивинилацвталевые композиции лежат в основе извест­ных клеев БФ. Клеи марок БФ-2 и БФ-4 используют для склеива­ния разнообразных материалов.

Фенолкремнийорганические клеи (ВК-18, ВК-18М) являются термостойкими, температура эксплуатации до 500—600 °С, об­ладают хорошей виброустойчивостью и длительной прочностью. Клей ВК-18М используется в конструкциях клееного инструмента.

Клеи на основе эпоксидных смол обладают высокими эксплуата­ционными и технологическими свойствами. Они обладают высокой адгезией ко всем материалам, хорошей прочностью (пределы проч­ности при сдвиге и на отрыв достигают соответственно 30 и 60 МПа), атмосферостойкостью, являются бензомаслостойкими. Отверждение клеев происходит с помощью отвердителей без выделения побоч­ных продуктов, поэтому усадка минимальна.

Отверждение может быть холодным (клеи марок Л-4, ВК-9, ЭПО и др.) или горячим (ВК-32-ЭМ, К-153, ВК-1 и др.). Клеи исполь­зуют для соединения различных материалов, а также в ремонтных целях для «залечивания» раковин.

Резиновые клеи — это растворы каучуков или резиновых смесей в органических растворителях. Склеивание происходит при вулка­низации. Различают клеи горячей вулканизации (температура вул­канизации и склеивания 140—150 °С) и самовулканизирующиеся (в состав входят активаторы, и вулканизация проходит при нор­мальной температуре). Резиновые клеи применяются для склеива­ния резины с различными материалами — резиной, металлом, стек­лом, керамикой. Клеи марок 9М-35Ф и ФЭН-1 являются масло-бензостойкими. Теплостойкими являются клеи, содержащие в своем составе кремнийорганические смолы. Клеи марок КТ-15, КТ-30 сохраняют свои свойства до 200—300 °С.

Неорганические клеи - фосфатные, керамические, силикат­ные — являются высокотемпературными.

Фосфатные — растворы фосфатов с инертными или активными наполнителями. Клей АХФС (на алюмохромфосфатной связке) водо- и кислотостоек, обладает хорошей адгезией ко многим материа­лам, его огнеупорность до 1800 °С.

Керамические клеи — тонкие суспензии оксидов (МgО А1₂О₃, SiO₂ и др.) в воде. Клеи наносятся на склеиваемые поверхности, подсушиваются, а затем нагреваются до температуры плавления компонентов и выдерживаются в течение 15—20 мин. Соединения сохраняют прочность до 500—1000 °С.

Силикатные клеи имеют основу в виде жидкого стекла. Алюмо-силикатная связка (АСС) с различными наполнителями образует клеи, отверждающиеся при 120 °С. Клеи используют для соедине­ния металлов, стекла, керамики.

 

Герметики.

Это композиции на основе полимеров, обеспечива­ющие герметизацию (непроницаемость). Пленкообразующий по­лимер должен обладать достаточными прочностью, пластичностью, непроницаемостью к парам, газам, а также химической инертнос­тью по отношению к контактируемым материалам.

Наибольшее применение получили тиоколовые герметики (У-30М, УТ-31) на основе полисульфидного каучука, имеющие высокую адгезию к металлам, дереву, бетону и являющиеся маслобензо-стойкими.

Кремнийорганические герметики (виксинит и эластосил) облада­ют повышенной теплостойкостью до 200—250°С. Это объясняется тем, что в основную цепь макромолекулы входит кремний. Атомы кремния соединяются с атомами кислорода, образуя силоксано-вую связь (—Si—О—), обладающую высокой теплостойкостью. Эти герметики виброустойчивы, их применяют для герметизации ме­таллических соединений (клепаных, сварных), стекла, бетона.

Эпоксидные герметики холодного отверждения могут длительно работать в диапазоне температур от —60 до 75С, горячего отверж­дения — от —60 до 140°С. Их применяют для герметизации метал­лических и стеклопластиковых изделий. Герметик марки УП-5-122АТ является маслобензостойким.

Фторкаучуковые герметики (СКФ-260НМ, СКФ-260НМ-2) масло- и бензостойки, могут работать в агрессивных средах, при температурах до 300 °С. Их недостатки — низкая морозостой­кость (-20 °С), недостаточная пластичность.

Анаэробные герметики на базе акриловых и метакриловых соеди­нений имеют характерную особенность сохранять первоначальные свойства в течение длительного времени в присутствии кислорода и быстро полимеризоваться с образованием прочной пленки при от­сутствии кислорода или малом его доступе. Эти герметики предотв­ращают утечки газов и жидкостей даже при больших давлениях. Ана­эробные композиции под общим названием «Локтайды» выпуска­ются в США, Франции, Японии, в России — это «Унигермы».

 

Лакокрасочные покрытия — это материалы на основе пленкооб­разующих, в виде растворов с различными добавками. После нане­сения на обрабатываемую поверхность и высушивания они образу­ют твердую пленку. Это наиболее распространенные материалы для защитных и декоративных покрытий.

Лаки состоят из нелетучих веществ — пленкообразователей (это растворимые термопластичные и термореактивные полимеры, а также растительные масла — олифы) и летучих веществ — растворителей (эфирные масла, спирт, бензин, скипидар и др.). Лаки прозрачны, они наносятся на поверхность, покрытую или непокрытую краской.

Смеси лаков с нерастворимыми пигментами (окислы железа, марганца, горные породы), определяющими цвет, — это эмалевые краски. Пигменты придают композиции непрозрачность, повыша­ют механическую прочность, снижают проницаемость, некоторые повышают антикоррозионные свойства. В эмалях содержится 100— 150% пигментов (в расчете на 100% пленкообразующего). В зависи­мости от характера лака эмалевые краски делятся на масляные, их основа — масляный лак; нитроэмали, их основа — лаки из эфиров целлюлозы (природный полимер древесины); спиртовые эмали — на спиртовых лаках.

Масляные покрытия обладают высокой адгезией, эластичнос­тью, виброустойчивостью. Их недостатки — низкие водостойкость и химическая стойкость, они медленно высыхают. Нитроэмали ли­шены недостатков масляных красок, но более хрупки. Спиртовые имеют высокую твердость и поэтому хорошо полируются, но низ­кую эластичность, плохо противостоят воздействию воды.

При нанесении лакокрасочных покрытий помимо лаков и кра­сок используются грунты и шпатлевки, также являющиеся компо­зициями на базе полимеров. Грунты, содержащие 70—80% пассиви­рующих пигментов, образуют первый слой покрытия, образуя на­дежное сцепление с обрабатываемой поверхностью и заполняя поры. Их роль также — защита от коррозии. Шпатлевка, содержащая до 200% наполнителей и пигментов, служит для выравнивания по­верхности, она наносится на грунты. На подготовленную таким образом поверхность наносится один или несколько слоев краски.

Для окраски металлообрабатывающего оборудования применя­ют нитроцеллюлозные эмали и шпатлевки, обладающие стойкос­тью к воздействию минеральных масел и СОЖ. Рекомендуются к применению эмали марок НЦ-256, НЦ-2127, а также комплекс материалов на основе ПХВ: эмаль ХВ-238, грунтовка ХВ-050, шпат­левка ХВ-0015.

 

 Растворители для лакокрасочных материалов

Растворители для лакокрасочных материалов должны обладать сле­дующими потребительскими свойствами: химической стойкостью, т.е. не должны взаимодействовать с растворяемым веществом; негигроско­пичностью, так как даже небольшое количество воды затрудняет про­цессы склеивания, герметизации, окраски и др.; скоростью испарения, обеспечивающей необходимое течение технологического процесса; ми­нимальными токсичностью и огнеопасностью.

В зависимости от принадлежности к видам химических соединений растворители подразделяют на терпеновые, углеводородные, кислородсо­держащие и хлорированные растворители.

Терпеновые растворители получают при переработке сосновой дре­весины или смолы. Наибольшее распространение получил скипидар (ГОСТ 1571—82) — бесцветная, иногда с желтоватым оттенком жид­кость плотностью 855...863 кг/м³. Температура кипения — около 150°С, а температура вспышки равна 30...32°С. Хорошо растворяет органиче­ские масла, канифоль, глифталевые, полиэфирные и эпоксидные смо­лы и их сополимеры со стиролом. Скипидар нетоксичен, но его пары при концентрации выше 0,3 мг/л вызывают головную боль. Из-за от­носительно высокой стоимости скипидар применяют ограниченно в отделочных работах.

К углеводородным растворителям, получившим наибольшее распро­странение, относятся легкие фракции, получаемые при перегонке сырой нефти: керосин, бензин, бензин-растворитель (уайт-спирит).

Керосин — прозрачная бесцветная или желтоватая жидкость с голубым отливом плотностью 820...840 кг/м³. Растворяющая способность невелика. Из-за резкого запаха применяют только для растворения битума.

Бензин (ГОСТ 8505—57) — прозрачная, большей частью бесцветная жидкость с характерным запахом плотностью 700...780 кг/м³. Он легко ис­паряется и воспламеняется. Смесь его паров с воздухом взрывоопасна. Бен­зин выпускается разной степени очистки, показателем чего служит размер интервала температуры кипения: автомобильного бензина — 70...225°С, авиационного — 40...180°С, экстракционного — 80...120°С. Последние наи­менее токсичны.

Уайт-спирит (ГОСТ 3134—78) — средняя фракция между тяжелым бен­зином и тракторным керосином. Интервал температур кипения 150...210°С. Плотность 762...95 кг/м³. Эфироцеллюлозные и некоторые эпоксидные составы уайт-спирит не растворяет. Имеет малую токсичность и невысокую стоимость.

К кислородсодержащим растворителям относятся органические со­единения, в состав которых кроме углерода и водорода входят атомы кислорода: спирты, сложные эфиры (ацетаты) и кетоны. Кислородосодержащие растворители хорошо растворяют нитроцеллюлозу, мочевино- и меламиноформальдегидные и виниловые полимеры.

Из спиртов в качестве растворителей чаще всего используют метиловый и этиловый (ГОСТ 17299—78) спирты. По химическому составу это простей­шие углеводороды — метан СН₄ и этан С₂Н₆, у которых один атом водорода замещен гидроксильной группой ОН. По внешнему виду это бесцветные прозрачные жидкости с характерным запахом. Плотность метилового спирта 793, а этилового — 791 кг/м³. Молекулярная масса, соответственно, равна 32,04 и 46,0; температура кипения — 64,5 и 78,5°С. С водой смешиваются в неограниченном количестве. Этиловый и метиловый спирты токсичны, особенно ядовит метиловый спирт. Хорошо растворяют масла и жиры.

Из сложных эфиров в качестве растворителей чаще всего применяют соединения спиртов с уксусной кислотой — ацетаты: метилацетат — из метилового спирта; этилацетат — из этилового спирта; бутилацетат — из бутилового спирта. Они представляют собой бесцветные жидкости с более или менее сильным сладковатым фруктовым запахом. Плотность метил аце­тата 935, этилацетата — 886 и бутилацетата — 872...883 кг/м³. Температуры кипения, соответственно, равны 60; 77,1; И8...128°С. Они хорошо растворяют нитроцеллюлозу, фенолоформальдегидные и фталево-глицериновые полимеры. Все они токсичны.

Кетоны составляют большую группу органических соединений, но в ка­честве растворителя широко применяют простейший из них — технический ацетон (ГОСТ 2768—84), представляющий собой бесцветную жидкость с характерным эфирным запахом и плотностью 790 кг/м³. При обычной тем­пературе он легко испаряется. Ацетон хорошо смешивается в заданном со­отношении с водой, спиртом, эфиром, минеральными и растительными маслами, бензином, керосином, скипидаром и некоторыми другими веще­ствами. Хорошо растворяет органические смолы и большинство синтети­ческих смол.

Из хлорированных углеводородов в качестве растворителя использу­ют дихлорэтан — бесцветную жидкость со слабым запахом, плотностью 1250 кг/м³, с температурой кипения 84,5°С. Дихлорэтан — сильный ра­створитель. Горючесть его умеренная. Применяется редко, так как это сильно действующий яд.

 

Целью смазывания зон трения является обеспечение преимуще­ственно жидкостного трения, при котором потери на трение малы, а износ деталей практически отсутствует.

 

Смазочные материалы.

 

Смазочный материал — материал, вводимый на поверхности трения для уменьшения силы трения и (или) интенсивности изнашивания.

Смазочные материалы должны обладать строго заданными свой­ствами, которые определяются величинами удельной и полной нагру­зок в зоне трения; максимальной, средней и объемной температурами в зоне контакта; кинематикой движения в зоне трения (качение, сколь­жение, смешанное). При этом должны учитываться природа материа­лов обоих деталей трения, характеристики волнистости и шероховатости поверхностей в зоне трения, свойства окружающей среды и др.

К основным показателям качества и работоспособности смазочных материалов относятся вязкость и вязкостно-температурные свойства, стойкость к окислению и коррозионная стойкость, зольность, температуры застывания, вспышки и воспламенения, коксуемость, антипенные свойства, плотность, цвет и др.

Вязкость жидкого смазочного материала — внутреннее трение, возникаю­щее между его молекулами и слоями при их относительном перемещении под действием внешней силы. Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость. Зависимость вязкости от температуры принято характе­ризовать отношением значений кинематической вязкости при 50 и при 100°С. Чем меньше это отношение, тем выше вязкостно-температурные свойства масла.

Коксуемость масла — это способность масла под влиянием высоких температур разлагаться с образованием твердых осадков (кокса).

По агрегатному состоянию смазочные материалы могут быть жидки­ми, пластичными, твердыми и газообразными. Наибольшее распростра­нение получили жидкие смазочные материалы (масла) и пластичные смазочные материалы (смазки).

 Смазочные масла

Смазочные масла как конструкционный материал узла трения вы­полняют следующие функции:

1) уменьшают трение, возникающее между сопряженными деталями;

2) снижают износ и предотвращают задиры трущихся поверхностей;

3) отводят тепло от трущихся поверхностей;

4) защищают поверхности трущихся деталей и другие неизолирован­ые
части от коррозионного воздействия окружающей среды;

5) уплотняют зазоры между сопряженными деталями;

6) удаляют из зоны трения продукты износа, коррозии и прочие заг­рязнения.

В зависимости от назначения и условий эксплуатации используемое масло должно надежно выполнять две-три основные функции.

По происхождению (способу получения) выделяют нефтяные, синте­тические и растительные масла. В наибольших масштабах используются нефтяные масла, получаемые путем переработки нефтяного сырья. Син­тетические масла, получаемые на основе углеводородного или других видов сырья, чаще используются в смеси с нефтяными маслами — полу­синтетические масла.

В состав товарных масел часто входят кроме основного компонента (нефтяного, синтетического масла или их смеси) специальные присадки и твердые антифрикционные добавки. В качестве присадок используются органические соединения в количестве до 30%, улучшающие те или иные свойства (антиокислительные, моюще-диспергирующие, вязкост­ные, антифрикционные, противоизносные, депрессорные, противопенные и др.). В качестве твердых антифрикционных добавок (0,5...3,0%) используются графит, дисульфид молибдена, нитрид бора, некоторые селениды, сульфиды и иодиды металлов, а также высокодисперсные порошки металлов и их оксиды. Целью введения твердых добавок яв­ляется повышение смазочной способности масел и их стабильности к окислению. Преимущество этих добавок состоит в том, что их действие проявляется как при низких, так и при высоких температурах.

Основными потребительскими свойствами смазочных масел явля­ются подвижность, индекс вязкости, стабильность к окислению, испаряе­мость, воспламеняемость, приемистость к присадкам, смазочная способ­ность, совместимость с нефтяными основами, совместимость с уплотнительными материалами.

Индекс вязкости (ИВ) — степень изменения вязкости масла в зависи­мости от температуры. Чем выше его значение, тем лучше масло.

По назначению выделяют следующие основные группы масел: мо­торные, индустриальные, трансмиссионные, турбинные, компрессорные,

гидравлические, консервационные, для технологических операций и специ­ального назначения.

К группе моторных масел относятся масла для смазывания карбюратор­ных, дизельных и авиационных поршневых двигателей, а также универсальные.

Индустриальные масла делят на четыре группы:

1) для гидравлических систем,

2) для направляющих скольжения,

3) для зубчатых передач;

4) для шпинделей, подшипников и сопряженных с ними соединений.

Специфическими потребительскими свойствами индустриальных масел являются индекс зади­ра, нагрузка сваривания, показатель износа и противоскачковые свойства.

Турбинные масла различаются по конструкции и мощности смазочных систем турбин: гравитационные (маломощные) и напорные (большой мощ­ности). Турбинное масло подвергается воздействию температур 60...100°С в условиях контакта с кислородом воздуха и водой и в присутствии металлов, катализирующих процесс его окисления. С учетом условий эксплуатации к турбинным маслам предъявляются следующие потребительские требования: стойкость к окислению в условиях контакта с воздухом при температурах 100...120°С; отсутствие склонности к эмульгированию с водой; низкое це­нообразование; хорошие смазывающие и противоизносные свойства; низ­кое кислотное число для свежего масла и в начале работы; большой коксо­вый остаток; отсутствие механических загрязнений, осадков и шламов; вы­сокая температура вспышки.

Трансмиссионные масла предназначены для смазывания различного рода механических и гидравлических трансмиссий. Условия работы масел определяются конструкцией агрегата трансмиссий (цилиндрический, кони­ческий, спирально-конический и другие агрегаты).

Обозначения моторных, трансмиссионных и гидравлических масел уста­новлены ГОСТ 17479.1-85, ГОСТ 17479.2-85 и ГОСТ 17479.3-85.

Компрессорные масла, применяемые в воздушных, газовых, холодильных компрессорах, воздуходувках и вакуумных насосах разного типа и назначе­ния, делятся на три основные группы: для воздушных и газовых компрессоров; для холодильных компрессоров; для вакуумных насосов. Потребительские тре­бования к маслам для воздушных и газовых компрессоров определяются температурой сжимаемости газа, давлением сжатия и чистотой газа. Комп­рессорное масло должно обладать термической и термооксидационной ста­бильностью, отсутствием склонности к коксообразованию и температурой вспышки на 50° С выше самой высокой рабочей температуры. В масле не долж­но быть летучих компонентов, а масляный туман должен сразу оседать на стенках цилиндров, в противном случае может произойти взрыв паров мас­ла. Компрессорное масло для холодильных компрессоров должно противо­стоять агрессивности хладагента, температура его застывания должна быть ниже минимальной рабочей температуры.

Консервационные масла применяются для защиты от коррозии и изна­шивания металлоизделий, конструкционных материалов, запасных частей, инструментов, аппаратуры и др. Эти масла образуют на поверхности тонкую масляную пленку, защищающую поверхность от внешней среды, а также являются смазочным материалом при переходе от консервации к эксплуа­тации. Консервационное масло, как правило, несовместимо с ходовым и перед запуском законсервированного устройства должно быть полностью заменено или в него добавлено ходовое масло.

Масла для технологических операций — это смазочный материал, ис­полняющий роль вспомогательного средства в различных технологических процессах: обработке резанием, пластической и тепловой обработке, для литейных форм, керамических изделий, для производства бетонных изде­лий и др.

Специальные масла — это такие виды масел, которые по своим свой­ствам приспособлены к выполнению особых определенных функций и практически не применяются в обычных условиях смазки. К этой группе относятся пропиточные масла и масляные растворители, масло для цепей туннельных печей, масло для герметизации скважин, масляные теплоноси­тели и др. Специальное масло получают путем введения в минеральное или синтетическое основное масло специальных присадок.

По специфике эксплуатации различают рабочие, консервационные и консервационно-рабочие масла.

По условиям применения масла могут быть летние, зимние, всесезон-ные, а также для применения в регионах с особыми климатическими усло­виями, например в северных (арктических).

Пластичные смазки

Основная задача пластичных смазок — снижение коэффициента трения. Меньшее применение имеют пластичные защитные смазки, наносимые на поверхность для защиты от коррозии и для герметиза­ции. Все пластичные смазки должны отличаться высокой прилипаемостью к смазываемой поверхности.

Основным компонентом пластичных смазок является минеральное или синтетическое масло различной вязкости. В качестве загустителя используются консистентные углеводороды, а также мыла различных металлов и жирных кислот.

Загуститель образует с маслом пространственный скелет, в ячейках сетки которого закреплено масло. Перемещение масла ограни­чено перегородками скелета. Пространственный скелет обычно построен из кристаллических агрегатов с волокнистой нитевидной или шаровид­ной структурой.. Форма агрегатов и особенно форма волокон и их размещение в пространственной структу­ре определяют механические свойства смазки, так, например, пластич­ная смазка имеет предел текучести.

Пластичные смазки не деформируются под действием силы тяжести, а под действием сдвигающих сил после преодолении предела текучести текут как жидкости. Восстановление пространственной структуры и свя­занные с этим реологические свойства называются тиксотропными свой­ствами.

Свойства пластичных смазок оценивают так же, как и свойства других смазочных материалов. Дополнительно (из-за специфики их структуры) определяются коэффициент тиксотропии, предел текучести, температу­ра каплепадения и др., среди которых, например, микробиологическая стойкость, поскольку компоненты пластичных смазок могут быть пищей для бактерий, развитие которых приводит к частичному разрушению или изменению пространственной структуры смазки.

Пластичные смазки классифицируются по основному компоненту (маслу), виду загустителя, назначению (для подшипников качения, сколь­жения, для передач; канатная смазка, уплотнительная смазка, смазка для газовых кранов, насосная и вакуумная смазка и др.) и особым свойствам (термостойкие, негорючие, стойкие к высокому давлению и др.).

Наибольшее распространение получили кальциевые смазки (соли­дол), изготавливающиеся из натуральных животных и растительных жи­ров или жирных синтетических кислот. В качестве загустителей приме­няется гидроксид кальция в порошковом виде (сухогашеная известь) или в виде водной взвеси (известковое молоко). Солидол выпускается разной консистенции, что определяет вязкость масла и количество за­густителя.

 

⇐ Предыдущая17181920212223242526Следующая ⇒

Поделиться: