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 — создают определенную вязкость; наполнители — уменьшают усадку пленки; пластифика­торы — повышают эластичность композиции и также снижают 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.

В качестве основы смоляных клеев могут быть использованы раз­личные полимеры: феноформальдегид, полиуретан, эпоксидные смолы и др. Прочность при сдвиге этих клеев достигает 30 МПа они обладают водостойкостью, их теплостойкость колеблется в пре­делах от 60 до 500 °С.

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.

Фенолполивинилацеталевые 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 использовался в конструкциях клееного инструмента.

Клеи на основе эпоксидных смол обладают высокими эксплуатаци­онными и технологическими свойствами. Они обладают высокой адгезией ко всем материалам, хорошей прочностью, атмосферостойкостью, являются бензо- маслостойкими. Отвердение клеев происходит с помощью отвердителей без выделения побочных про­дуктов, поэтому усадка минимальна. Отвердение 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, трещин.

Основа резиновых клеев — каучук, что обеспечивает их высокую эластичность. 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. Алюмосиликатная 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 достаточной 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 масло-, бензостойкими.

Кремнийорганические герметики (виксинт 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 силоксановую связь (—Si—О—), обладающую высокой теплостойкостью. Эти герметики виброустойчивы, их применяют для герметизации металлических соединений (клепаных, сварных), стекла, бетона.

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

Фторкаучуковые герметики (СКФ-260НМ, СКФ-260НМ-2) мас­ло-, бензостойки, могут работать в агрессивных средах, при темпе­ратурах до 300 °С. Их недостатки — низкая морозостойкость (минус 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 – это коллоидные растворы высыхающих масел или смол в органических растворителях. Защитное твёрдое покрытие образуется вследствие испарения растворителя или полимеризации масла или смолы при нагревании или под действием катализатора.

Краски представляют собой суспензию минеральных пигментов в плёнкообразователе.

Эмали – это раствор лака, в который введены измельчённые пигменты.

Плёнкообразователи – это природные масла, естественные или искусственные смолы. Масла по своему составу представляют собой сложные эфиры, т.е. являются продуктом взаимодействия кислот и спиртов. В основу классификации масел положена их способность к высыханию. Для ускорения процесса высыхания масляных плёнок в состав композиций вводят вспомогательные вещества- сиккативы, или катализаторы – представляющие собой магниевые и кобальтовые соли жирных органических кислот.

Наиболее распространённый масляный плёнкообразователь – олифа. Натуральную олифу получают из высыхающих растительных масел, обработанных при 300оС с целью частичной полимеризации. На воздухе олифа окисляется и полимеризуется до твёрдого состояния.

Растворители плёнкообразующих веществ придают лакокрасочным покрытиям такую вязкость, при которой они легко наносятся на поверхность. В дальнейшем растворители испаряются. Растворителями могут быть спирты, ацетон, бензин, скипидар, толуол, ксилол, этилацетат и др.

Пластификаторы, или смягчители – это вещества, повышающие эластичность плёнок после высыхания. К ним относятся: касторовое масло, каучуки, дибутилфталат, трикрезилфосфат, эфиры адипиновой кислоты.

Количество пластификаторов, вводимых в смесь, составляет 20-75% от массы плёнкообразователя.

Краски и пигменты вводят в состав лакокрасочных композиций для придания им определённого цвета. Краски растворяются в растворителях, а пигменты находятся в них в нерастворимом мелкодисперсном состоянии. Размер частиц от 0,5 до 5 мкм. В качестве пигментов используют охру, сурик свинцовый, хром свинцовый, цинковые белила, порошки металлов. Пигменты повышают твёрдость, атмосферную и химическую стойкость, износостойкость и т.д.

Наполнители – это инертные вещества, которые вводят в лаки и краски для снижения расхода пигментов, а также для улучшения антикоррозионных свойств плёнки. К ним относятся мел, тальк, каолин, асбестовая пыль и др.

Наполнители образуют прочную основу всей плёнки. Частицы наполнителя распределяются в плёнке между частицами пигмента и заполняют имеющиеся в ней промежутки. Благодаря этому плёнка приобретает повышенную влагостойкость и антикоррозионные свойства. Схема строения лакокрасочной плёнки представлена на рис.1.

 

 

Толщина однослойных ЛКП колеблется в пределах 3-30 мкм, многослойных – до 300 мкм. Для получения многослойных, например, защитных покрытий наносят несколько слоёв разнородных ЛКМ (так называемые комплексные ЛКП), при этом каждый слой выполняет определённую функцию: нижний слой – грунт (получают нанесением грунтовки) обеспечивает адгезию комплексного покрытия к подложке, замедление электрохимической коррозии металла; промежуточный – шпатлёвка – выравнивание поверхности (заполнение пор, мелких трещин и др. дефектов); верхние (покровные) слои – эмали (иногда лак) – придают декоративные и частично защитные свойства. При получении прозрачных покрытий лак наносят непосредственно на защищаемую поверхность.

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 не покрытую краской.

Смеси лаков с нерастворимыми пигментами (оксиды 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); 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 они 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, обеспечивая 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.