Герметики представляют собой сложные многокомпонентные системы на полимерной основе, содержащие различные химические вещества – наполнители, высокомолекулярные соединения, стабилизаторы, вулканизующие системы и т. п. Наибольшее применение для герметизации нашли вулканизующиеся материалы на основе каучуков, так как они в большей степени отвечают требуемым эксплуатационным свойствам: физико-механическим, адгезионным, коррозионным, температурному диапазону работоспособности.
Кремнийорганические каучуки (олигомеры) и материалы на их основе имеют характерные для них свойства – термо- и морозостойкость, радиационную и атмосферную стабильность, физиологическую инертность, высокие диэлектрические показатели. Области их применения не исчерпаны до настоящего времени – к ним относятся авиа- и машиностроение, строительство, электроника и другие виды техники [1].
В данной статье хотим рассмотреть особенности применения на производстве одного из самых распространенных материалов этой группы — ВИКСИНТ У-2-28.
ВИКСИНТ У-2-28 – кремнийорганический герметик, предназначен для герметизации клепаных, сварных и болтовых соединений, элементов остекления, приборов, для заливки штепсельных разъемов, а так же в качестве неконструкционного клея для склеивания различных металлических и неметаллических материалов (силиконовых резин между собой и с металлами, полиамидных лент и др.) в интервале температур от -60 до +2500С при внутришовной герметизации, от -60 до +300 гр.С при поверхностной герметизации.
У-2-28, как и другие герметики группы ВИКСИНТ характеризуется тем, что процесс вулканизации проходит без использования повышенных температур, за счет каталитической поликонденсации. Катализатор на основе солей олова и титана с полифункциональными силанами вводится в основу в соотношении: 1,2 — 2,0 мас.ч на 100 мас.ч пасты. У-2-28 является трехкомпонентным герметиком, гидрофобный компонент необходимо вводить в пасту в количестве 0.7-2.0 мас.ч. Для кистевых вариантов в рецептуру входит бензин в количестве 25-100 мас.ч. При необходимости количество бензина может быть увеличено. [2]
Приведем выдержку из Отраслевого стандарта ОСТ1-90058-85:
Приготовление герметиков.
2.3. При приготовлении герметиков для нанесения шпателем или шприцем уплотнительную пасту тщательно смешивают в течение 8-10 мин. с вулканизирующим агентом до получения однородной массы.
Компоненты герметика смешивают в лабораторной мешалке или, если навеска герметика не более 100 — 300 г, вручную в металлической или фарфоровой посуде металлическим шпателем.
2.4. При приготовлении герметиков для нанесения кистью в уплотнительную пасту вводят бензин и размешивают в течение 30-40 минут до получения однородной смеси. Затем добавляют необходимое количество вулканизирующего агента, после чего смесь тщательно перемешивают 5-10 мин.
2.5. Для удаления воздуха и предотвращения образования в вулканизированном материале пустот и раковин герметики Виксинт У-4-21 и Виксинт У-2-28, предназначенные для заливочных работ, после смешивания с катализатором подвергают вакуумированию при остаточном давлении 15-20 мм рт.ст. до прекращения пенообразования.
2.6. В зависимости от температуры цеха, дозировки вулканизирующих агентов и молекулярного веса полимера, взятого для изготовления герметизирующих паст, жизнеспособность герметиков колеблется от 0,5 до 6 час.
Любой технолог знает, что связи с высокой вязкостью пасты и малым количеством остальных компонентов, равномерно перемешать герметик представляется затруднительным. В свою очередь, отсутствие равномерного перемешивания служит причиной появления градиента прочностных свойств в массе герметика, что может привести к снижению прочности клеевого соединения.
Тычинская Мария Сергеевна в своей диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук проанализировала проблемы при сборке головных антенных обтекателей (рис.1) на герметик «Виксинт У-2-28НТ» [3]
Помимо крепления оболочки и шпангоута, герметик выполняет несколько основных функций. Во-первых, он позволяет обеспечить полную герметизацию внутреннего объема обтекателя, а также прочность, достаточную для того, чтобы выдержать силовые нагрузки. Кроме того, за счет своей эластичности, кремнийорганические герметики позволяют снизить вибродинамические нагрузки и напряжения, возникающие из-за разности ТКЛР керамики и металла.
Проведенные исследования показали, что существующая технология приготовления У-2-28НТ не обеспечивает стабильных высоких значений прочности клеевого соединения, что может привести к разрушению конструкции обтекателя.
Так, при ручном способе перемешивания разброс значений прочности клеевого соединения при сдвиге может достигать 40 %. Также при перемешивании герметика в него попадает воздух, который проявляется в виде полостей в его структуре после вулканизации, что значительно снижает прочность клеевого соединения в системе керамика-металл.
На рисунке 2 показаны данные по разбросу значений прочности клеевого соединения при сдвиге в рамках каждой отдельной партии образцов за 2 месяца ручного перемешивания герметика. Видно, что величина относительного стандартного отклонения достигает 20 %
![Рис.2 Данные по разбросу значений прочности клеевого соединения при сдвиге при ручном способе перемешивания герметика [3]](https://avatars.dzeninfra.ru/get-zen_doc/5221453/pub_62ac51d2aa00e8032cd87487_62ac521476bf4f75b73a6ab3/scale_1200)
Почему же большинство предприятий до сих пор не сумело автоматизировать не только весь цикл заливки, но даже смешивание ВИКСИНТов?
Рассмотрим стандартную лабораторную мешалку: она представляет из себя верхнеприводное устройство
Отдельно хотелось бы остановиться на включениях воздуха в Виксинт которые неизбежно присутствуют в герметике после его ручного смешивания без использования вакуумирования.
Данные по прочности клеевого соединения при сдвиге образцов, полученные Тычинской М.С. свидетельствуют, что вакуумирование герметика позволило повысить прочность на 31 %.
Давайте еще раз обратимся к ОСТ1-90058-85. Оказывается еще в 85 году ВИАМ рекомендовал использовать лабораторную мешалку для приготовления партий ВИКСИНТов более 100 — 300 гр. Однако технология не прижилась, большинство предприятий мешает герметик вручную.
Попробуем разобраться в чем причина.
Лабораторная мешалка представляет собой верхнеприводоное устройство с насадкой типа фреза, с помощью которой производится перемешивание материала.
Недостатки метода следующие:
- Большая часть перемешиваемого материала остается непосредственно на фрезе.
- Материал перемешивается неравномерно. В области стенок стакана перемешивания не происходит, возникает так называемый пристеночный эффект.
- Интенсивно подмешивается воздух, что приводит к пустотам и неравномерной герметизации.
- Скорость вращения большинства верхнеприводных мешалок начинается от 100 об./мин. Однако наши опыты проводимые в процессе создания оборудования показали, что скорость перемешивания ВИКСИНТа не должна превышать 50 об./мин.. При более интенсивном перемешивании мы в разных условиях получали изменение реологических свойств герметика. То есть результат в зависимости от веса, дозы катализатора и ГВЖ был разным, повторяемости на одном и том же режиме добиться не удавалось.
Кстати, по-видимому, по этой причине и планетарные миксеры до сих пор не особо прижились в цехах заливки. Дело в том, что большинство импортных безлопастных миксеров имеют жесткую зависимость основного и вторичного вала, и скорость вращения банки, которая как раз и имитирует шпатель или фрезу заведомо выше. Получается, что часть образцов получается удовлетворительно, но от партии к партии негарантированно. В отдельных случаях негибкость оборудования вообзе не позволяет подобрать оптимальный режим смешивания. Приходится или играться с дозами нефраса (а не везде это допустимо, для заливки некоторых разъемов требуется высокая вязкость), либо отдельные партии перемешивать вручную. Но чтобы это выяснить, необходимо провести ряд смешиваний, потратить время и материал.
Итак, мы поставили перед собой задачу разработать новую технологию приготовления ВИКСИНТа с учетом всех вышеперечисленных факторов.
При этом учли, что не только смешивание, но и дальнейшая фасовка герметика по картриджам, если таковая необходима, является критической операцией, которая может свести на нет усилия по вакуумированию массы, а значит значительно снизить характеристики материала.
Компанией ООО «Протех» в кооперации с предприятиями ООО «Вельтпласт» и ООО НТФ «ТехноАльянс Электроникс» разработано и внедрено на ряд предприятий ВПК решение для автоматического смешивания и дозирования высоковязких герметиков типа ВИКСИНТ Би-Микс (рис.4).
Система состоит из планетарного (безлопастного) вакуумного миксера, экструдера и дозатора для переупаковки материала в картриджи и заливки разъемов.
Ключевым отличием миксера Соло-ВКС от импортных аналогов является большое плечо, позволяющее достичь нужных для планетарного смешивания перегрузок при относительно невысоких оборотах основного вала, а также независимое вращение второго вала (то есть скорость вращения банки вокруг своей оси задается оператором независимо). Это решение позволяет максимально гибко подходить к подбору режима и гарантированно качественно смешивать практически любые материалы. Вакуумирование происходит в процессе смешивания, при этом вакуумируется только сама емкость с материалом. (рис.5).
Масса единовременно смешиваемого материала от 100 до 700 гр., при этом чем больше масса, тем сложнее качественно перемешать его вручную. То есть при больших объемах автоматическое смешивание не просто оправданно, а является необходимостью для обеспечения должного качества подготовки герметика.
После миксера банка с материалом перемещается в экструдер, где происходит переупаковка материала в технологические шприцы требуемого объема. Материал закачивается в картридж через носик. Этот способ позволяет полностью избежать подмеса воздуха в материал на данном этапе. При необходимости возможна доработка технологических шприцов с целью ускорения процесса и уменьшения воздействия давления на материал высокой вязкости. Пневматический дозатор значительно облегчает рабоРис.4. - система Би-микс в цехе заливки.ту оператора, делая процесс заливки разъемов максимально автоматизированным. Грубо говоря, требуется два раза нажать на педаль — один раз для начала подачи материала в изделия, второй — для завершения процесса.
Автор: Елена Набокова, коммерческий директор ООО «ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ и ТЕХНОЛОГИИ», nei@protehnology.ru
Источники
1. Каблов Е.Н., Семенова Л.В., Петрова Г.Н., Ларионов С.А., Перфилова Д.Н. Полимерные композиционные материалы на термопластичной матрице // Известия высших учебных заведений. Сер.: Химия и химическая технология. 2016. Т. 59. №10. С. 61–71.
2. Отраслевой стандарт ОСТ1 90058-85
3. Тычинская М.С. «Исследование по совершенствованию технологии изготовления крупногабаритных изделий на основе водных суспензий кварцевого стекла.» дис. канд. техн. наук Государственный научный центр РФ Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» имени А. Г. Ромашина», Москва — 2021.
#герметизация разъемов #смешивание виксинтов #смешивание компаундов #заливка разъемов
Обращайтесь по любым вопросам!
Подписывайтесь на наш канал, а также следите за нами в социальных сетях:
➡️ Telegram
➡️ VK
➡️ YouTube