Герметики существуют уже сотни лет. По имеющимся сведениям, еще Вавилонскую башню строили с помощью строительного раствора со смолой или дегтем, которые использовались в качестве герметиков.

Основной задачей герметиков является заполнение пустого пространства с тем, чтобы не допустить попадания туда или удаления оттуда воздуха, воды и прочих элементов окружающей среды при обеспечении возможности ограниченного движения подложек.

Герметики широко используются в целом ряде коммерческих и бытовых применений. В состав обычных герметиков входят: силикон, акрилы, уретаны, бутилы и прочие виды полимеров. На протяжении ряда лет были разработаны различные рецептуры, соответствующие строительным требованиям, устанавливаемым  строительными нормами и правилами, а также функционирующие в зависимости от особых и уникальных потребностей конечного пользователя.

Рынок

Компания Freedonia Group Inc., маркетинговая исследовательская компания со штаб-квартирой в Кливленде, прогнозирует рост спроса на герметики и мастики в США на 3.4% в год в период с 2006 по 2011 г., когда он достигнет 3.0 миллиардов фунтов в стоимостном выражении. Герметики используются для производства целого ряда применений, в том числе в строительной промышленности, а также для автомобильного и авиационно-космического рынков. Возможным стимулом такого роста станет рост активности в этих отраслях конечного потребления, в особенности, в секторе по производству транспортных средств, в авиационно-космической промышленности и в секторе строительства нежилых помещений.

Эластичные герметики, которые используются при закреплении ветрового стекла автомобиля.

В стоимостном выражении компания прогнозирует рост спроса на 4.3% в год до 2011 г., когда он достигнет $7.5 миллиардов при продолжающейся реализации тенденции к использованию смеси продукта с лучшими эксплуатационными параметрами и лучшими параметрами рецептур. Прогнозируется рост спроса на герметики и мастики до 3.9% в год в период между 2006 и 2011 г. — это самые высокие темпы роста среди всех сегментов продукции — до $775 миллионов. Расширение использования будет осуществляться за счет прекрасной устойчивости силикона к воздействию атмосферных условий и его долговечности, а также широкого температурного диапазона.

Строительный рынок будет продолжать оставаться доминирующим для спроса на герметики и мастики в 2011 г., при объеме спроса в 1.5 миллиарда фунтов, который прогнозируются на основе прироста в 2.9% с 2006 г.  Развитие будет поддерживаться усилением активности на рынке строительства нежилых зданий и в не строительных секторах.

Ожидается, что сектор производства транспортных средств, авиационно-космический и прочие транспортные секторы, откроют перед герметиками и мастиками более широкие перспективы в период до 2011 г. за счет восстановления потенциала производства оборудования, как для автомобильной, так и для авиационно-космической отрасли.

Функция герметиков

Герметики обычно используют для создания барьера, или же, как средство защиты. С такими целями герметики используют для того, чтобы исключить проникновение пыли, грязи, влаги и химических веществ, или же для сдерживания жидкости или газа. Их также часто используют в качестве защитного покрытия для защиты поверхностей или изделий. Они могут также препятствовать воздействию шума или вибрации, улучшать внешний вид и выполнять функцию скрепляющего вещества. Герметики могут также использоваться для электрической или тепловой изоляции, или для создания огнестойких барьеров, их также можно использовать для придания гладкой или обтекаемой формы. И, действительно, нередко герметики предназначены для одновременного выполнения сразу нескольких таких функций.

Независимо от того, каково применение, у герметика имеются три основные функции.

1. Он заполняет пространство между двумя или более подложками.

2. Он создает барьер за счет физических свойств самого герметика и за счет прилипания к подложке.

3. Он сохраняет герметизирующие свойства на протяжении всего срока эксплуатации, при всех условиях использования и в любых средах.

Герметик выполняет эти функции за счет правильного составления рецептуры, позволяющего добиться соответствия специальным свойствам применения, и его эксплуатационных характеристик.

В отличие от адгезивов, не существует большого разнообразия в том, что касается функциональных альтернатив технологии герметизации. В некоторых случаях можно было бы, вероятно, использовать пайку или сварку для герметизации в зависимости от типов подложек и относительного движения, которое эти подложки будет осуществлять в ходе эксплуатации. Тем не менее, простота и надежность, которую обеспечивают органические эластомеры, обычно делают их выбор для выполнения указанных функций однозначным.

Одно- и двухкомпонентные герметики

Двухкомпонентные герметики состоят их двух частей: основного компонента и активирующего компонента. Активирующий компонент обычно добавляют к основному компоненту, и смешивают в течение установленного периода времени перед использованием. Двухкомпонентные герметики обычно упаковываются в отдельные ведерки, а однокомпонентные упаковываются в картриджи. Для нанесения однокомпонентных герметиков не требуется никакого специального оборудования; для приготовления и последующего нанесения двухкомпонентного герметика необходимы пистолеты и оборудование для смешивания.

Эксплуатационные характеристики

К числу существенных механических свойств герметиков относятся: удлинение, сжимаемость, прочность на разрыв, модуль упругости, износостойкость, сопротивление разрыву, а также сопротивление усталости. В зависимости от характера применения герметику может требоваться очень небольшая прочность или же очень высокая прочность. У герметика должны быть механические параметры, достаточно высокие для того, чтобы он мог оставаться скрепленным с подложками на протяжении срока эксплуатации, а также для того, чтобы обеспечить барьер. Подложки могут довольно существенно перемещаться, что требует от герметика расширения и значительного сокращения без ущерба для адгезии с поверхностью. Определение  потенциала к движению является сложным процессом. На результаты оказывают воздействие температура, скорость изменения температуры и конфигурация соединений.

Нанесение герметика на наружную боковую обшивку.
Фото любезно предоставлено DAP.

Для целого ряда применений прочность может быть важнее эластичности. Низкая прочность, или, точнее, низкий модуль упругости при растяжении, может стать самым существенным фактором в ситуации, когда герметик соединяет одну или более непрочные поверхности. Прочность на разрыв необходима преимущественно для того, чтобы избежать нарушения связей при напряжении, и, не допустить, таким образом, переноса напряжения между подложками, как это происходит при использовании большинства адгезивов.

Модуль иногда может помочь определить потенциал растяжения или сжатия герметика. В целом, герметики с модулем от низкого до среднего способны выдерживать значительное движение без существенного напряжения для герметика или материалов подложки. Некоторые высокоэффективные герметики имеет рецептуры, составленные так, чтобы давать большую возможность движения, чем то, для выдерживания которого предназначено данное соединение. Нередко случается, что соединения, которые предназначены для расширения/сжатия на 25%, вынуждены выдерживать расширение/сжатие, превышающее 50% или даже более. Таким образом, более высокопроизводительные герметик обеспечивают еще и дополнительный фактор безопасности. Изменения в области эластичности или твердости при старении могут указывать на то, что процесс отверждения или деградации прогрессирует.

Предел прочности при сжатии представляет собой максимальную прочность сжатия, которую способен выдерживать герметик без разрыва или же избыточного вытеснения из соединения. Остаточным сжатием называется неспособность герметика возвращаться в исходное состояние после сжатия. Высокое значение остаточного сжатия обычно возникает из-за продолжающегося отверждения или деградационного сшивания материала в процессе сжатия. Остаточное сжатие нежелательно в соединении, которому предстоит расширяться и сжиматься. Релаксация напряжения представляет собой состояние, при котором снижается напряжение, в то время как натяжение остается. Некоторые герметики с низким модулем просто разрывает на части под воздействием низкого удлинения.

Герметики могут подвергаться истиранию или механическому износу. Примерами могут служить герметик, который используется в качестве компенсационного шва на автострадах,  а также герметик, который используется для подготовки каменных пешеходных дорожек. Они должны обладать хорошей устойчивостью к истиранию, протыканию и разрыву. Гибкие герметики, которые поставляются в виде химических отверждающих или не отверждающих составов, обладают различной степенью сопротивления разрыву.

Динамические нагрузки, удары и быстрые изменения напряжения могут также вызывать отказ герметика. Поэтому рассмотрение использования жесткого и гибкого эластомерного герметика, который может растягиваться, а затем возвращаться в первоначальное состояние за короткий период времени, должно стать первым шагом при выборе соединений, предназначенных для механических нагрузок.

Адгезия также является существенным фактором при определении эксплуатационных характеристик герметика. Те же правила адгезии, которые относятся к адгезивам, распространяются и на герметики. На адгезию, в первую очередь, влияет физико-химическое взаимодействие между герметизирующим материалом и поверхностью, на которую он наносится. Тем не менее, при создании некоторых видов соединений, где предусматривается значительное движение, прочное присоединение герметика к определенным подложкам может оказаться нежелательным. В таких ситуациях адгезионная прочность выше когезионной прочности герметика, поэтому герметик может быть разорван на части при расширении или сокращении. Это требует такого нанесения герметика, при котором он не приклеивался бы ко всем поверхностям. Для получения данного эффекта обычно используется опалубочная смазка или материал, способствующий извлечению, в нижней части соединения.

К числу условий, которые оказывают воздействие на адгезию герметиков, относятся: воздействие воды, экстремальные значения температуры, возможности движения и чистота поверхности. Нередко необходим процесс подготовки поверхности или же этап нанесения грунтовочного покрытия для того, чтобы сделать подложку совместимой с каким-либо отдельным герметиком.

Устойчивость к воздействию атмосферных явлений определяется как степень устойчивости герметика при воздействии на него тепла, влаги, холода, солнечного излучения и т. д. Степень устойчивости к воздействию атмосферных явлений определяется основным полимером, а также природой добавок, которые присутствуют в рецептуре герметика. Как правило, рецептуры герметиков создаются для обеспечения максимальной устойчивости к воздействию одного какого-то фактора, например, влаги.

Нередко бывает, что химические свойства также придают герметику устойчивость и к другим факторам.

Во многих случаях внешний вид герметика почти так же важен, как и его физические свойства. Поэтому большинство герметиков поставляется с диапазоном цветов, способных соответствовать тем средам, в которых они используются. При определении требований к внешнем виду герметиков, следует учитывать несколько вопросов.

• Вызывает ли герметик обесцвечивание окружающих областей сразу или же по прошествии определенного периода времени?

• Вызывает ли поверхностный сток воды по материалу образование неприглядного налета?

• Вызывает ли один из продуктов утрату окрашивания другого продукта?

• Меняет ли сам продукт свой внешний вид со временем по какой-либо причине?

Герметики могут оказывать химическое воздействие на подложку. Химическая несовместимость может заставлять герметик или подложку становиться мягче или тверже, растрескиваться или образовывать микротрещины. Она может препятствовать отверждению или же вызывать какие-либо иные изменения. Примером этого может стать использование герметика с кислотным отверждением (такого как силиконовый герметик) на такой поверхности, как бетон, мрамор или известняк. На таких поверхностях реакция между кислотами и основаниями может приводить к образованию солей, разрушающих связи на границе соединения. Еще одним примером химической несовместимости является просачивание через герметик пластификатора или иного летучего соединения с низкой молекулярной массой, что вызывает у герметиков потерю окрашивания под воздействием солнечного света. Это часто происходит в случаях, когда герметики или покрытия наносят поверх асфальтовых материалов или же органических материалов на каучуковой основе, рецептуры которых включают пластификаторы с низкой молекулярной массой.

Для некоторых применений необходимо, чтобы герметики были совместимы с особыми условиями среды. Примером этому может быть требование наличия у герметика сертификатов USDA или FDA из-за того, что обработка пищевых продуктов или же лекарственных препаратов будет производиться в непосредственной близости от герметика. Может также так получиться, что в таких условиях как пищевое предприятие или же чистая комната, герметик не должен будет выделять газа или отдельные химические компоненты ни во время, ни после отверждения. Еще одним требованием к готовому продукту может стать необходимость соответствия герметика требованиям к огнестойкости для соответствия положениям стандартов, действующих в области жилищного строительства или же других областях использования.

www.newchemistry.ru