Анаэро́бные герме́тики и кле́и — особый класс акриловых адгезивов, которые представляют собой жидкие композиции различной вязкости, способные длительное время (≥ 1 года) храниться в тонкостенной кислородопроницаемой полиэтиленовой таре без изменений своих свойств и отверждаться при температуре 15 — 25 °С в узких металлических зазорах (в порах , резьбовых, фланцевых и цилиндрических соединениях) с образованием прочного полимерного слоя.

Состав

Состав анаэробной композиции :

• акриловые мономеры и олигомеры;
• инициирующая система;
• стабилизаторы (ингибиторы);
• функциональные добавки (загустители, пластификаторы , красители и т. д.).

История

Термин «анаэробные» заимствован из микробиологии по названию микробов , жизнедеятельность которых протекает в анаэробных условиях, то есть в отсутствие кислорода . При попадании анаэробного состава в узкий металлический зазор происходят процессы, при которых кислород взаимодействует с некоторыми его компонентами, расходуясь при этом и создавая бескислородную атмосферу и необходимые условия для его быстрого отверждения.

Анаэробные продукты впервые были разработаны в пятидесятых годах прошлого века в США (В. Крибл) и за короткий период распространились во многих странах. В России эти работы получили развитие в связи с ростом автомобилестроения и ракетно-космической техники. Первоначально созданные для стопорения резьбовых соединений , предотвращения самопроизвольного отвинчивания гаек, они стали незаменимым материалом для герметизации дефектов металлического литья, сварных швов, трубных резьб, уплотнения фланцев, фиксации соединений типа вал-втулка, склеивания плоских поверхностей и т. д.

Принципы и механизмы действия

Основой анаэробных составов являются полифункциональные соединения акрилового ряда, например, диметакриловые сложные эфиры полиалкиленгликолей, для которых характерна высокая скорость превращения в пространственно-сшитые полимеры.

Контакт инициирующей системы с металлом способствует образованию активных частиц — радикалов , которые ответственны за исчерпание кислорода и протекание процесса полимеризации (отверждения). Поэтому металл является необходимым компонентом, благодаря которому анаэробная композиция из стабильного жидкого состояния превращается в прозрачный твердый полимер. Так как металлы отличаются друг от друга электронным строением, то они обладают и различной способностью к взаимодействию с компонентами инициирующей системы. По этому свойству их можно условно разделить на «активные» — медь , железо , кобальт , сплавы меди ( латунь , бронза ), сплавы железа ( чугун , сталь ) и «пассивные» — цинк , алюминий , кадмий , серебро , хром , легированная сталь . Активные поверхности ускоряют полимеризацию из-за присутствующих ионов металлов, участвующих в окислительно-восстановительных процессах. На активных поверхностях отверждение при комнатной температуре с набором 50-70 % от максимальной прочности происходит за 1-3 часа. На пассивной поверхности для отверждения требуется 5-7 часов. Полная прочность обычно достигается в течение 5-24 часов. К ингибирующим поверхностям относятся поверхности пористых материалов, содержащих кислород воздуха. Пассивация поверхности металла также придает поверхности неактивный характер.

При повышенных температурах 60-120° С, а также при обработке поверхности активатором время отверждения резко сокращается.

Активаторы (марок КВ , К-101 М) — это растворы в органических растворителях (изопропиловом спирте , хлористом метилене ) сероазотсодержащих соединений, солей меди. Ими смачиваются герметизируемые, склеиваемые поверхности, растворитель улетучивается и при последующем нанесении клея-герметика происходит его быстрое отверждение. Работая с пассивными и ингибирующими поверхностями, активатор существенно ускоряет отверждение, в том числе и при работе при пониженных (до −10 °С) температурах.

В качестве инициаторов свободно-радикальной полимеризации используют гидроперекиси и перекиси различных классов. Ускорители позволяют снизить температуру полимеризации ОЭА. Это становится возможным вследствие заметного снижения энергии активации распада инициатора в результате образования окислительно-восстановительной системы инициатор-ускоритель. В качестве ускорителей используют амины (прежде всего третичные), азотсодержащие гетероциклические соединения , четвертичные аммонивые соли и др.

Эффективность инициирования возрастает при введении в анаэробные композиции соускорителей инициирования . В качестве таковых используют сульфимиды, ароматические карбоновые кислоты , меркаптаны имиды кислот и др. Возможно применение смесей указанных соединений. Одной из распространенных инициирующих систем является система, включающая гидроперекись кумола, N,N — диметил-п-толуидин и о-бензосульфимид ( сахарин ).

В качестве ингибиторов полимеризации ОЭА используют хиноны , стерически затрудненные фенолы , полимеры с системой сопряженных связей, гетероциклические вторичные аминосоединения, стабильные радикалы, ароматичеслие амины , нитро- и нитрозосоединения и др. Смесь ингибиторов позволяет получить синергический эффект ингибирования полимеризации ОЭА.

Поведение соединений, используемых в инициирующей и ингибирующей системах, в сильной степени зависит от донорно-акцепторных свойств молекул этих соединений.

Свойства анаэробных композиций

Анаэробными составами можно герметизировать и склеивать и неметаллические материалы: эмаль, керамику, графит, стекло, дерево, пластики (кроме полиолефинов), но с обязательным использованием активаторов.

Анаэробные клеевые материалы обладают следующими свойствами:

• длительная жизнеспособность, не менее 1 года, которая зависит от чистоты применяемых реактивов, условий изготовления (температуры, порядка смешения, материала реактора, наличия примесей металлов, качества тары, условий хранения и т. д.);
• широким диапазоном вязкости от 10 до 1,5-10 ⁶ мПа•с (сПз), что позволяет использовать их в зазорах от 0,07 до 0,5 мм;
• высокой скоростью отверждения при комнатной температуре;
• однокомпонентностью при применении;
• различными прочностными характеристиками, по которым они классифицируются как низкопрочные, среднепрочные и высокопрочные.

Обычно для оценки прочности проводят испытания на стандартных резьбовых парах М10х1,5 из стали 3(40), определяя момент отвинчивания в Н•м (ньютон на метр) и рассчитывая предел прочности на сдвиг при отвинчивании в мегапаскалях (МПа), который составляет 0,5-6 МПа для низко-, 6-12 МПа для средне- и более 12 МПа для высокопрочных анаэробных материалов. Эта градация условна, так как эта прочностная характеристика в реальных условиях связана с размером резьбы, зависит от высоты распределения герметика в болтовом соединении, материала резьбовой пары и других факторов.

Характеристики анаэробных герметиков

Анаэробные герметики характеризуются:

• широким температурным интервалом эксплуатации от −196º,-60º до 150—300ºС;
• Стойкостью к агрессивным средам (кислотам, щелочам, большинству органических растворителей);
• устойчивостью к воздействию жидких и газообразных сред под давлением и в вакууме,
• устойчивостью к коррозии и вибрационным нагрузкам.

Области применения

• герметизация пористого литья, сварных швов, изделий порошковой металлургии.
• стопорение и герметизация резьбовых соединений.
• уплотнение фланцевых соединений и трубных резьб.
• фиксация цилиндрических деталей.

Литература

• Сивергин Ю. М. , Усманов С. М. Синтез и свойства олигоэфир(мет)акрилатов, М.: Химия, 419 с.
• Притыкин Л. М., Кардашов Д. А. , Вакула В. Л. Мономерные клеи. М.: Химия, 1988,172 с.
• ФГУП НИИ полимеров им. акад. В. А. Каргина Составы анаэробные уплотняющие(герметики). Клеи акриловые. Каталог, Дзержинск, 1999, 23 стр.
• Синеоков А. П., Аронович Д. А., Мурох А. Ф. Взаимодействия компонентов анаэробных композиций. // Клеи, герметики № 9, 2010, с.29-32.