Общие сведения о силиконовых компаундах Molykote и Dow Corning и особенностях их применения

Содержание: Назначение и основные особенности компаундов как специфической категории пластичных смазочных материалов
Компоненты компаундов Molykote и Dow Corning
Применение компаундов Molykote и Dow Corning для смазки, герметизации, электроизоляции и повышения теплопроводности подвижных и неподвижных соединений

Смазывание деталей подвижных и неподвижных соединений заключается в создании между их сопрягаемыми поверхностями слоя смазочного материала, основными функциями которого являются снижение потерь на трение, предотвращение схватывания и минимизация износа.

В зависимости от специфики работы узла и условий его эксплуатации смазочные материалы могут выполнять также и некоторые дополнительные функции:

• Защита от коррозии металлических поверхностей
• Предотвращение деформации и разрушений пластиковых или резиновых деталей
• Предотвращение попадания в узел трения веществ из окружающей среды
• Герметизация подвижных соединений в гидравлических и пневматических системах
• Отвод тепла и частиц износа из зоны трения
• Демпфирование шума и вибраций при работе узлов трения
• Электроизоляция или высокая электропроводность в электрических соединениях

Для выполнения заданных функций смазочные материалы должны обладать определенным набором свойств – вязкостью, адгезией, величиной воспринимаемой нагрузки, отношением к факторам окружающей среды  (пыли, влаге, радиации и т.д.), способностью работать в условиях низких или высоких температур, взаимодействием с конструкционными материалами сопрягаемых деталей. Различные условия работы узлов трения определяют многообразие видов существующих смазочных материалов.

Важнейшим классификационным признаком смазочных материалов является их агрегатное состояние. Кроме жидких (масла), пластичных (пластичные смазки и компаунды) и твердых смазочных материалов (порошки и антифрикционные покрытия), существуют также многофазные системы, компоненты которых не образуют растворы и не взаимодействуют друг с другом химически. К их числу относятся пасты (твердые смазочные материалы, диспергированные в масле) и дисперсии (жидкие смазочные материалы с твердыми антифрикционными наполнителями.

В узлах трения, в которых невозможно или нецелесообразно применять жидкие смазочные материалы,  практикуется периодическое или ресурсное смазывание пластичными  материалами. От жидких смазок они отличаются наличием различного рода загустителей, которые вводятся в их состав для повышения стойкости используемых базовых масел к выдавливанию из зон трения под действием нагрузок и температур.

При подборе эксплуатационных материалов для узлов трения точных механизмов, вакуумных систем и систем под давлением, элементов электрических схем, а также для оборудования, подвергающегося действию воды и суровых погодных условий, большое внимание уделяется не только антифрикционным свойствам смазок, но и их адгезии, герметизирующим, защитным, электроизоляционным и теплопроводным характеристикам.

Наиболее полно указанные свойства совмещает в себе особая категория пластичных смазочных материалов – смазки-герметики, или компаунды.

Компаунды (от англ. compound – смесь, соединение) – это смазочные материалы на основе силиконовых масел высокой вязкости и инертных (как правило, неорганических) наполнителей.

Свойства пластичных смазочных материалов зависят, прежде всего, от свойств входящих в их состав компонентов (базового масла, загустителя и присадок). Уникальные качества  компаундов Molykote и Dow Corning достигаются путем тщательного подбора составляющих (табл. 1) и их процентного соотношения.

Таблица 1. Компоненты компаундов

При производстве компаундов используется силиконовое масло – бесцветная кремнийорганическая жидкость (олигоорганосилоксан). Она химически инертна, растворима в спиртах и ароматических углеводородах, но не растворима в воде.

Силиконовые жидкости получили широкое применение благодаря следующим свойствам:

• Широкий диапазон рабочих температур: низкая температура застывания (-60 °C и ниже), стойкость к термоокислению (до +250 °C при длительном воздействии и до +300 °C – кратковременно)
• Химическая стабильность
• Способность не смачиваться водой (гидрофобность)
• Плохая воспламеняемость
• Низкое поверхностное натяжение, определяющее высокую смачивающую способность
• Низкое давление насыщенных паров
• Низкая токсичность
• Высокие диэлектрические свойства, слабо зависящие от температуры и параметров электрического тока
• Пологая вязкостно-температурная характеристика

В качестве загустителей (наполнителей) при производстве силиконовых компаундов наиболее часто выступают различные неорганические соединения (кремнезем SiO₂, оксиды цинка ZnO и других металлов). Однако в последнее время все большее значение приобретают полимерные органические загустители, например, политетрафторэтилен (C₂F₄)n. Наполнители при производстве компаундов должны быть тщательно размельчены, иметь большую удельную поверхность и обладать гидрофобными свойствами. Например, кремнезем SiO₂ используется в виде кремнеземного желе с измельчением 5…50 мкм и удельной поверхностью 150…1000 м²/г. Высокая степень измельчения кремнезема достигается в химических процессах.

Получаемые разными методами дисперсные кремнеземы состоят из частиц шарообразной формы, которые при контакте с поверхностью сопрягаемых деталей перекатываются по ней без резания и царапания. Кроме того, под воздействием мелкодисперсных частиц SiO₂ происходит изменение свойств окисного слоя металлических поверхностей – частицы кремнезема заполняют имеющиеся впадины неровностей и сцепляются с поверхностным слоем деталей.

Таким образом, при многократном воздействии частиц мелкодисперсного кремнезема происходит плотная «упаковка» неровностей поверхностного слоя частицами SiO₂, что существенно повышает качество сопрягаемых поверхностей и снижает коэффициент трения. Кремнезем при нагревании не подвергается фазовым превращениям и не плавится, благодаря чему структурная вязкость получаемых на его основе компаундов мало зависит от температуры и определяется вязкостно-температурными характеристиками входящего в их состав силиконового масла.

Силиконовые компаунды (силикагелевые смазки), состоящие из смеси силиконовых масел и гидрофобизированного кремнеземного желе, хорошо работают при высоких (до +200...+230 °C), и низких (-40 °C и ниже) температурах, отличаются хорошей адгезией и низкой летучестью, химической стойкостью и водостойкостью, обладают хорошими противозадирными, противоизносными и диэлектрическими свойствами.

Силиконовые компаунды Molykote и Dow Corning по консистенции напоминают густые пластичные смазки (класс консистенции по NLGI, как правило, составляет 2 или 3).

Изначально они разрабатывались в качестве разделительных составов, то есть химических веществ, создающих антиадгезионный барьер на смазываемых поверхностях, не проводящих электричество и не твердеющих под действием внешней среды. Однако уникальный набор свойств компаундов позволил использовать их также для смазывания и герметизации подвижных и неподвижных соединений.

Применение силиконовых компаундов Molykote и Dow Corning в различных областях техники определяется следующими их свойствами:

• Термическая стабильность (у большинства продуктов – до +200 °С и выше)
• Устойчивость к окислению и изменению свойств в широком диапазоне условий работы
• Выполнение двойной функции – смазки и герметизации – с сохранением подвижности сопряжения
• Электроизоляционные свойства (Dow Corning 4, Dow Corning 7, Dow Corning High Vacuum Grease, Molykote 111)
• Совместимость с пластмассами и эластомерами
• Устойчивость к химически агрессивным средам (Dow Corning 4, Dow Corning High Vacuum Grease, Molykote 111)
• Работоспособность в вакууме благодаря низкой летучести (Dow Corning High Vacuum Grease, Molykote 111)
• Высокая теплопроводность (Dow Corning 340)
• Допуски на контакт с продуктами питания NSF/ANSI 51 и питьевой водой NSF/ANSI 61 (Dow Corning 4, Dow Corning 7, Dow Corning High Vacuum Grease, Molykote 111)

Поставляемые на российский рынок компаунды Molykote и Dow Corning, а также их основное назначение и характеристики представлены в табл. 2.

Таблица 2. Характеристики силиконовых компаундов Molykote и Dow Corning

Приведенные характеристики силиконовых компаундов Molykote и Dow Corning в значительной мере определяют специфику их применения.

Так, в 1942 году компаунд Dow Corning 4 стал первым в истории силиконовым материалом, поступившим в широкое производство, что впоследствии закрепило за компанией Dow Corning статус «пионера кремнийорганики». Высокие диэлектрические свойства и дугостойкость силиконового компаунда Dow Corning 4 делают его наиболее эффективным при использовании в качестве электроизоляционного состава.

Поэтому первым приложением компаунда Dow Corning 4 стало решение проблем пробоев электрических систем авиационной техники. В настоящее время электроизоляционные свойства этого компаунда нашли применение в системах зажигания автомобилей, в разъемных соединениях электрических цепей и др. Высокие смазывающие и герметизирующие свойства Dow Corning 4 позволяют производителям рекомендовать его для смазывания и повышения герметичности клапанов, резиновых и пластиковых уплотнений.

Силиконовые компаунды Molykote 111 и Dow Corning High Vacuum Grease характеризуются густой консистенцией, малым выделением и испарением масла. Такие свойства позволяют использовать их для смазывания и герметизации элементов вакуумных систем и систем под давлением. Названные продукты рекомендуются производителями для смазывания запорной и регулирующей арматуры, прокладок, уплотнений и сальниковых устройств.

Компаунды Molykote 111 и Dow Corning High Vacuum Grease являются хорошими герметиками для оборудования (в том числе судового), подвергающегося действию воды и суровых погодных условий. Кроме того, они используются в качестве химических барьерных покрытий. Хорошие электроизоляционные свойства и достаточно густая консистенция силиконового компаунда Molykote 111 позволяют его использовать для герметизации высоковольтных электрических контактов.

Компаунд Dow Corning 7 имеет высокую термостабильность и устойчивость к окислению, инертен к металлам и большинству полимерных материалов, нерастворим в воде, спиртах и минеральных маслах. Эти свойства позволяют широко применять Dow Corning 7 в качестве разделительного состава, смазки и защитного покрытия для оборудования по изготовлению полимерных и эластомерных изделий, в литейном и плавильном производстве, при формировании сплошных сварных швов, в производстве керамической плитки и т.п.

Благодаря хорошей адгезии и высокому коэффициенту теплопроводности компаунд Dow Corning 340 является эффективной промежуточной средой между любыми металлическими, керамическими и пластиковыми поверхностями, которые требуют обеспечения эффективной теплопередачи (см. статью «Теплопроводящий компаунд Dow Corning 340»). Высокая стабильность физико-механических характеристик в широком диапазоне температур позволяют применять этот компаунд в особо ответственных узлах, например, в системах охлаждения авиационных двигателей.

Модифицированный политетрафторэтилен в составе силиконового компаунда Molykote G-807 придает ему высокие антифрикционные свойства, устойчивость к коррозии, широкий диапазон рабочих температур, делает его совместимым со многими пластмассами и эластомерами. Это позволяет использовать его в качестве высокоэффективной смазки для пар трения пластик/металл и металл/резина в различных электромеханических устройствах.

Особое значение компаунды Molykote и Dow Corning приобретают при эксплуатации систем питьевого водоснабжения и оборудования по производству пищевых продуктов. Случайный контакт традиционных смазочных материалов с пищевыми продуктами и питьевой водой не только приводит к изменению их вкусовых свойств, но делает их опасными для здоровья человека.

Силиконовые компаунды Molykote 111, Dow Corning 4, Dow Corning 7 и Dow Corning High Vacuum Grease абсолютно безопасны для здоровья человека, имеют пищевые допуски NSF/ANSI 51 (материалы для применения в оборудовании при производстве продуктов питания) и NSF/ANSI 61 (материалы для применения в системах питьевого водоснабжения).

Кроме того, компаунды Molykote 111, Dow Corning 4 и Dow Corning 7 соответствуют требованиям стандарта Управления по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами США FDA 21 CFR 175.300 (для материалов с возможностью случайного контакта с продуктами питания). Компаунд Molykote 111 одобрен организацией Water Regulations Advisory Scheme (WRAS) для применения в системах питьевого водоснабжения.

Таким образом, расширение диапазона условий эксплуатации современных технических изделий и ужесточение предъявляемых к ним требований диктует необходимость разработки новых смазочных материалов, совмещающих в себе характеристики лучших образцов узкоспециализированной продукции.

Физико-химические свойства компонентов, входящих в тщательно подобранной пропорции в состав силиконовых компаундов Molykote и Dow Corning, позволяют достичь уникального сочетания разделительных, смазочных, герметизирующих, электроизоляционных и теплопроводных свойств. Набор характеристик, которыми обладают эксплуатационные материалы указанной категории, обеспечивает их эффективную работу в различных областях техники, включая наиболее ответственные и передовые.