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

Приводится общая характеристика силиконовых компаундов как специфической категории эксплуатационных материалов Molykote и Dow Corning, совмещающей в себе смазывающие, герметизирующие, электроизоляционные и теплопроводные свойства при применении в подвижных и неподвижных соединениях.

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

1. Назначение и основные особенности компаундов как специфической категории пластичных смазочных материалов

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.

 

2. Компоненты компаундов Molykote и Dow Corning

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

Компаунды

Базовое масло
силиконовое высоковязкое
(кинематическая вязкость неск. тыс. сСт)

Присадки

Наполнитель (загуститель)
кремнезем SiO2
оксид цинка ZnO
политетрафторэтилен (C2F4)

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.

 

3. Применение компаундов Molykote и Dow Corning для смазки, герметизации, электроизоляции и повышения теплопроводности подвижных и неподвижных соединений

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

Компаунд Название Цвет Диапазон рабочих температур, °C Класс консистенции по NLGI Выделение
масла за 24 часа при температуре 200° C, %
Испарение масла за 24 часа при температуре 200° C, % Повышенные электроизоляционные свойства Пищевой допуск
Molykote 111 Смазка, герметизация, электроизоляция Белый или светло-серый, прозрачный  -40…+204 3 0,5 2 + +
Dow Corning 4 Смазка, герметизация, электроизоляция Белый, полупрозрачный -57…+204 2 4,5 1,4 + +
Dow Corning High Vacuum Grease Смазка, герметизация От белого до серого, полупрозрачный -45…+200 ~2 0,5 2,0 - +
Dow Corning 7 Защитное покрытие, разделительный состав Белый, полупрозрачный -40…+204 1 6,5 0,8 + +
Dow Corning 340 Эффективный теплоотвод Белый -45…+200 2 0 0,35 - -
Molykote G-807 Эффективная смазка пар трения металл/пластмасса и металл / резина с защитными функциями Белый -40…+150 - 0,5 1,0  - -

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.

 

 

Другие статьи