CC BY
63
УДК 667.638.43 Э.К. Кондратов1
ТЕРМОСТОЙКИЕ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ ШПАТЛЕВКИ
DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-10-7-7
Проведен сравнительный анализ скорости термоокислителъной деструкции пленко-образователей различной природы и доказана необходимость использования полиоргано-силоксанов для разработки термостойких шпатлевок.
Обоснован выбор неорганических термостойких наполнителей, обеспечивающих минимальные внутренние напряжения в покрытиях шпатлевок с учетом влияния наполнителей на скорость термоокислителъной деструкции полиорганосилоксанов. Приведены результаты оценки технологических, физико-механических, реологических и диэлектрических свойств шпатлевок марок К0-0035, К0-0066, К0-0067 и К0-0070, а также их теплостойкости при нагревании в изотермических условиях и в газодинамическом потоке.
Ключевые слова: шпатлевка, термостойкость, внутреннее напряжение, вязкость покрытия.
The comparative rate analysis of thermo-oxidative destruction of the film-forming agent of various nature is carried out and necessity of applying polyorganosiloxanes for the development of heat-resistant putties is proved.
The choice of the inorganic heat-resistant fillers providing the minimum internal stresses in coatings with putties taking into account influence of fillers on the rate of thermo-oxidative destruction polyorganosiloxanes is reasonable. Results of assessment of technological, physic-mechanical, rheological and dielectric properties of KO-0035, KO-0066, KO-0067, KO-0070 putties, and also their heat resistance when heating in isothermal conditions and in gas-dynamic flow are given.
Keywords: putty, heat resistance, internal stress, coating viscosity.
Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» Государственный научный центр Российской Федерации [Federal State Unitary Enterprise «Ail-Russian Scientific Research Institute of Aviation Materials» State Research Center of the Russian Federation]; e-mail: [email protected]
Введение
Несмотря на достаточно большой объем информации, касающейся термостойких кремнийорганических покрытий [1-4], обобщающие сведения о свойствах и областях применения термостойких кремнийорганических шпатлевок в научно-технической литературе практически отсутствуют.
Вместе с тем они находят достаточно широкое применение в производстве сверхзвуковых летательных аппаратов для защиты элементов конструкций из стеклопластиков от газоэрозионного износа и могут найти применение в изделиях нового поколения [5, 6]. Цель данной работы - восполнить этот пробел.
Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 15. «Наноструктурированные, аморфные материалы и покрытия» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года») [5].
Материалы и методы
В процессе проведения исследований использованы кремнийорганические смолы марок К-9, К0-08, КО-915, КО-945, К-2Э-Э(ЗН) и неорганические дисперсные наполнители и пигменты промышленного производства, а также стандартные для лакокрасочных материалов и покрытий методы испытаний по ГОСТ.
Величину внутренних напряжений определяли по методике А.Г. Санжаровского [7], реологические свойства - с использованием прибора специальной конструкции (рис. 1), диэлектрические свойства - с помощью стенда специальной конструкции (рис. 2). Устойчивость покрытий к газоэрозионному износу можно оценивать прямыми или косвенными методами. К прямым методам относятся аэродинамические и газодинамические испытания, к косвенным - термомеханические и реологические исследования.
Более доступными и простыми являются газодинамические методы, когда испытания покрытий проводятся на моделях в потоке выхлопных газов газотурбинного двигателя. Схема такого стенда представлена на рис. 3. Регулируя расстояние от сопла, можно обеспечить требуемый режим испытаний, что и было использовано в данной работе.
а)
Рис. 1. Прибор для определения термомеханических и реологических свойств полимеров и покрытий при малых нагрузках:
а - схема прибора; б - конструкция ячейки; 1 - корпус; 2, 3 - механизм подъема стола; 4 -стол; 5 - образец с покрытием; 6 - индентор; 7 - корпус термостата; 8 - нагревательный элемент; 9 - механизм нагружения; 10 - съемный груз; 11 - шток; 12 - электромагнитная катушка; 13 - измерительная головка; 14-16 - регистрирующие устройства; 17 - покрытие; 18 - металлический диск
а) 6)
3 4 5 б
^ ■ -■ ^^ Заглушка из ^
-220 В высокожаропрочного сплава
Рис. 2. Стенд для определения диэлектрических характеристик покрытий на частоте 1010 Гц: а - схема стенда; б - круглая короткозамыкающая заглушка; 1 - стабилизатор напряжений; 2 - генератор электромагнитного излучения с частотой 1010 Гц; 3 - измерительная волноводная линия; 4 - волновод для перехода прямоугольного сечения волноводной линии в круглое; 5 - узел охлаждения цилиндрического волновода; 6 - муфель; 7 - термопара круглой коротко-замыкающей заглушки; 8 - блок регулирования температуры муфеля и заглушки; 9 - согласующее устройство; 10 - измеритель сигналов
Рис. 3. Стенд для газодинамических испытаний покрытий: 1 - входное устройство; 2 - компрессор; 3 - камера сгорания; 4 - турбина; 5 - форсажная камера; 6 - выходное сопло; 7 - модель; а - расстояние от входного сопла до модели
Результаты и обсуждение
Исследование термостойкости пленкообразователей различных классов методом динамического термогравиметрического анализа (ДТГА) показало, что только полиор-ганосилоксаны могут рассматриваться в качестве пленкообразователей термостойких покрытий для работы при температурах >400°С (табл. 1), так как все остальные классы пленкообразователей полностью разрушаются при температуре 900°С.
Однако в процессе термоокислительной деструкции полиорганосилоксанов происходит не только изменение их химического состава, но и весьма существенное изменение объема пленки (рис. 4), что приводит к возникновению еще одной составляющей внутренних напряжений - внутренних напряжений, возникающих в покрытии в процессе усадки пленкообразователя при термоокислительной деструкции. Эта часть суммарных внутренних напряжений может быть снята путем введения в покрытие достаточно большого числа термостойких наполнителей и пигментов.
Таблица 1
Основные параметры* процесса термоокислительной деструкции полимерных
пленкообразователей, определенные с использованием метода ДТГА [2]
Полимер Температура, °С Еэф, ккал/моль Д^°°°, %
10,01 Ъл ^тах
К0-08 322 540 324 27,4 13,6
СП-97 430 534 578 33,4 100
К-9 430 525 598 26,7 42,8
ПФСО 468 522 504 38,8 57,4
Ф-42Л 382 430 456 46,4 100
СКФ-26 334 425 452 28,6 100
К-23-Э(ЗН) 324 408 538 24 62
СКФ-32 300 401 462 22,4 100
КО-928 156 392 222 16,0 19,2
Ф-32Л 342 386 410 19,3 100
КО-915 275 368 400 23,3 54,8
ЭП-571 246 322 332 23,7 100
ВИАМ-БЗ 100 300 125 6,6 100
КО-945 168 288 340 19,0 83,8
ХСПЭ 172 278 280 13,8 100
ЭП-730 216 277 322 13,8 100
псх-лс 196 246 264 24,6 100
АС-16 150 242 256 13,3 100
ПЭФ-ЗА 184 234 214 11,8 100
МЧ-025 100 175 228 7,7 100
* Чоь 1ю,1 и 1:тах - температуры, при которых потеря массы составляет 1; 10% и максимальную соответственно; Еэ§ -энергия активации процесса термоокислительной деструкции; Д'ЭД900 - потери массы при 900°С.
-\ijr_ %
Рис. 4. Уменьшение истинного объема (Уист) смолы К-9 от потери массы (Ат) в процессе изотермического старения при температуре 700°С [8]
Таким образом, суммарные внутренние напряжения ов.0 могут быть рассчитаны по уравнению
Ов.о-Ов.ф+Овл+Ов.т.у,
где ов.ф - внутренние напряжения, возникающие в результате формирования покрытия; овт -термические внутренние напряжения; овту - внутренние напряжения, возникающие в покрытии при усадке пленкообразователя в процессе термоокислительной деструкции.
Следует отметить, что внутренние напряжения не только могут вызвать разрушение покрытия в результате его недостаточной прочности и деформативности [8, с. 114], но и явиться также причиной снижения адгезии покрытий к подложке [9, с. 224]. В силу
изложенных причин внутренние напряжения, длительная прочность и удлинение при разрыве являются важными эксплуатационными характеристиками покрытий [8, с. 120].
Использование дисперсных наполнителей для повышения прочности полимерных композиций достаточно подробно рассмотрено в научно-технической литературе. При этом считают, что для хрупких покрытий, какими и являются кремнийорганические покрытия, длительная прочность составляет 0,4-0,5 от кратковременной [8, с. 112].
Однако использование дисперсных неорганических наполнителей в рецептурах термостойких кремнийорганических покрытий требует оценки их влияния на скорость термоокислительной деструкции кремнийорганических пленкообразователей. Поскольку влияние дисперсного наполнителя на скорость термоокислительной деструкции в основном сказывается в зоне поверхности раздела «полимер-наполнитель», определяли величину удельной поверхности наиболее часто используемых пигментов и наполнителей (табл. 2), а в табл. 3 и 4 указаны потери массы полимерных пленкообразователей, которые (потери) зависят не только от природы дисперсного наполнителя, но и от температуры, продолжительности нагрева и объема наполнения.
Таблица 2
Величина удельной поверхности дисперсных термостойких пигментов и наполнителей [2]
Удельная поверхность, м2/г (м2/см3), наполнителя или пигмента
слюда ^3 ZnO PbO ZrO2 ТО тальк красный оксид железа ^2 MgO микроасбест ^3
4,7 (13,4) 1,45 (7,8) 7,15 (40) 1 (9,5) 3,6 (19) 3,5 (17) 6,7 (20) 13,6 (65) 31,4 (90) 30,8 (98) 23,3 (60) 19,2 (66)
Таблица 3
Потери массы кремнийорганической смолы К-9 в композициях, содержащих дисперсные пигменты или наполнители из расчета 10 м2 поверхности наполнителя на 1 см3 смолы) [2]
Температура Продолжи- Потери массы, %, смолы с термостойкими дисперсными
нагрева, °С тельность наполнителями или пигментами
нагрева, ч без наполнителя (смола) ZrO2 ТО ZnO ^3 MgO
250 1 1,3 1 1,05 0,65 0,4 0,2 0,54
25 3,5 2,65 2,5 2 1,85 1,5 2,4
1000 4,3 3,6 3 3,5 3,4 2,8 3,1
350 1 5 3,2 4,1 3,6 4,85 2,75 3,45
15 5,75 3,45 5 3,8 5,65 3 4,15
100 6,05 4,45 5,15 4,55 5,95 4,55 4,9
700 5 мин 22 20,5 20 19,5 20,5 22 18
15 мин 40 38 35 37 36,5 37,5 29
Продолжение
Температура Продолжи- Потери массы, %, смолы с термостойкими дисперсными
нагрева, °С тельность наполнителями или пигментами
нагрева, ч тальк микроасбест молотая слюда ^3 красный оксид железа PbO
250 1 1,8 1,6 1,46 1,1 2,4 1,6
25 3,9 4 3,25 2,45 4,7 5,9
1000 4,9 5,7 3,9 5 6 14,3
350 1 2 2,9 3,7 6,05 6,75 11,9
15 2,65 3,95 4,3 8 7,7 15,3
100 4,25 5,05 5,05 10,5 8 19,55
700 5 мин 21,5 23 23,5 25 22 62
15 мин 39,5 36 45 46 34 60
Таблица 4
Потери массы кремнийорганической смолы К-23-Э(3Н) в композициях, _ содержащих дисперсные пигменты или наполнители_
Температура нагрева, °С Продолжительность нагрева, ч Потери массы, %, смолы с термостойкими дисперсными наполнителями или пигментами
без наполнителя (смола) Т1О2 2пО тальк молотая слюда Сг2О3
300 100 8 6,2 8,8 4,5 4,5 10,5
350 100 8 8,1 12 4,8 5,8 12
400 10 16 18 12 10,5 15,8 13,2
700 5 мин 32 27,5 35 22 27 31
Согласно теории гетерогенного катализа, дисперсные системы, которые изменяют реакционную способность адсорбированных молекул и не проявляют при этом признаков химического взаимодействия, относятся к катализаторам (положительный катализ) или антикатализаторам (отрицательный катализ).
Как показало изучение электропроводности, значительная часть дисперсных наполнителей и пигментов - например, оксиды железа, ванадия, меди, марганца, свинца, цинка, магния, алюминия; сульфиды вольфрама, молибдена и цинка; алюмосиликаты, а также другие соединения - в настоящее время классифицируются как полупроводники, что объясняется наличием примесей и отклонениями от стехиометрического состава [10].
С.З. Рогинским установлено [11], что если ширина запрещенной зоны достигает нескольких электрон-вольт, то концентрация электронов в полосе проводимости ничтожно мала и образуется диэлектрик, в котором практически отсутствуют электронная проводимость и окраска в видимой части спектра, и наоборот - при ширине запрещенной зоны, равной 1,2-1,4 эВ, достигается электронная проводимость, характерная для полупроводников, и увеличивается интенсивность окраски в видимой части спектра.
Когда на поверхности полупроводника адсорбируется какое-либо органическое соединение, происходит переход электронов и дырок непосредственно на орбитали адсорбированной молекулы, хотя этот переход не реализуется для огромного количества валентно-насыщенных молекул, которые характерны для процесса адсорбции и катализа [11].
Следует отметить, что в работах по гетерогенному катализу не рассматриваются системы «полимер-дисперсный наполнитель», хотя эти системы широко применяются на практике.
Вместе с тем не только определение потери массы полимерных пленкообразова-телей в процессе нагревания и ИК и ЯГР спектров, но и результаты хроматографиче-ского анализа позволяют отнести дисперсные наполнители к катализаторам или антикатализаторам процесса термоокислительной деструкции.
Выявлены и внешние признаки, подтверждающие участие электронов запрещенной зоны в процессе термоокислительной деструкции и группировании активных центров на определенных участках поверхности наполнителя.
Сравнение интенсивности окраски термостойких покрытий, в которые для придания требуемого цвета вводились термостойкие цветные пигменты с шириной запрещенной зоны 1,2-1,4 эВ, до и после нагрева показывает, что после нагрева интенсивность окраски покрытий во всех случаях снижается в большей или меньшей степени, в то время как нагрев того же пигмента в тех же условиях, но вне полимерной матрицы не приводит к заметному изменению интенсивности окраски.
Очень часто в процессе нагрева цветных термостойких покрытий на их поверхности появляются пятна диаметром 2-5 мм, интенсивность окраски которых значительно ниже, чем у остальной поверхности, что, согласно теории «активных
ансамблей», свидетельствует о группировании активных центров на определенных участках поверхности наполнителей и пигментов.
При выборе дисперсных наполнителей необходимо учитывать такой показатель, как критическая объемная концентрация дисперсного наполнителя, которая в значительной степени зависит от величины удельной поверхности наполнителя. С учетом этого показателя наибольший интерес представляют оксиды свинца и хрома и молотая слюда. Однако оксид свинца является катализатором процесса термоокислительной деструкции полиорганосилоксанов (табл. 3), а по сравнению с оксидом хрома только чешуйки молотой слюды обладают армирующим эффектом.
Исследование внутренних напряжений, возникающих в пленках покрытий, содержащих молотую слюду различной дисперсности, показало, что с увеличением размера частиц внутренние напряжения сначала снижаются, а затем возрастают, меняя знак (рис. 5). Это свидетельствует о возможности введения в покрытие молотой слюды с такой дисперсностью, что внутренние напряжения, возникающие в покрытии, будут близки к нулю, а также о влиянии размера частиц молотой слюды на величину внутренних напряжений.
Рис. 5. Зависимость внутренних напряжений (ов н) в кремнийорганическом покрытии от размера частиц молотой слюды (а)
Таким образом, термостойкое кремнийорганическое покрытие с минимальными внутренними напряжениями должно содержать либо частицы молотой слюды со строго определенными размерами (что практически трудно осуществить), либо смесь частиц всех размеров, взятых в определенном соотношении, что и применяется на практике.
Снижение внутренних напряжений в покрытиях при использовании молотой слюды достигается не только за счет формы ее частиц и их соотношения по размерам, но и благодаря низкой удельной поверхности молотой слюды (13,5 м2/см3), что позволяет вводить ее в больших количествах, чем другие дисперсные наполнители, и в тем большей степени снижать внутренние напряжения.
С использованием молотой слюды определенной дисперсности разработаны шпатлевки К0-0066 (на основе лака КО-915) и К0-0070 (на основе блоксополимера К-23-Э(3н)), технические характеристики которых приведены в табл. 5 и 6.
При температурах, превышающих 500°С, термостойкость покрытий с шпатлевками К0-0066 и К0-0070 ограничивается уже минутами, что объясняется снижением прочности покрытий в результате деструкции кремнийорганических пленкообразовате-лей, сопровождающейся увеличением внутренних напряжений в покрытиях в результате их усадки.
Таблица 5
Основные контролируемые характеристики шпатлевки КО-0066_
Показатель Значения показателя
Цвет шпатлевочного слоя Зеленый, оттенок не нормируется
Внешний вид шпатлевочного слоя После высыхания поверхность шпатлевки должна быть однородной: без пузырей, трещин и посторонних включений
Массовая доля нелетучих веществ, % 67±2
Остаток на сите №01, % 2,5-4,5
Время высыхания шпатлевки до степени 3 при температуре 250±2°С, ч (не более) 3,5
Способность к нанесению Шпатлевка должна хорошо наноситься при рабочей вязкости на окрашиваемую поверхность краскораспылителем
Твердость шпатлевочного слоя, усл. ед. (не менее), по маятниковому прибору типа: М-3 ТМЛ (маятник А) 0,25 0,2
Термостойкость при температуре 400±2°С, ч (не менее) 5
Таблица 6 Основные контролируемые характеристики шпатлевки К0-0070
Показатель Значения показателя
Цвет пленки шпатлевки Светло-серый, оттенок не нормируется
Внешний вид пленки Высохшая пленка должна быть ровной, не иметь механических включений
Условная вязкость, с, полуфабриката шпатлевки при температуре 20,0±0,5°С по вискозиметру типа ВЗ с диаметром сопла 4,000±0,015 мм 18-20
Массовая доля нелетучих веществ полуфабриката шпатлевки, % 74-78
Остаток на сите №01 при промывке полуфабриката шпатлевки толуолом, % 3-5
Твердость пленки шпатлевочного слоя по прибору типа М-3, усл. ед. (не менее) 0,25
Термостойкость шпатлевочного слоя при температуре 400±10°С, ч 5
Жизнеспособность шпатлевки после добавления отвердителя А-39 марки В при температуре 20±5°С, ч (не менее) 24
Однако внутренние напряжения отсутствуют в телах, сохраняющих геометриче-
13
ские размеры при снижении вязкости <10 Па с. Это свойство твердых тел реализовано при разработке шпатлевок К0-0035 и КО-0067М, в которых в качестве основного наполнителя также использовалась молотая слюда.
В качестве пленкообразователя шпатлевки К0-0035 (табл. 7) использована кремнийорганическая смола К-9, на основе которой разработаны наиболее термостойкие стеклопластики, но для снижения вязкости покрытия при температурах >400°С в смолу К-9 введено определенное количество кремнийорганического лака К0-08, используемого в рецептурах наиболее термостойких лакокрасочных покрытий, а в рецептуре шпатлевки К0-0035 - выполняющего функции термостойкого пластификатора.
Таблица 7
Основные контролируемые характеристики шпатлевки К0-0035_
Показатель Значения показателя
Цвет пленки шпатлевки Зеленый, оттенок не нормируется
Внешний вид пленки После высыхания должна быть однородной: без пузырей и посторонних включений
Массовая доля нелетучих веществ, % 66-70
Остаток на сите №01 после мокрого просеивания, % 2,5-4,5
Время высыхания шпатлевки до степени 3 при температуре 210±2°С, ч (не более) 3
Способность к нанесению Шпатлевка при рабочей вязкости должна хорошо наноситься на окрашиваемую поверхность краскораспылителем
Твердость покрытия по маятниковому прибору типа ТМЛ (маятник А), усл. ед. (не менее) 0,2
В табл. 8 представлены результаты испытаний, подтверждающие эффективность применения молотой слюды в рецептуре шпатлевки К0-0035.
Таблица 8
Прочность на разрыв и внутренние напряжения в покрытиях на основе смолы К-9
Свойства Значения свойств покрытия на основе
смолы К-9 шпатлевки К0-0035
Толщина, мкм Внутренние напряжения в покрытии, МПа Прочность пленки покрытия на разрыв при постоянной нагрузке, МПа 200+20 +0,52 0,4-0,5 200-20 -0,115 2,5-3,0
С использованием прибора для определения термомеханических и реологических свойств (рис. 1) построена номограмма для определения вязкости (рис. 6) и определена вязкость покрытия шпатлевки К0-0035 (табл. 9).
щ. па с
1,1' --
1.0
0,0
0.7 0.6
0 30 60 И 120 ]50 ]Б0 210 2Л0 Пропоив исинкп ПО Ф7Ж5 НИХ ИИрЕШЯ, 5
Рис. 6. Номограмма для определения вязкости покрытий при продолжительности погружения в них сферической поверхности (2=5 мм) на глубину 0,25 (1); 0,5 (2) и 1 мм (3)
Таблица 9
Вязкость покрытия из шпатлевки КО-0035 толщиной 0,5 мм_
Температура испытания, °С Вязкость при достижении температуры испытаний, Пас Продолжительность выдержки при температуре испытания, за которую вязкость превысит 109 Па с, мин
350 700 104-105 ~108 3,5 0,5
Как следует из результатов, представленных в табл. 9, при введении в рецептуру шпатлевки К0-0035 метилфенилполисилоксановой смолы К0-08 вязкость покрытия шпатлевки К0-0035 в интервале температур 350-700°С сохраняется только в течение 0,5-3,5 мин. Поэтому при разработке шпатлевки К0-0067 использовали другой принцип, а именно - превращение слоя покрытия при температурах >700°С в высоковязкий неорганический расплав.
Для этого использовали гетерогенный катализатор процесса термоокислительной деструкции, который позволил обеспечить за короткое время получение диоксида кремния из полиорганосилоксана (рис. 7) и вошел в состав образовавшегося неорганического покрытия вместе с молотой слюдой и диоксидом кремния, создав высоковязкий расплав.
ЦрОДаПХКгеПЫККТЪЛШрШП!. ЧИН
Рис. 7. Скорость образования 8Ю2 в процессе термоокислительной деструкции кремнийор-ганического сополимера К-23-Э(ЗН) с гетерогенным катализатором (1) и без него (2)
В табл. 10 представлены результаты определения вязкости покрытия шпатлевки К0-0067, из которых видно, что в отличие от шпатлевки К0-0035 вязкость покрытия шпатлевки К0-0067 с повышением температуры снижается, но при этом существенно превышает максимальное значение напряжений трения (табл. 11).
Таблица 10
Вязкость покрытия шпатлевки КР-0067 толщиной 0,5 мм_
Температура Вязкость при достижении Продолжительность выдержки, мин,
испытания, °С температуры испытании, при температуре испытания, за которую
Пас вязкость снизится на 10%
900 ~107 1
1000 105 1
1100 5-103 1
1200 103 0,5
Таблица 11
Зависимость напряжения трения от скорости и высоты полета [12, 131
Скорость полета - Напряжение трения на поверхности, МПа, при высоте полета, км
число М 0,5 1 5 10
1,2 0,14 0,13 0,08 0,04
2 0,38 0,36 0,22 0,11
3 0,86 0,8 0,5 0,2
3,5 1,2 1,0 0,7 0,3
В табл. 12 приведены основные контролируемые характеристики шпатлевки К0-0067, а в табл. 13 - сравнительные данные по термостойкости и диэлектрическим свойствам для шпатлевок марок К0-0066, К0-0035 и К0-0067.
Таблица 12
Основные контролируемые характеристики шпатлевки КО-0067_
Показатель Значения показателя
Цвет шпатлевочного слоя От светло-желтого до светло-коричневого, оттенок не нормируется
Внешний вид шпатлевочного слоя После высыхания поверхность шпатлевки должна быть ровной, однородной: без пузырей и механических включений
Условная вязкость шпатлевки по вискозиметру типа ВЗ с диаметром сопла 4,000±0,015 мм при температуре 20±0,5°С, с 12-30
Массовая доля нелетучих веществ, %: шпатлевочной пасты суспензии 53-59 67-74
Остаток на сите №01 шпатлевочной пасты после мокрого просеивания, % 1,0-3,5
Время высыхания до степени 3 при температуре 200±2°С, ч (не более) 3
Твердость шпатлевочного слоя по маятниковому прибору типа М-3, усл. ед. (не менее) 0,3
Способность к нанесению Шпатлевка должна удовлетворительно наноситься на поверхность краскораспылителем
Термостойкость шпатлевочного слоя при температуре 1000±3°С, ч (не менее) 3
Таблица 13
Термостойкость и диэлектрические свойства
термостойких к ремнииорганических шпатлевок
Свойства Температура Значения свойств шпатлевок марок
испытания, °С К0-0035 К0-0066 К0-0067
Термостойкость 250 2000 500 200
на стеклотексто- 300 2000 500 100
лите в изотерми- 400 500 5 Не рекоменду-
ческих условиях, ч ется
Термостойкость 500 12 12 Не рекоменду-
на стеклотексто- ется
лите при односто- 600 12 3 То же
роннем нагрева- 700 3 2 -«-
нии, мин 800 2 1 >5
1000 1 0,5 >5
1200 Не рекомендуется >5
Диэлектрическая 300 3,27 3,25 3,8
проницаемость 500 3,2 3,23 3,7
при частоте 600 3,16 3,2 4
1010 Гц 700 3,1 3,2 4,98
800 3,22 3,1 4,61
900 - - 4,32
1000 - - 4,61
Тангенс угла 300 0,015 0,024 0,02
диэлектрических 500 0,02 0,023 0,014
потерь при частоте 1010 Гц 600 0,02 0,021 0,017
700 0,028 0,021 0,1
800 0,035 0,023 0,06
900 - - 0,1
1000 - - 0,15
Рис. 8. Внешний вид части поверхности конусов из стеклопластика после газодинамических испытаний:
а - при температуре 450°С в течение 2,5 ч на фенолфурфурольном стеклотекстолите ФН -покрытие шпатлевкой на основе смолы ВИАМ-БЗ (табл. 1) с молотой слюдой (справа) и шпатлевкой К0-0066 (слева); б - при температуре 800°С в течение 1 мин на кремнийорганическом стеклотекстолите СК-9МР (смола К-9) - покрытие шпатлевкой К0-0066 (справа) и шпатлевкой К0-0067 (слева)
Для оценки устойчивости к газоэрозионному износу, шпатлевки марок КО-0066 и КО-0067 испытаны в потоке выхлопных газов газотурбинного двигателя (рис. 3). Внешний вид части поверхности макетных конусов после испытаний представлен на рис. 8.
Заключения
Разработана кремнийорганическая радиопрозрачная шпатлевка К0-0067 с термостойкостью 1200°С, не имеющая аналогов в мире, которая может использоваться не только в авиационно-космической технике, но и на внешней поверхности универсального спасательного средства для эвакуации в случае пожара персонала инженерных сооружений, работающего в акваториях морей, в том числе на арктическом шельфе [14]. Для защиты от увлажнения в атмосферных условиях, шпатлевки марок К0-0035, КО-0066 и К0-0067 обычно применяются в системах с эмалями на основе фторсополиме-ров [15]. Особое значение для шпатлевок такого типа, работающих в экстремальных условиях, приобретает контроль качества покрытий [16].
ЛИТЕРАТУРА
1. Кондратов Э.К., Семенова Л.В. Термостойкие лакокрасочные покрытия // 75 лет. Авиационные материалы. Избранные труды «ВИАМ» 1932-2007. М.: ВИАМ, 2007. С. 316-322.
2. Кондратов Э.К, Семенова Л.В. Термоокислительная стабильность ненаполненных и дисперсно-наполненных полимерных пленкообразующих // Авиационные материалы и технологии. 2003. Вып.: Лакокрасочные материалы и покрытия. С. 36-41.
3. Семенова Л.В. Термостойкая эмаль ВЭ-63 // Авиационные материалы и технологии. 2003. Вып.: Лакокрасочные материалы и покрытия. С. 41-44.
4. Кондратов Э.К, Кузнецова В.А., Лебедева Т.А., Малова Н.Е. Антикоррозионные, терморе-гулирующие, термостойкие и влагозащитные лакокрасочные покрытия МКС «Буран» // Авиационные материалы и технологии. 2013. №81. С. 137-141.
5. Каблов E.H. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. №1 (34). С. 3-33. DOI: 10.18577/20719140-2015-0-1-3-33.
6. Каблов E.H., Гращенков Д.В., Исаева Н.В., Солнцев С.С., Севостьянов В.Г. Высокотемпературные конструкционные композиционные материалы на основе стекла и керамики для перспективных изделий авиационной техники // Стекло и керамика. 2012. №4. С. 7-11.
7. Санжаровский А.Т. Физико-механические свойства полимерных и лакокрасочных покрытий. М.: Химия, 1975. 264 с.
8. Кондратов Э.К., Владимирский В.Н., Бейдер Э.Я. Эрозионностойкие лакокрасочные покрытия. М.: Химия, 1989. 136 с.
9. Чеботаревский В.В., Кондратов Э.К. Технология лакокрасочных покрытий в машиностроении. М.: Машиностроение, 1978. 296 с.
10. Киселев Ф.Ф., Крылов C.B. Адсорбционные процессы на поверхности полупроводников и диэлектриков. М.: Наука, 1978. 255 с.
11. Рогинский С.З. Электронные явления в гетерогенном катализе. М.: Наука, 1975. 270 с.
12. Голенко Ю.В., Кондратов Э.К., Старина А.И. Определение реологических свойств покрытия эмали ФП-5105 // Оборонная техника. 1977. №7. С. 73-74.
13. Голенко Ю.В., Кондратов Э.К, Старина А.И. Исследование реологических свойств лакокрасочных покрытий при реально действующих нагрузках // Авиационная промышленность. 1977. №5. С. 27-28.
14. Бузник В.М., Каблов E.H., Кошурина A.A. Материалы для сложных технических устройств арктического применения // Научно-технические проблемы освоения Арктики. М.: Наука, 2015. С. 275-285.
15. Кондратов Э.К, Малова Н.Е. Лакокрасочные покрытия на основе сополимеров трифтор-хлорэтилена // Авиационные материалы и технологии. 2015. №2. С. 39-44. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-2-39-44.
16. Каблов E.H. Контроль качества материалов - гарантия безопасности и эксплуатации авиационной техники // Авиационные материалы и технологии. 2001. №1. С. 3-8.
