Анаэробные герметики

Анаэробные герметики — это композиции на основе акриловых олигомеров (метакриловых эфиров), которые сохраняют жидкое состояние при контакте с кислородом воздуха и отверждаются (полимеризуются) в узких металлических зазорах в отсутствие кислорода под действием ионов металлов. Относятся к классу акриловых анаэробных клеев-герметиков, предназначенных для фиксации, герметизации и уплотнения резьбовых, фланцевых и цилиндрических соединений.

История

Первые анаэробные композиции были разработаны в 1950-х годах в США. В 1953 году компания General Electric (США) запатентовала состав на основе триэтиленгликольдиметакрилата, способный отверждаться в отсутствие кислорода. Однако коммерческое применение началось после того, как в 1955 году компания Loctite (США) выпустила первый анаэробный герметик для фиксации резьбовых соединений. В 1960-х годах технология была усовершенствована: в состав ввели стабилизаторы, ускорители и инициаторы полимеризации, что позволило контролировать скорость отверждения и стабильность при хранении.

В СССР разработка анаэробных герметиков велась с 1970-х годов в Институте химии высокомолекулярных соединений АН УССР (Киев) и на предприятиях Министерства химической промышленности. В 1980-х годах были созданы отечественные марки, такие как «Анатерм», «Унигерм» и «Герметик АН». После распада СССР производство анаэробных герметиков в России освоили несколько компаний, включая НПО «Полимер» (Санкт-Петербург) и ЗАО «Эластомер» (Москва).

Механизм отверждения

Анаэробные герметики содержат акриловые мономеры (например, диметакрилаты полиэтиленгликоля), инициатор полимеризации (обычно гидропероксид кумола или трет-бутилгидропероксид), стабилизаторы (хиноны, фенолы) и ускорители (амины, соли металлов). В присутствии кислорода воздуха стабилизаторы ингибируют радикальную полимеризацию, предотвращая преждевременное отверждение. При нанесении на металлическую поверхность и сборке соединения кислород вытесняется из зазора (обычно 0,05–0,5 мм). Ионы металлов (железа, меди, цинка) катализируют разложение инициатора с образованием свободных радикалов, которые запускают цепную реакцию полимеризации мономеров. В результате образуется прочный, термо- и химически стойкий полимер.

Классификация

Анаэробные герметики классифицируют по нескольким признакам:

По назначению

• Фиксаторы резьбовых соединений — для предотвращения самоотвинчивания болтов, гаек, шпилек. Подразделяются на низкопрочные (для легкого демонтажа ручным инструментом), среднепрочные (для разборки с усилием) и высокопрочные (для постоянных соединений).
• Герметики фланцевых соединений — для уплотнения плоскостей разъема (например, корпусов редукторов, насосов). Отверждаются в зазоре до 0,5 мм, выдерживают давление до 10–20 МПа.
• Герметики для цилиндрических соединений — для фиксации подшипников, втулок, шкивов на валах. Обеспечивают посадку с натягом.
• Герметики для трубопроводов — для уплотнения резьбовых соединений труб, работающих с жидкостями и газами.

По вязкости

• Низковязкие (жидкие, 10–50 мПа·с) — для капиллярного проникновения в мелкие зазоры (до 0,1 мм).
• Средневязкие (50–500 мПа·с) — для зазоров 0,1–0,3 мм.
• Высоковязкие (500–5000 мПа·с) — для зазоров 0,3–0,5 мм и вертикальных поверхностей.
• Тиксотропные (гелеобразные) — не стекают с вертикальных деталей.

По прочности

• Низкопрочные — усилие сдвига при разборке менее 5 Н·м (например, для винтов в электронике).
• Среднепрочные — 5–15 Н·м (для стандартных резьбовых соединений).
• Высокопрочные — более 15 Н·м (для неразборных соединений).

Характеристики

Основные технические свойства анаэробных герметиков:

• Время отверждения — от 10 минут до 24 часов при комнатной температуре (20–25 °C). Ускоряется при нагреве (до 120 °C) или использовании активаторов (праймеров).
• Температурный диапазон эксплуатации — от –60 до +150 °C (для стандартных марок); для высокотемпературных — до +230 °C.
• Давление разрыва — до 20–30 МПа для фланцевых герметиков.
• Момент отвинчивания — от 3 до 40 Н·м для резьбовых фиксаторов.
• Химическая стойкость — устойчивы к маслам, бензину, антифризам, воде, слабым кислотам и щелочам. Неустойчивы к сильным окислителям (например, концентрированной азотной кислоте).
• Диэлектрические свойства — после отверждения являются электроизоляторами (удельное сопротивление 10¹²–10¹⁴ Ом·см).

Применение

Анаэробные герметики широко используются в промышленности и ремонте:

• Машиностроение — фиксация резьбовых соединений в двигателях, коробках передач, станках. Герметизация фланцев редукторов, насосов, компрессоров.
• Автомобильная промышленность — уплотнение поддонов картера, крышек клапанов, стыков блока цилиндров. Фиксация подшипников ступиц, шкивов коленвала.
• Авиация и космонавтика — герметизация топливных и гидравлических систем, фиксация крепежа в условиях вибрации.
• Судостроение — уплотнение трубопроводов, фиксация гребных винтов.
• Строительство — герметизация резьбовых соединений водопроводных и отопительных систем (взамен льна и фум-ленты).
• Бытовая техника — ремонт сантехники, фиксация винтов в электроинструменте.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Отверждение только в зазоре, излишки герметика остаются жидкими и легко удаляются.
• Высокая механическая прочность и вибростойкость.
• Устойчивость к вибрациям, ударам и перепадам температур.
• Не требуется предварительного смешивания компонентов.
• Длительный срок хранения (до 2–3 лет в герметичной упаковке).

Недостатки

• Невозможность применения на неметаллических поверхностях (пластик, стекло) без специальных активаторов.
• Необходимость очистки и обезжиривания поверхностей перед нанесением.
• Ограниченный зазор отверждения (обычно до 0,5 мм).
• Токсичность некоторых компонентов (акрилаты, гидропероксиды) — требуется вентиляция при работе.
• Сложность демонтажа высокопрочных соединений (требуется нагрев до 200–300 °C).

Интересные факты

• Первый анаэробный герметик Loctite был случайно обнаружен, когда инженер заметил, что капля жидкости, попавшая в резьбовое соединение, затвердела и зафиксировала гайку.
• В России анаэробные герметики часто называют «фиксаторами резьбы» или «жидкими прокладками».
• Некоторые марки содержат флуоресцентные добавки для контроля нанесения под ультрафиолетовым светом.
• Анаэробные герметики используются в атомной энергетике для герметизации реакторных систем, где требуется высокая надежность.

Источники

• Кардашов Д. А. «Синтетические клеи». — М.: Химия, 1976.
• Петров Г. Н., Смирнов В. А. «Анаэробные герметики: свойства и применение». — Л.: Химия, 1988.
• ГОСТ 31093-2002 «Герметики анаэробные. Технические условия».
• Loctite Worldwide Design Handbook. — Henkel AG & Co. KGaA, 2018.
• «Анаэробные герметики: обзор рынка и технологий» // Журнал «Клеи. Герметики. Технологии», № 4, 2020.