Полиуретановые уплотнители для стеклопакетов: основные характеристики

Универсальный полиуретан. Из полиуретана получают эластомеры, эластичные, полужесткие и жесткие пенополиуретаны, клеи, эластичные покрытия и волокна (spadeks), а также прокладочные материалы с максимальным отношением прочности к весу (герметики производятся из полиуретановых эластомеров). Двумя основными компонентами полиуретанов являются олигомеры (содержащие подвижные цепи с молекулярным весом от 1000 до 10 000 и реактивные гидроксильные группы), а также изоцианаты (образующие ароматические кольца, связанные с изоцианатными группами). После перемешивания олигомеры быстро реагируют с изоцианатами и образуют полиуретаны (полиуретановые эластомеры).



Добавление низкомолекулярных аллонжей (гликолей, диаминов) повышает прочность полиуретановых эластомеров. Скорость реакции регулируется катализаторами. Типичны- ми катализаторами реакции гидроксильных групп с изоцианатными являются третичные амины и оловоорганические соединения. Они могут ускорять реакцию образования полиуретанов даже в несколько сотен раз, но такое ускорение образования полиуретанов не имеет смысла, т.к. полимер и уплотнитель могут не успеть увлажнить всю поверхность контакта уплотнения со стеклянным полотном. Поэтому используются и более слабые катализаторы – органические соединения цинка, висмута и т.п., обеспечивающие более длительное время жизни полиуретановых смесей. Соединения ртути не применяются ввиду их токсичности, хотя они и обладают хорошей эффективностью пере- работки.

Полиуретановые эластомеры (ПУР) могут быть одно- или двухкомпонентными. Однокомпонентные ПУР – это полиуретаны, оканчивающиеся изоцианатными группами (отверждаются посредством реакции с водой или паром). Двухкомпонентные ПУР получаются перемешиванием олигомера, катализаторов и, возможно, других компонентов смеси с изоцианатами. Это дает широкие возможности регулирования состава и скорости структурирования. При подборе олигомера к ПУР следует учитывать как цену, так и свойства получаемых из них полиу- ретанов и уплотнений. Длительная стойкость полимеров и получаемых из них уплотнений опре- деляется добавкой 0,2–2 % антиокислителей – блокированных фенолов, аминов и сульфидов. К таким антио- кислителям относится BHT (дитетра- бутилокситолуол) или 2,2,4-триметил- 1,2-дигидрохинолин.

Олигомеры для полиуретанов бывают нескольких видов:

- стандартные полиэфиры, получаемые обычно присоединением окиси пропилена (иногда этилена) к полигидроксильным соединениям, т.е. олигоэфиры, оканчивающиеся гидроксильным группами, чаще всего смеси полиоксипропиленовых триолов и диолов. Линейные цепочки полиоксипропилендиола придают полиуретанам высокую эластичность, а разветвленные цепи полиоксипропилентриола определяют их структурирование и длительную механическую прочность. Их плотность составляет примерно 1,1 кг/дм3. Полибутиленоксиды регулярной структуры образуют полиуретаны большей, нежели полиоксипропилены, прочности, но они и существенно дороже;

- полидиены (PolyBd) – полимеры бутадиена, оканчивающиеся гидроксильными группами, из которых получаются высококачественные полиуретаны. Получение их достаточно сложное (например способом анионной полимеризации), они дефицитны и дороги;

- олигоэфиры, из которых обра- зуются полиуретановые эластомеры с более высокой механической прочностью, чем у применяемых в настоящее время олигооксипропиленов; они дороги и менее влагостойки, для производства уплотнений практически не используются;



- гидрофобные олигомеры являются частичными сложными эфирами жирных кислот полиглицерина и получаются из глицерина или его отходов. Первоначально посредством термокаталитической конденсации глицерина (очищенного, технического или получаемого в качестве отходов) получается полиглицерин (чем выше степень поликонденсации глицерина, тем больше его молекулярный вес и меньше гидроксильное число). Затем полиглицерин этерифицируется жирными кислотами – свободными или в виде эфиров: метилового или глицеринового. В зависимости от степени этерификации жирными кислотами гидроксильных групп полиглицерина получаются олигомеры с различным гидроксильным числом и полиуретаны разной эластичности/жесткости;

- регенерированные олигоэфиры и олигоэфирамины, получаемые химической переработкой отходов эластичных пенополиуретанов, используются для образования полиуретанов и полиуретанмочевин с повышенной механической прочностью и адгезией к стеклу и металлу;

- определенной разновидностью является полиуретаналлофанат. Разветвленные группировки аллофанатов образуются при реакции избытка изоцианатных групп с группами уретановыми. Аллофанатные связи стойки до 130 °C – ниже этой температуры содержащий их ПУР структурирован и стабилен. При температурах выше 130 °C аллофанатные группировки дис- социируют, полимер разжижается и может происходить обратное формование. Применение полиэфируретанов для производства уплотнений делает их поставку независимой от поставок сы- рья, поскольку олигоэфиры являются основой для производства множе- ства других широко применяемых ви- дов полиуретанов, таких как, например, пенополиуретаны.

Типичные полиуретановые уплотнения имеют следующие свойства:

- время удобо-обрабатываемости (пригодности для использования) составляет в зависимости от температуры 20–80 мин; в диапазоне 20–40 °C это время уменьшается вдвое при увеличении температуры на 10 °C;

- время гелеобразования: 3–5 ч (в зависимости от температуры);

- твердость, °Sh·A: 5 через 2 ч, 20 через 4 ч, 34 через 12 ч, 38–52 через 24 ч, <65 через 14 дней;

- паропроницаемость (MVTR): 3,75 г/м2/24 ч (согласно стандарту EN 1279-4);

- диффузия аргона (GPRa): 0,0041 г/м2·сут. (согласно стандарту EN 1279-4).

Hot Melt – горячая склейка

Уплотнения Hot Melt чаще всего являются углеводородными термопластичными полимерами. К ним относятся полиизобутилен (PIB), сополимеры изобутилена, терполиэтиленпропилендиен (EPDM) или полибутилен. Применяются для производства первичных внутренних уплотнений краевых стеклопакетов. Их достоинствами являются низкая паропроницаемость, высокая стойкость к УФ-излучению, простота и дешевизна нанесения.



Бутиловый Hot Melt имеет ограниченную термостойкость и конструкционную прочность. Наносится при температуре от 110 (Low Melt) до 210 °C (Hot Melt). Для того чтобы адгезия к стеклу и дистанционной рамке была достаточной, температура массы должна быть высокой, а вязкость низкой как при нанесении клея, так и при его контакте с холодной рамкой и стеклом. Чем выше исходная температура, тем больше будет усадка при охлаждении и выше внутреннее напряжение. Уплотнение Hot Melt имеет плотность около 1050 г/дм3. Расход составляет 5–6 г/м (обе стороны дистанционной рамки).

Температура клея – около 80 °C, которой достаточно для того, чтобы он проявил себя как растворитель, но недостаточно для термодеструкции материала полотен. Средняя стоимость клея для 1 м погонного такого соединения – 0,6–1 евро.

Оптимальное время желатинизации уплотнений при комнатной температуре составляет 0,5–3 ч. Под временем отверждения двухкомпонентных уплотнителей понимается время от момента окончания перемешивания обоих компонентов до достижения конечной твердости уплотнения. Под временем отверждения однокомпонентных уплотнителей понимается время от момента извлечения уплотнения из емкости до достижения им конечной твердости. Предельное напряжение, при котором можно нагружать отвердевающее уплотнение, составляет >0,90 МПа.