Покорение космических просторов и глубин океана, авиаперевозки и трубопроводы были бы невозможны без уплотнителей, сохраняющих герметичность конструкций. Наши непроницаемые герои несут службу тихо и незаметно, делая жизнь комфортнее.

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №12(40). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

Уплотнители стали одним из столпов научно-технического прогресса конца XIX века и ответом на повышение требований к плотности соединений. В первых паровых машинах простейшие уплотнители из картона и бумаги предотвращали утечку рабочего пара. Если бы не они, потери пара в рабочем теле машины привели бы к снижению коэффициента полезного действия и увеличению расхода топлива. В вакуумных узлах, наоборот, атмосферный воздух просачивался бы внутрь агрегатов и снижал их эффективность.

Уплотнение автомобильного двигателя внутреннего сгорания

И всё же в двигателях отсутствие уплотнений чревато лишь энергетическими потерями, а, например, в подводных аппаратах может стать причиной гибели экипажа. На глубине в десятки метров вода просачивается в щели с такой скоростью, что никакой насос не поможет. Когда человек поднялся в воздух на несколько километров, возникла необходимость в уплотнителях для кислородных масок экипажа. А уж когда дело дошло до пассажирских лайнеров, понадобились специальные уплотнители для герметизации всего фюзеляжа.

Резиновый уплотнитель на двери американской субмарины 1960‑х годов

Резиновые, пробковые и даже кожаные уплотнительные кольца в местах стыковки трубопроводов (к примеру, масляных) не могут полностью предотвратить утечки по причине природной пористости. Это хорошо видно по обильным потёкам на фланцевых и резьбовых соединениях. Добавляет проблем и химическая природа текущих по трубам жидкостей: в иных случаях резиновая прокладка может просто раствориться за пару часов и стать причиной прорыва трубопровода.

Тефлоновое уплотнение соединений труб из поливинилхлорида

Решением проблемы стали композиционные материалы. Один из них, ­паронит, — слоистый уплотнитель, который изго­тавливается из каучука (связующее вещество), волокнистого минерала асбеста (обеспечивает эластичность и стойкость к щелочам, кислотам и высоким температурам), а также различных наполнителей. Последние подбираются с учётом функций, которые должен выполнять паронит. К примеру, жжёная магнезия MgO усиливает термостойкость, а частички белой каолиновой глины добавляют прочности и маслостойкости.

Паронитовая прокладка для глушителя автомобиля

Белая каолиновая глина

Но вот разбирать их сложно, так как частички паронита намертво въедаются в сталь. Кроме того, фланцевые соединения бывают нестандартных размеров, что создаёт проблемы при подборке деталей. Выгодно отличаются от паронита уплотнители из фторопластов. Появились они ещё в первой половине XX века и широко использовались в разъёмных стыковочных узлах техники из-за низкой адгезии. Изношенную фторопластовую прокладку можно было просто выкинуть и поставить новую, в то время как паронитовые уплотнители требовали зачистки стыковочных поверхностей. Фторопласты — это органические полимеры, в которых атомы водорода полностью или частично замещены фтором. Это придаёт им ряд замечательных свойств: эластичность, гибкость, тепло- и морозостойкость, а также обеспечивает низкую адгезию, что и предопределило их использование в качестве уплотнителей.

А если уплотнитель должен герметизировать соединение, которое вообще не планируется разбирать? В таких случаях от уплотнителя требуется максимальная прочность и адгезия. Обычно это пластичные или даже жидкие вещества, способные через некоторое время затвердевать, намертво герметизируя стыковочные поверхности. По механизму отверждения выделяют высыхающие, невысыхающие, вулканизирующиеся и полимеризующиеся герметики.

Одним из самых распространённых высыхающих герметиков являются ­ термоэластопласты, растворённые в органических соединениях: толуоле, бензине и других. Эти жидкие вещества спустя некоторое время после нанесения на стыки становятся высоковязкими (за счёт испарения растворителя) и надёжно герметизируют узел.

Невысыхающие герметики обычно похожи по консистенции на пластилин и в ходе использования не меняют своё состояние. Самым простым и известным невысыхающим герметиком является оконная замазка для заделывания щелей. В основе таких уплотнителей лежат каучуки, нефтяные масла, асфальты и битумы, смешанные в различных пропорциях в зависимости от назначения.

На базе опять-таки каучуков, только теперь кремнийорганических, построены полимеризующиеся герметики. Как и фторопласты, кремнийорганические соединения по природе являются гибридами метильных, этильных и фенильных групп с частицами SiO. Их также называют силиконовыми герметиками. Процесс полимеризации проходит в присутствии влаги (из воздуха) с выделением уксусной кислоты — отсюда резкий запах. Впрочем, он не пугает потребителей — полимеризующиеся уплотнители стали безусловными лидерами продаж, заняв почти треть ­мирового рынка.

Нанесение резинового уплотнения на ветровое стекло

Резиновое уплотнение в пластиковом окне

Будущее уплотнителей и герметиков обещает быть насыщенным: с каждым годом ассортимент всё увеличивается, ­материалы становятся доступнее и ­со­вершеннее. Возможно, появятся прин­ци­пиально новые типы уплотнителей, которые, к примеру, будут избирательно пропускать вещества и иметь неограниченный срок службы. Или наконец-то разработают идеальный уплотнитель, стойкий к любым температурам и химическим воздействиям.