Обсуждаемый вопрос
Что представляет собой гернитовый шнур с точки зрения материаловедения, каков его химический состав, структура и механизм работы в качестве уплотнительного элемента?
Краткий ответ
Гернитовый шнур (Гернит) — это эластичный пористый уплотнительный материал на основе синтетического каучука, получаемый методом экструзии с последующей вулканизацией. Благодаря закрыто-пористой структуре с преобладанием сообщающихся пор материал обладает способностью к значительной упругой деформации (до 30–50% от первоначального сечения) и обеспечивает надёжную гидроизоляцию деформационных, температурных и межпанельных швов в строительных конструкциях. Основной нормативный документ — ГОСТ 19177-81 «Прокладки резиновые пористые уплотнительные».
Расширенный ответ
1. Химический состав и сырьевая база
Гернитовый шнур изготавливается на основе синтетических каучуков — преимущественно бутадиен-стирольных (СКС) и этилен-пропиленовых (СКЭПТ). Рецептура резиновой смеси включает следующие компоненты:
| Компонент | Содержание, масс. ч. | Функциональное назначение |
|---|---|---|
| Синтетический каучук (СКС/СКЭПТ) | 100 | Полимерная основа, эластичность |
| Технический углерод (сажа) | 30–60 | Усиливающий наполнитель, прочность |
| Мел (CaCO₃) | 20–50 | Инертный наполнитель, снижение стоимости |
| Порообразователь (азодикарбонамид) | 5–15 | Формирование пористой структуры |
| Сера | 1,5–3,0 | Вулканизующий агент |
| Ускорители вулканизации | 1,0–2,5 | Регулирование скорости сшивки |
| Стеариновая кислота | 1,0–2,0 | Активатор вулканизации, диспергатор |
| Оксид цинка (ZnO) | 3,0–5,0 | Активатор вулканизации |
| Противостарители | 1,0–2,0 | Защита от термоокислительной деструкции |
| Мягчители (масла) | 5–20 | Пластификация, улучшение перерабатываемости |
Ключевое отличие Гернита от монолитных резиновых уплотнителей — наличие порообразователя, который при температуре вулканизации (140–170 °C) разлагается с выделением газов (преимущественно N₂, CO, CO₂, NH₃), формируя пористую структуру.
2. Механизм порообразования и структура пор
Процесс порообразования описывается реакцией термического разложения азодикарбонамида (порофор ЧХЗ-21):
H₂N–CO–N=N–CO–NH₂ → N₂↑ + CO↑ + 2H₂N–CO· (радикал)
2H₂N–CO· → H₂N–CO–CO–NH₂ (оксамид)
Газовыделение происходит одновременно с вулканизацией каучуковой матрицы, что обеспечивает фиксацию пор в структуре материала. Гернит характеризуется преимущественно закрыто-пористой структурой с долей закрытых пор 60–80%, что определяет его низкое водопоглощение (не более 5% по массе согласно ГОСТ 19177-81, п. 4.5).
Средний размер пор составляет 50–200 мкм. Плотность материала регулируется дозировкой порообразователя и может составлять от 300 до 800 кг/м³. Стандартные марки Гернита имеют плотность 400 ± 40 кг/м³ и 600 ± 60 кг/м³.
3. Механизм уплотнения
Уплотнительная способность Гернита основана на упругой деформации пористой структуры при обжатии в шве. При сжатии шнура на 30–50% от первоначальной высоты сечения происходит:
- Упругая деформация стенок пор — материал стремится восстановить первоначальную форму, создавая контактное давление на стенки шва.
- Частичное схлопывание пор — уменьшение свободного объёма без разрушения перегородок.
- Боковое расширение — коэффициент Пуассона для пористых резин составляет 0,25–0,35, что обеспечивает плотное прилегание к стенкам шва.
Контактное давление σк, развиваемое гернитовым шнуром при обжатии, может быть оценено по эмпирической зависимости:
σк = Eсж · ε / (1 − 2ν)
где Eсж — модуль упругости при сжатии (0,5–2,0 МПа для Гернита), ε — относительная деформация сжатия, ν — коэффициент Пуассона.
4. Физико-механические характеристики по ГОСТ 19177-81
| Показатель | Норма для марки ПРП-40 | Норма для марки ПРП-60 | Метод испытания |
|---|---|---|---|
| Кажущаяся плотность, кг/м³ | 400 ± 40 / 600 ± 60 | 400 ± 40 / 600 ± 60 | ГОСТ 267-73 |
| Условная прочность при растяжении, МПа, не менее | 0,25 | 0,25 | ГОСТ 270-75 |
| Относительное удлинение при разрыве, %, не менее | 100 | 100 | ГОСТ 270-75 |
| Водопоглощение по массе, %, не более | 5,0 | 5,0 | ГОСТ 19177-81, п. 4.5 |
| Температурный интервал работоспособности, °C | −40…+70 | −60…+70 | — |
| Остаточная деформация сжатия (50%, 24 ч, 70 °C), %, не более | 30 | 30 | ГОСТ 9.029-74 |
| Изменение массы после старения (70 °C, 72 ч), %, не более | ±5,0 | ±5,0 | ГОСТ 9.024-74 |
5. Химическая стойкость
Гернит на основе СКЭПТ обладает высокой стойкостью к воздействию:
- Воды (включая морскую) — набухание не более 3% за 30 суток;
- Разбавленных кислот и щелочей (pH 4–10) — без существенной деградации;
- Озона и УФ-излучения — требуется защита мастикой или профилем при наружном применении;
- Масел и нефтепродуктов — ограниченная стойкость (набухание до 20%), не рекомендуется прямой контакт.
Заключение
Гернитовый шнур представляет собой высокоэффективный уплотнительный материал, чьи эксплуатационные свойства определяются синергией трёх факторов: эластичностью каучуковой матрицы, закрыто-пористой структурой и способностью к значительным упругим деформациям. Правильный выбор марки (ПРП-40 или ПРП-60), плотности (400 или 600 кг/м³) и геометрии сечения в соответствии с проектной шириной шва и ожидаемыми деформациями является критическим условием долговечной работы узла уплотнения. Применение Гернита регламентировано ГОСТ 19177-81, а его совместная работа с мастиками и дилатационными профилями — требованиями СП 70.13330.2012 и СП 28.13330.2017.
Нормативные ссылки
- ГОСТ 19177-81 «Прокладки резиновые пористые уплотнительные. Технические условия»
- ГОСТ 267-73 «Резина. Методы определения плотности»
- ГОСТ 270-75 «Резина. Метод определения упругопрочностных свойств при растяжении»
- ГОСТ 9.024-74 «Резины. Методы испытаний на стойкость к термическому старению»
- ГОСТ 9.029-74 «Резины. Методы испытаний на стойкость к старению при статической деформации сжатия»
- СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции» (актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87)
- СП 28.13330.2017 «Защита строительных конструкций от коррозии» (актуализированная редакция СНиП 2.03.11-85)
- СП 71.13330.2017 «Изоляционные и отделочные покрытия» (актуализированная редакция СНиП 3.04.01-87)
