БЕРЕГИСЬ УПЛОТНИТЕЛЯ!

           Прошло около 15 лет с того времени, как  был принят ГОСТ 30778-2001 «Прокладки уплотняющие для оконных и дверных блоков»,  насущная потребность в котором в то время назрела. В России  тогда уже действовали современные производства по изготовлению профилей из резины на основе этиленпропиленовых каучуков (ЭПК) для систем остекления, и данная продукция требовала специального  нормативно-технического документа. При разработке  ГОСТа был учтён уровень  технических требований к уплотнителям из резины, содержащихся в национальных стандартах Германии DIN 7863,  DIN 7715 и RAL-GZ 716-1.  В зависимости от типа используемого эластомера в ГОСТ 30778-2001 уплотнители были разделены на четыре группы, из которых группы I, II, и III – это резины на основе, соответственно, этиленпропиленового  (EPDM), силиконового и хлоропренового  каучуков, а группа IV – уплотнители из термоэластопластов (TЭП) с более узким температурным интервалом эксплуатации,  уступающие по значению ряда показателей первым трём группам.  Цель данной статьи – провести сравнительный анализ качества и эксплуатационных характеристик уплотнителей групп I и IV, как наиболее распространённых на российском рынке, в связи с  неправомерно широким, на мой взгляд, применением уплотнителей из ТЭП вместо уплотнителей EPDM в системах остекления в ущерб качеству данных систем. А также критически осмыслить некоторые разделы  действующих в России нормативных документов на уплотнители, касающиеся технических требований и методов оценки  качества уплотнителей.

           Чтобы не быть голословным в выводах относительно  свойств данных материалов и преимуществ одних перед другими, я буду опираться на результаты  испытаний композиций  на основе SEBS четырёх крупных российских производителей (их имена открывать не имеет смысла) и резины EPDM по всем показателям таблицы 2 ГОСТ 30778-2001.  Для этого испытания были проведены  как в строгом соответствии с ГОСТ 30778, так и по изменённым, с целью сделать их идентичными, методикам.  А определение показателя «Коэффициент морозостойкости по эластическому восстановлению после сжатия» (п. 4 таблицы 2), которое для ТЭП  ГОСТ 30778 вообще не предусматривает,   проводилось при более высокой температуре минус 45 градусов,  при которой возможно испытывать ТЭП, и при той же температуре была испытана и резина EPDM.  Испытания показателей «Относительная остаточная деформация при статической деформации сжатия»  и   «Изменение показателей после старения в воздухе» были проведены дважды, в том числе по одинаковым  методикам, чтобы в дальнейшем иметь возможность сделать сравнительные выводы.  Испытания проводились в лабораториях ЗАО «Уралэластотехника», Екатеринбург (для резины EPDM, группа I ГОСТ 30778)  и  ООО «НИИЭМИ», Москва (для ТЭП, группа IV).

И вот какие получились результаты.

Таблица 1  Результаты сравнительных испытаний материалов, используемых для производства уплотнителей светопрозрачных конструкций:  резины на основе каучука EPDM (группа I ГОСТ 30778) и термоэластопластов на основе эластомера SEBS (группа IV ГОСТ 30778)

      Для удобства чтения таблицы значения, не удовлетворяющие требованиям ГОСТ 30778, выделены жирным шрифтом.

     Как видно из приведённых результатов, по  показателям «Условная прочность при растяжении» и  «Температурный предел хрупкости»  резины EPDM  безусловно превосходят ТЭП, хотя показатели последних  соответствуют нормам, заложенным в ГОСТ.  Коэффициент морозостойкости по эластическому восстановлению ТЭП после сжатия при температуре минус 45 °С показал, что только один из четырёх образцов ТЭП может соперничать с резиной при работе в условиях низких температур. А вот при работе в условиях повышенных температур ни один образец  ТЭП не годится, что показал показатель «Относительная остаточная деформация при статической деформации сжатия», определённому как по методике  для ТЭП (при температуре 70 °С), так и  по методике для резины (при температуре 100 °С).  Нетрудно предсказать, какова  будет работоспособность уплотнителей, изготовленных из таких материалов, а ведь они  широко продаются на российском рынке!

     Я пытался понять, как получилось, что определение показателя «Коэффициент морозостойкости по эластическому восстановлению после сжатия»  для ТЭП  ГОСТом не было предусмотрено, но сейчас  никто из разработчиков не мог этого вспомнить. Вроде бы,  из-за отсутствия методических данных. Если это так, взамен данного показателя следовало бы включить иной показатель, характеризующий  эластичность ТЭП при низких температурах.  Например, взяв за аналог  RAL-GZ 716-1, где предусмотрено определение остаточной деформации сжатия при  температуре минус 25 градусов, но этого не сделали — вот такое для ТЭПов получилось послабление!  Но это же неправильно – не предусмотреть контроль по важнейшему показателю, характеризующему работоспособность уплотнителя на морозе.    

     Материал ТЭП демонстрирует высокую стойкость к старению, о чём свидетельствует стабильность показателей под номерами 6, 6-1 и 7 нашей таблицы. Также  хорош показатель 2  «Относительное удлинение при разрыве»,  но высокую растяжимость термоэластопласта до разрыва (более 500 %)   можно отнести к достоинствам  материала лишь условно.  В конце концов – жевательная резинка в руках малолетнего шалуна покажет ещё большую способность растягиваться. Нужно видеть  образцы ТЭП в процессе данного испытания! Будучи растянутыми, они, в отличие от резиновых,  не восстанавливают прежних размеров по окончанию действия нагрузки в той степени, как восстанавливается резина.  Остаточная деформация при растяжении ТЭП на порядок выше, чем у резины, а это  признак  низкой  эластичности. Но  наличие эластичности у материала уплотнителя – это непреложное условие качественного уплотнения, потому что в процессе работы именно  это свойство  необходимо для упруго-эластического прижимного контакта элементов уплотнителя к прилегающим конструкциям. Физико-химическую природу этого различия я попытаюсь разъяснить ниже.   

      В то время, когда разрабатывался ГОСТ 30778-2001, в России не производились термоэластопласты и композиции на их основе, пригодные для  оконно-дверных уплотнителей, и все ТЭП-уплотнители изготавливались из импортных готовых композиций. Это были композиции на основе термопластичных вулканизатов (TPV) — динамически вулканизованных смесей каучуков с полиолефинами, в частности, ЭПК (EPDM) с полипропиленом, весьма недешёвые, но привлекательные технологической простотой и экономичностью переработки, а также своей широкой цветовой гаммой. Они успешно применялись, в основном, в производстве деревянных окон, где их эксплуатационные свойства вполне удовлетворяли своему назначению.

     Тогда же началось широкое распространение более дешёвых термоэластопластов — стирол-этиленбутилен-стирольных блоксополимеров SEBS  и композиций  на их основе, также импортных поставок.  

     Встречающиеся до сих пор на российском рынке уплотнители из композиций на основе отечественного ТЭП — блоксополимера СБС, вообще-то предназначенного для улучшения свойств асфальта, и которые разваливаются на второй год эксплуатации, я не рассматриваю.

     Термоэластопласты SEBS несколько уступали  TPV по упруго-эластическим свойствам, но в борьбе между ценой и качеством победила цена, и  уплотнители из ТЭП на основе SEBS потеснили на российском рынке TPV-уплотнители.  В то время уплотнители из SEBS имели цену сравнимую с ценами  резиновых уплотнителей, поэтому они занимали на  рынке уплотнителей свою скромную нишу – в основном это был  тот же рынок деревянных окон, и данная ситуация выглядела вполне допустимой. Потому что в сложных системах остекления по-прежнему использовались более надёжные в эксплуатации импортные уплотнители  на основе EPDM, или их российские аналоги – уплотнители группы I по ГОСТ 30778-2001 из резин на основе того же импортного EPDM, или российского ЭПК (СКЭПТ).

     Но через несколько лет положение начало коренным образом меняться. В России появились собственные производители композиций термоэластопластов  на основе импортных эластомеров SEBS. Началась конкурентная борьба производителей композиций ТЭП между собой, а также  производителей уплотнителей из ТЭП против производителей  уплотнителей из резины на основе ЭПК.  И, уж так повелось в этом веке на российском рынке, победу одерживали  производители далеко не лучших по качеству, но более дешёвых материалов и изделий — композиций ТЭП и,  соответственно, дешёвых уплотнителей из этого материала. Производителями  были и  достаточно крупные производства, но и в самых примитивных условиях, где-то в гаражных боксах или иных,  неприспособленных для серьёзного производства условиях, на бог-знает-каком оборудовании, без систематического лабораторного и метрологического контроля изготавливаются композиции и  производятся уплотнители, попадающие на широкий строительный рынок. И уже не только окна и двери  являются областью их применения, но, в условиях отсутствия действенного государственного контроля качества строительства, в нарушение  строительной проектной документации и  без согласования с разработчиками и производителями системных алюминиевых конструкций,  их   применяют  также в сложных  фасадных системах остекления, в светопрозрачных покрытиях, где проектной документацией предусмотрена установка резиновых уплотнителей на основе ЭПК (EPDM).   

     Как было показано выше, SEBS-уплотнители имеют такое потребительское свойство высокого уровня, как стойкость к атмосферным воздействиям, к факторам старения.  Но  из-за низкой эластичности  они проигрывают резине по скорости накопления остаточной деформации при  деформации сжатия, что особенно проявляется  в условиях нагрева конструкций на солнце,  ветрового давления и при низких температурах. Следовательно, свою главную функцию – уплотнять зазоры и герметизировать соединения, находясь в реальных условиях  эксплуатации, уплотнители из  ТЭП  будут хуже, чем резиновые из ЭПК (EPDM). Но производители ТЭП-уплотнителей об этом умалчивают, вводя и потребителей, и строителей в заблуждение, соблазняя их низкой ценой.  Строителей последствия могут не коснуться, если дефекты уплотнения проявятся по истечению гарантийного срока обслуживания зданий.  А вот потребителей, владельцев, ждёт неприятный сюрприз:  со временем светопрозрачные конструкции, где установлены  ТЭП-уплотнители,  будут продуваться ветром и протекать под дождём, ухудшится их звукоизоляция, а проникающие в конструкционные зазоры и полости влага и пыль приведут к гнилостным явлениям, вызовут образование плесени, отсюда — появление неприятного запаха внутри помещений. Отмечена даже вибрация стеклопакетов на ветру, что прямо указывает на появление зазоров в местах уплотнения. Если это только окна и двери – это одна беда, здесь их несложно заменить. Гораздо хуже, если дефекты появятся в сложных системах фасадного остекления. Что делать  владельцам зданий и сооружений, которые, столкнутся с вышеописанными явлениями? Провести ремонт с целью замены уплотнителей? Но для этого придётся в той или иной степени разбирать фасадные конструкции, снимать стеклопакеты или поликарбонат… Скорее всего, всё так и останется на долгие годы. И будут недобрым словом поминать люди — кто строителей, кто разработчиков системы, хотя большинство пострадавших поймут, что виноваты уплотнители. На самом деле винить надо тех, кто закупил  и поставил уплотнители, которые подешевле, вместо предусмотренных проектом.     

     Примечательно содержание рекламы производителей ТЭП-уплотнителей. Конечно, их качество  преподносится ими как самое высокое, декларируется даже работоспособность при температуре до 130 градусов! А TPV-уплотнители  вообще объявляются  кем-то EPDM-уплотнителями, ведь в составе TPV-материала  имеется EPDM, да ещё многим известно о его динамической вулканизации в процессе  производства! Чего здесь больше, дилентантства или лукавства? Тем, кто не знает, полезно уяснить (выполняю  обещание сделать небольшой экскурс в основы химии и физики полимеров),  что EPDM-резина – это вулканизованная резиновая смесь на основе специального, стойкого к факторам старения, каучука EPDM. При вулканизации каучука образуется прочная пространственная сетка из поперечно-сшитых химическими связями очень длинных и причудливо закрученных каучуковых молекул, и благодаря этой структуре резина обладает уникальными свойствами упруго-эластичности, высокой динамической выносливостью, не плавится при высокой температуре, не растворяется ни в каких растворителях.  Если приложить деформирующее усилие к вулканизованной резине (например, растянуть),  молекулы каучука  изменят свои конфигурации,  они развернутся как спирали. Но каждая молекула при этом будет стремиться вернуться к прежней форме, что продиктовано  свойственным ей энергетически выгодным равновесным состоянием,  поэтому после снятия нагрузки изделие (уплотнитель) восстанавливает  прежнюю форму. Повышение температуры лишь делает молекулы  более подвижными, а резину — несколько более мягкой, без какого-либо ущерба для эластичности изделия (уплотнителя).  

     А термоэластопласты  по сути являются пластмассой. Это сополимеры или смесь из двух  мономеров,  образующих две разнородные микродисперсные фазы, одна из которых мягкая – она придаёт эластические свойства, другая твёрдая – она придаёт термопластичные свойства.  В молекулярной структуре ТЭП нет пространственной вулканизационной сетки, из-за чего, например, они легко растворяются в соответствующих растворителях. Соседние полимерные молекулы здесь соединены между собой  связями, имеющими электрическую природу. Прочность их не идёт ни в какое сравнение с прочностью химических связей между молекулами каучука в вулканизованной резине.    А динамически вулканизованный EPDM в термоэластопласте TPV присутствует лишь в виде мелких частиц, микродисперсно распределённых в жёсткой фазе термопласта  (полипропилена).  Поэтому в ТЭПах  восстановление прежней молекулярной структуры (и формы уплотнителя) после снятия деформирующей нагрузки возможно лишь при  малых деформациях и при невысоких температурах.  Только в таких условиях термоэластопласты  ведут себя как резиноподобный материал. А увеличение деформации, многократное динамическое воздействие, да ещё в условиях нагрева (ведь температура металлоконструкций даже в средней полосе России на солнце летом достигает 70 градусов), приводит к разрыву слабых электрических связей и смещению молекул относительно друг друга, которое необратимо. Явление смещения молекул относительно друг друга при деформации полимера так и называется – «ползучесть». Напомним, что материал ТЭП  при повышении температуры размягчается, ведь его твёрдая фаза – это термопласт, т.е., плавящийся  материал, пластмасса. В результате появляется остаточная деформация ТЭП-уплотнителя, искажается его форма, и всё это приводит к ухудшению уплотняющей способности.

     А как же объявленная в рекламе производителей ТЭП-уплотнителей температура эксплуатации  «до130 градусов», — это что же, обман?   Не совсем. Сам материал SEBS действительно теплостоек, то есть, не разрушается длительное время при данной температуре. Но его способность восстанавливать первоначальную форму после деформации при таких высоких температурах снижается до критического уровня, ещё несколько десятков градусов нагрева и он «поплывёт», начнёт размягчаться перед тем как окончательно расплавиться. И какой может быть «упруго-эластический контакт уплотнителя с прилегающей строительной конструкцией» при такой температуре?

     Таким образом, нет никаких оснований ожидать от уплотнителей из ТЭП-материалов  такой же надёжности и долговечности, какими обладают уплотнители из резины.       

      Но кого-то успокаивает,  что  поставки ТЭП-уплотнителей защищены сертификатами соответствия  ГОСТу 30778-2001. Вот только эта сертификация, как известно,  добровольная (отличительный признак таких сертификатов — голубой цвет), и как она нередко проводится, все знают…   Но даже при вполне достоверной оценке сертификат свидетельствует о соответствии  уплотнителей из ТЭП требованиям группы IV ГОСТ 30778-2001, а они, как было показано выше, существенно ниже, чем  требования к уплотнителям группы I из резины EPDM, и это исключает право прямой замены первых на вторые. Такая замена неравноценна!

     Следует сказать ещё вот о чём. ГОСТ 30778-2001 предусматривает определение долговечности уплотнителей, которая должна быть «не менее 10  условных лет эксплуатации» (п. 4.2.10).  И протокол таких испытаний, проводимых по ГОСТ 31362-2007 «Метод определения сопротивления эксплуатационным воздействиям», имеется, наверное, у каждого производителя ТЭП-уплотнителей.  Испытания по ГОСТ 31362-2007 заключаются в определении изменений  ряда физико-механических показателей уплотнителей в процессе циклических воздействий факторов, имитирующих условия реальной эксплуатации, а именно: переменных температур, УФ-излучения, озона и многократного и (или) статического сжатия, что позволяет судить о свойствах материала уплотнителей, его долговечности, о его стойкости в естественных природных условиях, что очень важно, конечно.  И уплотнители из ТЭП SEBS эти испытания успешно проходят, потому что сам материал действительно стоек к  факторам старения. Некоторые производители получают протокол о долговечности даже на 20 условных лет эксплуатации. Конечно, это обходится им дороже, ведь от количества испытательных циклов зависит стоимость испытаний, но зато какой это весомый коммерческий козырь! 

     Подчеркну, что испытываются-то всё-таки готовые уплотнители, важнейшей характеристикой которых является их форма и размеры.  Но  изменение формы и размеров этих уплотнителей в результате  воздействия факторов искусственного старения  в  ходе испытаний не контролируется. А ведь  именно подтверждённая неизменность формы уплотнителя и размеров его сечения в условиях воздействия факторов ускоренного старения и многократных деформаций сжатия  явились бы свидетельством  стабильности, сохранения  уплотняющей способности, следовательно, залогом его высокого качества.  Потому что именно эти свойства  необходимы для   плотного заполнения всех зазоров и упругого контакта  лепестков и других элементов уплотнителя со стеклом и с прилегающими конструкциями в течение многих лет  эксплуатации.  Увы, ГОСТ 31362-2007 контроля неизменности формы и размеров в ходе испытаний  не предусматривает.   

  И ещё об этих испытаниях. Так как  проведения испытаний на долговечность требует ГОСТ 30778-2001, они не являются добровольными, это обязательные испытания. По моему мнению, и отбор образцов для испытаний должен производиться как при обязательной сертификации: образцы должны отбираться в присутствии независимого представителя, упаковываться, пломбироваться или опечатываться на месте отбора, и только в таком виде они должны приниматься испытательной лабораторией. В действительности принимаются любые образцы, переданные заявителем.

А следующее замечание – к сведению приобретателей уплотнителей. Производитель уплотнителей должен предъявлять протокол испытаний на долговечность по ГОСТу 31362-2007 совместно с приложениями к данному протоколу – таблицами с результатами испытаний. В этих таблицах в графе «Устойчивость к многократному и статическому сжатию» должно быть указано количество циклов сжатия. Зачастую там указано «20 000 циклов», а это значит, что заключение о долговечности распространяется на уплотнители  только оконных  блоков. Потому что, согласно этому ГОСТу (п.7.1), 20 000 – это рекомендованное число циклов сжатия уплотнителей  для оконных блоков, а вот для дверных блоков рекомендованное число циклов — 500 000.

     А вот теперь  судите сами, насколько наличие сертификата соответствия и протокола о долговечности  могут повысить уверенность покупателя в надёжности  уплотнителей.

      Пора делать вывод и он очень прост:  если в проектной строительной  документации указан материал уплотнителей – резина EPDM,  никому не позволено самовольно, без согласования с разработчиком, производить замену на другой материал. Тем более – на материал с заведомо более низкими показателями. Но, увы, фактам замены резиновых уплотнителей на уплотнители ТЭП в фасадных системах остекления  есть конкретные примеры. И насколько  это стало массовым явлением, трудно судить! Заменяют чаще всего строители, вводя в заблуждение потребителя и преследуя цели личной наживы.  Потому что конечный заказчик вряд ли пойдёт на такую замену, ведь в объёме всей системы остекления доля стоимости уплотнителей составляет очень незначительную величину. Хочется верить, что  строители идут на неправомерную замену от незнания, от непонимания, к чему  это может привести, и надеемся, что данная статья поможет кому-то избежать соблазна  получения дополнительной прибыли, рискуя в дальнейшем «наградить» кого-то  проблемами, о которых было сказано выше.

      Понимая суть проблемы, некоторые производители систем остекления  не продают свои конструкции без уплотнителей, самостоятельно комплектуя свои поставки уплотнителями от проверенных производителей, вот жаль только, что так делают не все.

     Но я не предлагаю никаких радикальных мер против  использования термоэластопластов в уплотнителях.   Уплотнители  из ТЭП для светопрозрачных конструкций могут производиться,  но область их использования должна иметь определённые рамки, как это предусмотрено, например, в  стандарте  RAL-GZ 716-1, где для  ТЭП-уплотнителей в зависимости от сферы применения предусмотрены две группы:

     группа IV — для всех сфер применения (наружные и внутренние объекты).

     группа V  — только для внутренних объектов.

     При этом необходимо помнить, что RAL-GZ 716-1 – нормативный документ для пластиковых окон, а у нас речь идёт, в первую очередь, о фасадных системах остекления, требующих более высокой надёжности уплотнителей.        

     А теперь, внимание, провожу фактологическую параллель:

     —  для  группы уплотнителей V стандарт RAL-GZ 716-1 не предусматривает испытание на работоспособность  при отрицательной температуре. Понятно, ведь они предназначены только для внутренних объектов, т. е., для установки внутри помещений;

    —   для группы IV ГОСТ 30778-2001 (группа уплотнителей из ТЭП) также не предусмотрено испытание ТЭП на  работоспособность  при отрицательной температуре.

     Разве не напрашивается отсюда простой логический вывод: уплотнители  группы IV ГОСТ 30778-2001 также должны быть предназначены только для внутреннего применения. Хотя ГОСТ об этом прямо не говорит. Но вывод напрашивается именно такой:  ГОСТ 30778-2001 не может считаться применимым к уплотнителям из ТЭП, эксплуатируемым на наружных объектах, по причине отсутствия  проверки их работоспособности при низкой температуре. Каким бы неожиданным ни казалось это заключение.

      Отсюда и предложение:  чтобы узаконить применение ТЭП-уплотнителей в наружных объектах, необходимо  ввести в ГОСТ 30778-2001 их классификацию  в зависимости от области применения. При этом для уплотнителей, допущенных к наружному применению,  ввести   испытание,  характеризующее  их работоспособность при низких температурах.  Например, по типу того же  RAL-GZ 716-1, в котором такое испытание предусмотрено.

     Но RAL-GZ 716-1, я повторюсь, распространяется только на пластиковые окна. А для уплотнителей фасадных конструкций в Германии предназначен другой документ – DIN 7863, в современной версии которого уплотнители также разбиты на две группы. (В предыдущей версии 1983 г., которым руководствовались разработчики ГОСТ 30778-2001, такой разбивки не было).  И материал уплотнителей этих групп  отличается показателями прочности: одна группа  с более высокой прочностью — для фасадных конструкций, другая, с меньшей, только для окон. Кстати, материалом для уплотнителей по этому стандарту немецкими специалистами  признаётся только резина EPDM!

     Из всего вышесказанного следует, что ГОСТ 30778-2001 устарел и требует существенной корректировки. Тем более что подошёл срок его пересмотра, так как, согласно общепринятому в России порядку, этот срок составляет 15 лет со дня вступления любого ГОСТа  в действие.  

     А ГОСТ 31362-2007 целесообразно дополнить проведением контроля изменений формы и размеров  сечения  уплотнителей  в ходе циклических воздействий  факторов ускоренного старения при испытаниях. Да ещё о порядке отбора образцов хорошо бы сделать оговорку.

     Но корректировка ГОСТов —  не скорый процесс, а уже сейчас не должно допускаться применение в системах остекления уплотнителей из термоэластопластов, если проектной документацией предусмотрено использование проверенных временем надёжных уплотнителей из резины на основе ЭПК (EPDM).  

     Автор осознаёт, что относительно некоторых выводов, сделанных в статье, могут быть иные мнения, поэтому он, с любезного разрешения редакции,  приглашает оппонентов принять участие в обсуждении данной темы на страницах  журнала «Светопрозрачные конструкции».

Чешев Л.Н.,  директор ООО «Обнинскгазполимер»

Опубликовано в журнале «Светопрозрачные конструкции» № 3-4 за 2015 г.