Не, честно казано, това няма да е скучно - особено ако обичате еластични гумени неща. Ако продължите да четете, ще разберете почти всичко, което някога сте искали да знаете за еднокомпонентните силиконови уплътнители.
1) Какво представляват те
2) Как да ги направим
3) Къде да ги използваме
Въведение
Какво е еднокомпонентен силиконов уплътнител?
Съществуват много видове химически втвърдяващи се уплътнители - най-известните са силиконови, полиуретанови и полисулфидни. Името им идва от структурата на участващите молекули.
Силиконовият гръбнак е:
Si – O – Si - O – Si – O – Si
Модифицираният силикон е нова технология (поне в САЩ) и всъщност означава органична структура, втвърдена със силанова химия. Пример за това е полипропиленов оксид, терминиран с алкоксисилан.
Всички тези химични състави могат да бъдат еднокомпонентни или двукомпонентни, което очевидно е свързано с броя на частите, необходими за втвърдяване на материала. Следователно, една част просто означава, че трябва да отворите тубата, патрона или кофата и материалът ще се втвърди. Обикновено тези еднокомпонентни системи реагират с влагата във въздуха, за да се превърнат в гума.
Така че, еднокомпонентният силикон е система, която е стабилна в тръбата, докато при излагане на въздух не се втвърди, за да се получи силиконов каучук.
Предимства
Еднокомпонентните силикони имат много уникални предимства.
-Когато са правилно смесени, те са много стабилни и надеждни с отлична адхезия и физични свойства. Срокът на годност (времето, през което можете да ги оставите в тубата, преди да ги използвате) от поне една година е нормален, като някои формулировки издържат много години. Силиконите също така имат безспорно най-добри дългосрочни характеристики. Техните физични свойства почти не се променят с течение на времето, без да се влияе от UV лъчението, и освен това показват отлична температурна стабилност, превишаваща тази на други уплътнители с поне 50℃.
-Еднокомпонентните силикони се втвърдяват сравнително бързо, обикновено образувайки кожичка в рамките на 5 до 10 минути, стават нелепкави в рамките на един час и се втвърдяват до еластична гума с дебелина около 1/10 инча за по-малко от ден. Повърхността има приятно гумено усещане.
-Тъй като могат да бъдат направени полупрозрачни, което само по себе си е важна характеристика (полупрозрачността е най-използваният цвят), е сравнително лесно да се пигментират във всякакъв цвят.
Ограничения
Силиконите имат две основни ограничения.
1) Не могат да се боядисват с боя на водна основа - може да е трудно и с боя на базата на разтворител.
2) След втвърдяване, уплътнителят може да освободи част от силиконовия си пластификатор, който при използване в разширителна фуга на сграда може да създаде грозни петна по ръба на фугата.
Разбира се, поради самата природа на това, че е еднокомпонентна, е невъзможно да се получи бързо дълбоко сечение чрез втвърдяване, защото системата трябва да реагира с въздуха и следователно да се втвърдява отгоре надолу. Ако бъдем малко по-конкретни, силиконите не могат да се използват като единствено уплътнение в изолирани стъклопакети, защото... Въпреки че са отлични в предпазването от навлизане на вода в големи количества, водните пари преминават сравнително лесно през втвърдения силиконов каучук, което води до замъгляване на IG стъклопакетите.
Пазарни области и приложения
Еднокомпонентните силикони се използват почти навсякъде, включително, за ужас на някои собственици на сгради, където двете гореспоменати ограничения създават проблеми.
Пазарите на строителство и „Направи си сам“ представляват основния обем, следвани от автомобилния, промишления, електронния и аерокосмическия. Както при всички уплътнители, основната функция на еднокомпонентните силикони е да залепват и да запълват празнината между две сходни или различни основи, за да предотвратят проникването на вода или течение. Понякога формулата едва се променя, освен за да стане по-течлива, върху която след това се превръща в покритие. Най-добрият начин да се направи разграничение между покритие, лепило и уплътнител е прост. Уплътнителят запечатва между две повърхности, докато покритието покрива и защитава само една, докато лепилото в голяма степен държи две повърхности заедно. Уплътнителят е най-подобен на лепило, когато се използва в структурно остъкляване или изолационно остъкляване, но той все още функционира като запечатване на двете основи, освен че ги държи заедно.
Основна химия
В невтвърдено състояние силиконовият уплътнител обикновено изглежда като гъста паста или крем. При излагане на въздух, реактивните крайни групи на силиконовия полимер се хидролизират (реагират с вода) и след това се свързват помежду си, освобождавайки вода и образувайки дълги полимерни вериги, които продължават да реагират помежду си, докато накрая пастата се превърне във впечатляваща гума. Реактивната група в края на силиконовия полимер идва от най-важната част от формулата (с изключение на самия полимер), а именно омрежващия агент. Именно омрежващият агент придава на уплътнителя характерните му свойства, било то директно, като мирис и скорост на втвърдяване, или индиректно, като цвят, адхезия и др., поради другите суровини, които могат да се използват със специфични системи за омрежване, като пълнители и промотори на адхезия. Изборът на правилния омрежващ агент е ключов за определяне на крайните свойства на уплътнителя.
Видове втвърдяване
Има няколко различни системи за втвърдяване.
1) Ацетокси (миризма на кисел оцет)
2) Оксим
3) Алкокси
4) Бензамид
5) Амин
6) Аминокси
Оксимите, алкоксиите и бензамидите (по-широко използвани в Европа) са така наречените неутрални или некиселинни системи. Амините и аминокси системите имат амонячна миризма и обикновено се използват повече в автомобилните и промишлените области или за специфични приложения на открито в строителството.
Суровини
Формулировките съдържат няколко различни компонента, някои от които са по избор, в зависимост от предвидената крайна употреба.
Единствените абсолютно необходими суровини са реактивен полимер и омрежващ агент. Въпреки това, почти винаги се добавят пълнители, адхезионни промотори, нереактивен (пластификационен) полимер и катализатори. Освен това могат да се използват много други добавки, като например цветни пасти, фунгициди, забавители на горенето и термостабилизатори.
Основни формулировки
Типична формула за оксимна конструкция или „направи си сам“ уплътнител ще изглежда по следния начин:
| % | ||
| Полидиметилсилоксан, OH терминиран 50 000 cps | 65.9 | Полимер |
| Полидиметилсилоксан, с триметилтерминирана група, 1000 cps | 20 | Пластификатор |
| Метилтриоксиминозилан | 5 | Крослинер |
| Аминопропилтриетоксисилан | 1 | Адхезионен промотор |
| 150 кв.м/г повърхностна площ пирогенен силициев диоксид | 8 | Пълнител |
| Дибутилкалаен дилаурат | 0.1 | Катализатор |
| Общо | 100 |
Физически свойства
Типичните физични свойства включват:
| Удължение (%) | 550 |
| Якост на опън (MPa) | 1.9 |
| Модул при 100 удължение (MPa) | 0,4 |
| Твърдост по Шор А | 22 |
| Време за образуване на коричка (мин.) | 10 |
| Време за изсъхване (мин) | 60 |
| Време за надраскване (мин) | 120 |
| Чрез втвърдяване (мм за 24 часа) | 2 |
Формулировките, използващи други омрежващи агенти, ще изглеждат сходни, вероятно с разлика в нивото на омрежващия агент, вида на промотора на адхезията и катализаторите за втвърдяване. Физическите им свойства ще се различават леко, освен ако не се използват удължаващи веригата агенти. Някои системи не могат да бъдат направени лесно, освен ако не се използва голямо количество тебеширен пълнител. Очевидно е, че тези видове формулировки не могат да бъдат произведени в прозрачен или полупрозрачен вид.
Разработване на уплътнители
Има 3 етапа за разработване на нов уплътнител.
1) Концепция, производство и тестване в лаборатория - много малки обеми
Тук лаборантът има нови идеи и обикновено започва с ръчна партида от около 100 грама уплътнител, само за да види как се втвърдява и какъв вид каучук се произвежда. Сега има нова машина "The Hauschild Speed Mix" от FlackTek Inc. Тази специализирана машина е идеална за смесване на тези малки партиди от 100 грама за секунди, като същевременно се изхвърля въздух. Това е важно, тъй като сега позволява на разработчика реално да тества физичните свойства на тези малки партиди. Пирогенен силициев диоксид или други пълнители, като например утаени тебешири, могат да се смесят със силикона за около 8 секунди. Обезвъздушаването отнема около 20-25 секунди. Машината работи чрез двоен асиметричен центрофужен механизъм, който основно използва самите частици като собствени смесителни рамена. Максималният размер на сместа е 100 грама и се предлагат няколко различни вида чаши, включително чаши за еднократна употреба, което означава, че абсолютно не се изисква почистване.
Ключов фактор в процеса на формулиране не са само видовете съставки, но и редът на добавяне и времето за смесване. Естествено, отстраняването или отстраняването на въздух е важно, за да се осигури срок на годност на продукта, тъй като въздушните мехурчета съдържат влага, която след това ще доведе до втвърдяване на уплътнителя отвътре.
След като химикът е получил вида уплътнител, необходим за неговото конкретно приложение, мащабът на планетарен миксер се увеличава до 1 литър, който може да произведе около 3-4 малки епруветки от 110 мл (3 унции). Това е достатъчен материал за първоначално тестване на срока на годност и тест за адхезия, както и за всякакви други специални изисквания.
След това той може да отиде до машина с обем 1 или 2 галона, за да произведе 8-12 туби от 10 унции (283 мл) за по-задълбочени тестове и вземане на проби от клиентите. Уплътнителят се екструдира от съда през метален цилиндър в патрона, който се поставя върху опаковъчния цилиндър. След тези тестове той е готов за увеличаване на мащаба.
2) Мащабиране и фина настройка - средни обеми
При увеличаване на мащаба, лабораторната формула вече се произвежда на по-голяма машина, обикновено в диапазона от 100-200 кг или около варел. Тази стъпка има две основни цели.
а) да се види дали има някакви съществени промени между размера на частиците от 4 фунта (1,8 кг) и този по-голям размер, които могат да са резултат от скоростите на смесване и диспергиране, скоростите на реакция и различното количество на плънката в сместа, и
б) да се произведе достатъчно материал за вземане на проби от потенциални клиенти и да се получи реална обратна връзка от работното място.
Тази машина с обем 50 галона е много полезна и за промишлени продукти, когато са необходими малки обеми или специални цветове и е необходимо да се произвежда само около един барабан от всеки тип наведнъж.
Съществуват няколко вида смесителни машини. Двата най-често използвани са планетарните миксери (както е показано по-горе) и високоскоростните диспергатори. Планетарният миксер е подходящ за смеси с по-висок вискозитет, докато диспергаторът се представя по-добре, особено в течни системи с по-нисък вискозитет. При типичните строителни уплътнители може да се използва и двете машини, стига да се обърне внимание на времето за смесване и потенциалното генериране на топлина от високоскоростния диспергатор.
3) Пълномащабни производствени количества
Крайното производство, което може да бъде партидно или непрекъснато, се надяваме просто да възпроизвежда крайната формула от стъпката на увеличаване на мащаба. Обикновено първо в производственото оборудване се произвежда относително малко количество (2 или 3 партиди или 1-2 часа непрекъснато) материал и се проверява преди да се пристъпи към нормално производство.
Тестване - какво и как да се тества.
Какво
Физични свойства - удължение, якост на опън и модул
Адхезия към подходяща основа
Срок на годност - както ускорено, така и при стайна температура
Скорости на втвърдяване - време за образуване на коричка, време за нелепване, време за надраскване и пълно втвърдяване, цветове, температурна стабилност или стабилност в различни течности като масло
Освен това се проверяват или наблюдават и други ключови свойства: консистенция, слаба миризма, корозивност и общ външен вид.
Как
Издърпва се лист уплътнител и се оставя да втвърди за една седмица. След това се изрязва специален щанга и се поставя в тестер за опън, за да се измерят физични свойства като удължение, модул и якост на опън. Те се използват и за измерване на силите на адхезия/кохезия върху специално подготвени проби. Прости тестове за адхезия „да/не“ се извършват чрез издърпване на капки материал, втвърден върху въпросните основи.
Уредът Shore-A измерва твърдостта на гумата. Това устройство изглежда като тежест и манометър с връх, който се натиска във втвърдената проба. Колкото повече връхът прониква в гумата, толкова по-мека е гумата и толкова по-ниска е стойността. Типичният строителен уплътнител ще бъде в диапазона 15-35.
Времето за образуване на коричка, времето за сухо залепване и други специални измервания на коричката се извършват или с пръст, или с пластмасови листове с тежести. Измерва се времето, преди пластмасата да може да се отстрани чисто.
За срок на годност, тубите с уплътнител се отлежават или при стайна температура (което естествено отнема 1 година, за да се докаже едногодишен срок на годност), или при повишени температури, обикновено от 50℃ за 1, 3, 5, 7 седмици и т.н. След процеса на отлежаване (тръбата се оставя да се охлади в ускорения случай), материалът се екструдира от тубата и се изтегля в лист, където се оставя да се втвърди. Физическите свойства на каучука, образуван в тези листове, се тестват както преди. След това тези свойства се сравняват с тези на прясно смесените материали, за да се определи подходящият срок на годност.
Подробно обяснение на повечето необходими тестове може да се намери в наръчника на ASTM.
Някои заключителни съвети
Еднокомпонентните силикони са най-висококачествените уплътнители. Те имат ограничения и ако се изискват специфични изисквания, могат да бъдат разработени специално.
Ключово е да се гарантира, че всички суровини са възможно най-сухи, формулата е стабилна и че въздухът е отстранен по време на производствения процес.
Разработването и тестването са по същество един и същ процес за всеки еднокомпонентен уплътнител, независимо от вида му - просто се уверете, че сте проверили всяко възможно свойство, преди да започнете да произвеждате количества, и че имате ясна представа за нуждите на приложението.
В зависимост от изискванията на приложението, може да се избере правилната химия за втвърдяване. Например, ако е избран силикон и миризмата, корозията и адхезията не се считат за важни, но е необходима ниска цена, тогава ацетокси е правилният избор. Ако обаче става въпрос за метални части, които могат да корозират, или се изисква специална адхезия към пластмаса в уникален лъскав цвят, тогава ви е необходим оксим.
[1] Дейл Флакет. Силициеви съединения: силани и силикони [M]. Gelest Inc: 433-439
* Снимка от силиконов уплътнител OLIVIA
Време на публикуване: 31 март 2024 г.
