Ne, to ne bo dolgočasno, iskreno – še posebej, če imate radi raztegljive gumijaste stvari. Če boste brali naprej, boste izvedeli skoraj vse, kar ste kdaj želeli vedeti o enokomponentnih silikonskih tesnilnih masah.
1) Kaj so
2) Kako jih narediti
3) Kje jih uporabiti
Uvod
Kaj je enokomponentna silikonska tesnilna masa?
Obstaja veliko vrst kemično strjevalnih tesnilnih mas – najbolj znane so silikonske, poliuretanske in polisulfidne. Ime izvira iz osnovne strukture molekul, ki sodelujejo pri tem.
Silikonska hrbtenica je:
Si – O – Si - O – Si – O – Si
Modificiran silikon je nova tehnologija (vsaj v ZDA) in dejansko pomeni organsko ogrodje, utrjeno s silansko kemijo. Primer je polipropilen oksid, zaključen z alkoksilanom.
Vse te kemijske sestave so lahko enokomponentne ali dvokomponentne, kar je očitno povezano s številom delov, ki jih potrebujete za strjevanje. Zato en del preprosto pomeni, da odprete tubo, kartušo ali vedro in material se bo strdil. Običajno ti enokomponentni sistemi reagirajo z vlago v zraku in postanejo guma.
Torej, enokomponentni silikon je sistem, ki je v tubi stabilen, dokler se ob stiku z zrakom ne strdi in tvori silikonsko gumo.
Prednosti
Enokomponentni silikoni imajo številne edinstvene prednosti.
-Ko so pravilno sestavljeni, so zelo stabilni in zanesljivi z odličnim oprijemom in fizikalnimi lastnostmi. Običajen rok uporabnosti (čas, ki ga lahko pustite v tubi, preden ga uporabite) je vsaj eno leto, nekatere formulacije pa zdržijo več let. Silikoni imajo nedvomno tudi najboljšo dolgoročno učinkovitost. Njihove fizikalne lastnosti se sčasoma skoraj ne spreminjajo, brez vpliva izpostavljenosti UV-žarkom, poleg tega pa kažejo odlično temperaturno stabilnost, ki za vsaj 50 ℃ presega druge tesnilne mase.
-Enokomponentni silikoni se strdijo relativno hitro, običajno v 5 do 10 minutah razvijejo kožico, v eni uri postanejo nelepljivi in se v manj kot enem dnevu strdijo v elastično gumo, debeline približno 3 mm. Površina je prijetno gumijasta na otip.
-Ker jih je mogoče narediti prosojne, kar je že samo po sebi pomembna lastnost (prosojnost je najpogosteje uporabljena barva), jih je relativno enostavno pigmentirati v katero koli barvo.
Omejitve
Silikoni imajo dve glavni omejitvi.
1) Ni jih mogoče barvati z barvo na vodni osnovi – tudi z barvo na osnovi topil je to lahko težavno.
2) Po strjevanju lahko tesnilna masa sprosti nekaj silikonskega mehčala, ki lahko pri uporabi v dilatacijskih spojih stavbe povzroči neprivlačne madeže vzdolž roba spoja.
Seveda zaradi same narave enodelnega sistema ni mogoče doseči hitrega globokega prereza s strjevanjem, saj mora sistem reagirati z zrakom in se zato strjuje od zgoraj navzdol. Če smo nekoliko natančnejši, silikonov ni mogoče uporabiti kot edino tesnilo v izoliranih steklenih oknih, ker ... Čeprav odlično preprečujejo vdor vode v razsutem stanju, vodna para relativno zlahka prehaja skozi strjeno silikonsko gumo, kar povzroča zarositev IG enot.
Tržna območja in uporaba
Enokomponentni silikoni se uporabljajo skoraj povsod, vključno s tistimi, kjer zgoraj omenjeni dve omejitvi povzročata težave, kar je na žalost nekaterih lastnikov stavb.
Gradbeni in DIY trg predstavljata največji obseg, sledijo pa mu avtomobilski, industrijski, elektronski in letalski trg. Kot pri vseh tesnilnih masah je glavna funkcija enokomponentnih silikonov, da se oprimejo in zapolnijo režo med dvema podobnima ali različnima substratoma, da preprečijo vdor vode ali prepiha. Včasih se formulacija komajda spremeni, razen da postane bolj tekoča, nakar postane premaz. Najboljši način za razlikovanje med premazom, lepilom in tesnilno maso je preprost. Tesnilna masa tesni med dvema površinama, medtem ko premaz prekriva in ščiti le eno, medtem ko lepilo v veliki meri drži dve površini skupaj. Tesnilna masa je najbolj podobna lepilu, ko se uporablja v strukturni zasteklitvi ali izolacijski zasteklitvi, vendar še vedno deluje tako, da tesni obe substrati in ju drži skupaj.
Osnovna kemija
Silikonska tesnilna masa v nestrjenem stanju je običajno videti kot gosta pasta ali krema. Ko so izpostavljene zraku, se reaktivne končne skupine silikonskega polimera hidrolizirajo (reagirajo z vodo) in se nato združijo med seboj, pri čemer sprostijo vodo in tvorijo dolge polimerne verige, ki še naprej reagirajo med seboj, dokler se pasta ne spremeni v impresivno gumo. Reaktivna skupina na koncu silikonskega polimera izvira iz najpomembnejšega dela formulacije (brez samega polimera), in sicer iz zamreževalca. Zamreževalec daje tesnilni masi njene značilne lastnosti, bodisi neposredno, kot sta vonj in hitrost strjevanja, bodisi posredno, kot so barva, oprijem itd., zaradi drugih surovin, ki se lahko uporabljajo s specifičnimi sistemi zamreževalnikov, kot so polnila in pospeševalci oprijema. Izbira pravega zamreževalca je ključnega pomena za določitev končnih lastnosti tesnilne mase.
Vrste strjevanja
Obstaja več različnih sistemov za sušenje.
1) Acetoksi (vonj kislega kisa)
2) Oksim
3) Alkoksi
4) Benzamid
5) Amin
6) Aminoksi
Oksimi, alkoksiji in benzamidi (ki se pogosteje uporabljajo v Evropi) so tako imenovani nevtralni ali nekisli sistemi. Amini in aminoksi sistemi imajo vonj po amoniaku in se običajno uporabljajo bolj v avtomobilski in industrijski industriji ali pri specifičnih aplikacijah na prostem v gradbeništvu.
Surovine
Formulacije vsebujejo več različnih komponent, od katerih so nekatere neobvezne, odvisno od predvidene končne uporabe.
Edini absolutno nujni surovini sta reaktivni polimer in zamreževalec. Vendar pa se skoraj vedno dodajo polnila, adhezijska sredstva, nereaktivni (plastificirajoči) polimer in katalizatorji. Poleg tega se lahko uporabijo številni drugi dodatki, kot so barvne paste, fungicidi, zaviralci gorenja in toplotni stabilizatorji.
Osnovne formulacije
Tipična formulacija tesnilne mase za konstrukcijo z oksimom ali samostojno izdelavo bo videti nekako takole:
| % | ||
| Polidimetilsiloksan, terminiran z OH skupinami, 50.000 cps | 65,9 | Polimer |
| Polidimetilsiloksan, s trimetilnim koncem, 1000 cps | 20 | Plastifikator |
| Metiltrioksiminosilan | 5 | Zamreževalec |
| Aminopropiltrietoksisilan | 1 | Spodbujevalnik adhezije |
| 150 m²/g površine pirogenega silicijevega dioksida | 8 | Polnilo |
| Dibutilkositrov dilaurat | 0,1 | Katalizator |
| Skupaj | 100 |
Fizikalne lastnosti
Tipične fizikalne lastnosti vključujejo:
| Raztezek (%) | 550 |
| Natezna trdnost (MPa) | 1,9 |
| Modul pri 100 Raztezek (MPa) | 0,4 |
| Trdota po Shoreu A | 22 |
| Čas nastajanja kože (min) | 10 |
| Čas strjevanja (min) | 60 |
| Čas praskanja (min) | 120 |
| Skozi strjevanje (mm v 24 urah) | 2 |
Formulacije, ki uporabljajo druga zamreževalca, bodo videti podobne, morda se bodo razlikovale po ravni zamreževalca, vrsti adhezijskega promotorja in katalizatorjih strjevanja. Njihove fizikalne lastnosti se bodo nekoliko razlikovale, razen če so vključena podaljševalca verige. Nekaterih sistemov ni mogoče enostavno izdelati, če se ne uporabi velika količina krednega polnila. Teh vrst formulacij očitno ni mogoče izdelati v prozorni ali prosojni obliki.
Razvoj tesnilnih mas
Razvoj nove tesnilne mase poteka v treh fazah.
1) Zasnova, proizvodnja in testiranje v laboratoriju – zelo majhne količine
Tukaj ima laboratorijski kemik nove ideje in običajno začne z ročno mešanico približno 100 gramov tesnilne mase, samo da bi videl, kako se strdi in kakšna guma nastane. Zdaj je na voljo nov stroj "The Hauschild Speed Mix" podjetja FlackTek Inc. Ta specializiran stroj je idealen za mešanje teh majhnih 100-gramskih serij v nekaj sekundah, pri čemer se iztisne zrak. To je pomembno, saj razvijalcu zdaj omogoča, da dejansko preizkusi fizikalne lastnosti teh majhnih serij. Dimljeni silicijev dioksid ali druga polnila, kot so oborjene krede, se lahko v silikon vmešajo v približno 8 sekundah. Odzračevanje traja približno 20–25 sekund. Stroj deluje na podlagi dvojnega asimetričnega centrifugalnega mehanizma, ki v bistvu uporablja delce same kot lastne mešalne roke. Največja velikost mešanice je 100 gramov in na voljo je več različnih vrst posodic, vključno s posodicami za enkratno uporabo, kar pomeni, da čiščenje sploh ni potrebno.
Ključnega pomena pri postopku formulacije niso le vrste sestavin, temveč tudi vrstni red dodajanja in čas mešanja. Seveda je izključitev ali odstranitev zraka pomembna za podaljšanje roka uporabnosti izdelka, saj zračni mehurčki vsebujejo vlago, ki nato povzroči strjevanje tesnilne mase od znotraj.
Ko kemik pridobi vrsto tesnilne mase, ki jo potrebuje za svojo specifično uporabo, lahko planetarni mešalnik poveča na 1 liter, s čimer lahko proizvede približno 3-4 majhne epruvete po 110 ml (3 oz). To je zadosten material za začetno testiranje roka uporabnosti in test oprijema ter vse druge posebne zahteve.
Nato lahko gre k 1- ali 2-galonskemu stroju, kjer izdela 8–12 tub po 280 g za poglobljeno testiranje in vzorčenje s strani strank. Tesnilna masa se iz lončka skozi kovinski valj iztisne v kartušo, ki se namesti na embalažni valj. Po teh testih je pripravljen na povečanje obsega proizvodnje.
2) Povečanje obsega in fino uglaševanje – srednje količine
Pri povečanju obsega se laboratorijska formulacija zdaj proizvaja na večjem stroju, običajno v razponu od 100 do 200 kg oziroma približno v sodu. Ta korak ima dva glavna namena.
a) preveriti, ali obstajajo kakršne koli pomembne razlike med velikostjo 4 lb in to večjo velikostjo, ki so lahko posledica hitrosti mešanja in disperzije, hitrosti reakcij in različnih količin prosojnosti v mešanici, in
b) pripraviti dovolj gradiva za vzorčenje potencialnih strank in pridobiti dejanske povratne informacije z delovnega mesta.
Ta 50-galonski stroj je zelo uporaben tudi za industrijske izdelke, kadar so potrebne majhne količine ali posebne barve in je treba naenkrat izdelati le približno en sod vsake vrste.
Obstaja več vrst mešalnih strojev. Najpogosteje uporabljena sta planetarni mešalniki (kot je prikazano zgoraj) in visokohitrostni dispergatorji. Planetarni mešalnik je primeren za mešanice z višjo viskoznostjo, medtem ko dispergator deluje bolje zlasti v tekočih sistemih z nižjo viskoznostjo. Pri tipičnih gradbenih tesnilnih masah se lahko uporablja kateri koli stroj, če je treba paziti na čas mešanja in morebitno nastajanje toplote visokohitrostnega dispergatorja.
3) Količine proizvodnje v polnem obsegu
Končna proizvodnja, ki je lahko šaržna ali neprekinjena, upajmo, da preprosto reproducira končno formulacijo iz koraka povečanja obsega. Običajno se v proizvodni opremi najprej proizvede relativno majhna količina (2 ali 3 serije ali 1-2 uri neprekinjenega delovanja) materiala, ki se nato preveri, preden se začne normalna proizvodnja.
Testiranje - kaj in kako testirati.
Kaj
Fizikalne lastnosti - raztezek, natezna trdnost in modul
Oprijem na ustrezno podlago
Rok uporabnosti - tako pospešeno kot pri sobni temperaturi
Hitrost strjevanja - čas tvorbe skorjice, čas nelepljivosti, čas praskanja in strjevanje skozi površino, barve, temperaturna stabilnost ali stabilnost v različnih tekočinah, kot je olje
Poleg tega se preverjajo ali opazujejo tudi druge ključne lastnosti: konsistenca, nizek vonj, korozivnost in splošni videz.
Kako
Izvleče se folija tesnilne mase, ki se strjuje en teden. Nato se izreže posebna utež in se vstavi v natezni tester za merjenje fizikalnih lastnosti, kot so raztezek, modul in natezna trdnost. Uporabljajo se tudi za merjenje adhezijskih/kohezijskih sil na posebej pripravljenih vzorcih. Preprosti testi adhezije z da/ne se izvajajo tako, da se kapljice materiala, strjenega na zadevnih podlagah, potegnejo za seboj.
Shore-A meter meri trdoto gume. Ta naprava je videti kot utež in merilnik s konico, ki pritiska v strjen vzorec. Bolj ko konica prodre v gumo, mehkejša je guma in nižja je vrednost. Tipična gradbena tesnilna masa bo v območju 15-35.
Čas tvorbe kožice, čas nelepljivosti in druge posebne meritve kožice se izvajajo s prstom ali s plastičnimi ploščami z utežmi. Izmeri se čas, preden se plastika lahko čisto odstrani.
Za doseganje roka uporabnosti se tesnilne mase v tubah starajo bodisi pri sobni temperaturi (kar seveda traja 1 leto, da se dokaže enoletna trajnost) bodisi pri povišanih temperaturah, običajno pri 50 °C, 1, 3, 5, 7 tednov itd. Po postopku staranja (v pospešenem primeru se cev ohladi) se material iztisne iz cevi in vleče v ploščo, kjer se strdi. Fizikalne lastnosti gume, oblikovane v teh ploščah, se preizkusijo kot prej. Te lastnosti se nato primerjajo z lastnostmi sveže sestavljenih materialov, da se določi ustrezen rok uporabnosti.
Podrobno razlago večine potrebnih testov najdete v priročniku ASTM.
Nekaj končnih nasvetov
Enokomponentni silikoni so tesnilne mase najvišje kakovosti. Imajo pa omejitve in če so potrebne posebne zahteve, jih je mogoče razviti posebej.
Ključno je zagotoviti, da so vse surovine čim bolj suhe, da je formulacija stabilna in da se med proizvodnim procesom odstrani zrak.
Razvoj in testiranje je v osnovi enak postopek za katero koli tesnilno maso, ne glede na vrsto – le prepričajte se, da ste pred začetkom proizvodnje preverili vse možne lastnosti in da jasno razumete potrebe aplikacije.
Glede na zahteve uporabe je mogoče izbrati pravilno kemijo strjevanja. Na primer, če je izbran silikon in vonj, korozija in oprijem niso pomembni, vendar je potrebna nizka cena, potem je acetoksi prava izbira. Če pa gre za kovinske dele, ki bi lahko korodirali, ali je potrebna posebna oprijemljivost na plastiko v edinstveni sijajni barvi, potem potrebujete oksim.
[1] Dale Flackett. Silicijeve spojine: silani in silikoni [M]. Gelest Inc: 433–439
* Fotografija iz silikonske tesnilne mase OLIVIA
Čas objave: 31. marec 2024
