Нет, скучно не будет, честное слово, особенно если вы любите эластичные резиновые штучки. Если вы продолжите читать, вы узнаете почти все, что когда-либо хотели знать об однокомпонентных силиконовых герметиках.
1) Какие они
2) Как их сделать
3) Где их использовать
Введение
Что такое однокомпонентный силиконовый герметик?
Существует много типов герметиков химического отверждения, наиболее известными из которых являются силикон, полиуретан и полисульфид. Название происходит от основной цепи участвующих молекул.
Силиконовая основа:
Си – О – Си – О – Си – О – Си
Модифицированный силикон — это новая технология (по крайней мере, в США), которая фактически означает органическую основу, отвержденную силаном. Примером является оксид полипропилена с алкоксисилановыми концевыми группами.
Все эти химические вещества могут состоять из одной или двух частей, что, очевидно, зависит от количества частей, необходимых для отверждения. Таким образом, одна часть просто означает открытие тюбика, картриджа или ведра, и ваш материал затвердеет. Обычно эти однокомпонентные системы реагируют с влагой воздуха, образуя резину.
Итак, однокомпонентный силикон представляет собой систему, которая стабильна в трубке до тех пор, пока под воздействием воздуха не затвердеет с образованием силиконового каучука.
Преимущества
Однокомпонентные силиконы имеют множество уникальных преимуществ.
-При правильном составлении они очень стабильны и надежны, обладают отличной адгезией и физическими свойствами. Срок годности (время, в течение которого вы можете оставить его в тюбике перед использованием) не менее одного года является нормальным, а срок годности некоторых составов составляет много лет. Силиконы также, несомненно, обладают лучшими долгосрочными характеристиками. Их физические свойства практически не меняются со временем, не подвергаясь воздействию ультрафиолетового излучения, и, кроме того, они обладают превосходной температурной стабильностью, превосходящей таковую у других герметиков как минимум на 50 ℃.
-Однокомпонентные силиконы затвердевают относительно быстро: обычно в течение 5–10 минут образуется корочка, они становятся нелипкими в течение одного часа и затвердевают до эластичной резины глубиной около 1/10 дюйма менее чем за день. Поверхность имеет приятный резиновый оттенок.
-Поскольку их можно сделать полупрозрачными, что само по себе является важной особенностью (полупрозрачный цвет является наиболее часто используемым), их относительно легко пигментировать в любой цвет.
Ограничения
Силиконы имеют два основных ограничения.
1) Их нельзя красить краской на водной основе — с краской на основе растворителя тоже могут быть проблемы.
2) После затвердевания герметик может высвободить часть силиконового пластификатора, который при использовании в компенсационном шве здания может создать неприглядные пятна по краям шва.
Конечно, из-за самой природы того, что система представляет собой единое целое, невозможно получить быстрое глубокое отверждение, поскольку система должна вступать в реакцию с воздухом, поэтому отверждение происходит сверху вниз. Говоря более конкретно, силиконы нельзя использовать в качестве единственного уплотнителя в изолированных стеклянных окнах, потому что. Хотя они превосходно удерживают жидкую воду, водяной пар относительно легко проходит через отвержденный силиконовый каучук, вызывая запотевание стеклопакетов.
Области рынка и использование
Однокомпонентные силиконы используются практически везде и всюду, в том числе, к ужасу некоторых владельцев зданий, где два упомянутых выше ограничения вызывают проблемы.
Основной объем приходится на рынки строительства и DIY, за которыми следуют автомобилестроение, промышленность, электроника и аэрокосмическая промышленность. Как и в случае со всеми герметиками, основная функция однокомпонентного силикона заключается в склеивании и заполнении зазора между двумя одинаковыми или разнородными основаниями, чтобы предотвратить проникновение воды или сквозняков. Иногда рецептуру вряд ли можно будет изменить, кроме как сделать ее более текучей, после чего она превратится в покрытие. Лучший способ отличить покрытие, клей и герметик прост. Герметик герметизирует две поверхности, тогда как покрытие покрывает и защищает только одну, а клей надежно удерживает две поверхности вместе. Герметик больше всего похож на клей, когда он используется в структурном остеклении или изолированном остеклении, однако он по-прежнему выполняет функцию герметизации двух подложек, а также удерживает их вместе.
Базовая химия
Силиконовый герметик в неотвержденном состоянии обычно выглядит как густая паста или крем. Под воздействием воздуха реакционноспособные концевые группы силиконового полимера гидролизуются (реагируют с водой), а затем соединяются друг с другом, выделяя воду и образуя длинные полимерные цепи, которые продолжают реагировать друг с другом, пока в конечном итоге паста не превратится в впечатляющую резину. Реакционноспособная группа на конце силиконового полимера происходит из наиболее важной части рецептуры (за исключением самого полимера), а именно из сшивающего агента. Именно сшивающий агент придает герметику его характерные свойства либо напрямую, например, запах и скорость отверждения, либо косвенно, например, цвет, адгезия и т. д., из-за других сырьевых материалов, которые могут использоваться с конкретными сшивающими системами, таких как наполнители и усилители адгезии. . Выбор правильного сшивателя является ключом к определению окончательных свойств герметика.
Типы отверждения
Существует несколько различных систем отверждения.
1) Ацетокси (кислый запах уксуса)
2) Оксим
3) Алкокси
4) Бензамид
5) Амин
6) Аминокси
Оксимы, алкокси и бензамиды (более широко используемые в Европе) представляют собой так называемые нейтральные или некислотные системы. Амины и аминокси-системы имеют запах аммиака и обычно используются в автомобильной и промышленной сферах, а также в конкретных наружных строительных работах.
Сырье
Составы содержат несколько различных компонентов, некоторые из которых являются необязательными, в зависимости от предполагаемого конечного использования.
Единственным абсолютно необходимым сырьем являются реактивный полимер и сшивающий агент. Однако почти всегда добавляются наполнители, усилители адгезии, нереакционноспособный (пластифицирующий) полимер и катализаторы. Кроме того, можно использовать множество других добавок, таких как цветные пасты, фунгициды, антипирены и термостабилизаторы.
Основные составы
Типичная конструкция оксима или состав герметика, сделанного своими руками, будет выглядеть примерно так:
| % | ||
| Полидиметилсилоксан, ОН, терминированная 50 000 сП | 65,9 | Полимер |
| Полидиметилсилоксан, с триметиловыми концевыми группами, 1000 сП | 20 | Пластификатор |
| Метилтриоксиминосилан | 5 | сшивающий агент |
| Аминопропилтриэтоксисилан | 1 | Промотор адгезии |
| 150 кв.м/г поверхности коллоидного кремнезема | 8 | Наполнитель |
| Дилаурат дибутилолова | 0,1 | Катализатор |
| Общий | 100 |
Физические свойства
Типичные физические свойства включают в себя:
| Удлинение (%) | 550 |
| Предел прочности (МПа) | 1,9 |
| Модуль упругости при удлинении 100 (МПа) | 0,4 |
| Твердость по Шору А | 22 |
| Кожа с течением времени (мин) | 10 |
| Свободное время (мин) | 60 |
| Время скретча (мин) | 120 |
| Сквозное отверждение (мм за 24 часа) | 2 |
Составы с использованием других сшивающих агентов будут выглядеть аналогично, возможно, различаясь уровнем сшивающего агента, типом усилителя адгезии и катализаторами отверждения. Их физические свойства будут незначительно различаться, если не использовать удлинители цепи. Некоторые системы невозможно изготовить без использования большого количества мелового наполнителя. Очевидно, что такого рода составы не могут быть изготовлены в прозрачном или полупрозрачном виде.
Разработка герметиков
Разработка нового герметика состоит из трех этапов.
1) Разработка концепции, производство и тестирование в лаборатории – очень небольшие объемы.
Здесь у химика-лаборанта появляются новые идеи, и он обычно начинает с ручной партии около 100 граммов герметика, просто чтобы посмотреть, как он затвердевает и какой тип резины получается. Теперь доступна новая машина «The Hauschild Speed Mix» от FlackTek Inc. Эта специализированная машина идеально подходит для смешивания небольших порций по 100 г за считанные секунды, вытесняя воздух. Это важно, поскольку теперь это позволяет разработчику фактически проверять физические свойства этих небольших партий. Коленный кремнезем или другие наполнители, такие как осажденный мел, можно смешать с силиконом примерно за 8 секунд. Удаление воздуха занимает около 20-25 секунд. Машина работает посредством двойного асимметричного центрифужного механизма, который по существу использует сами частицы в качестве собственных смесительных рычагов. Максимальный размер смеси составляет 100 грамм, доступны несколько типов чашек, включая одноразовые, что означает отсутствие необходимости очистки.
Ключевым моментом в процессе приготовления является не только вид ингредиентов, но также порядок их добавления и время смешивания. Естественно, исключение или удаление воздуха важно для обеспечения срока годности продукта, поскольку пузырьки воздуха содержат влагу, которая затем приводит к отверждению герметика изнутри.
Как только химик получил тип герметика, необходимый для его конкретного применения, он может масштабироваться до планетарного миксера емкостью 1 литр, который может производить около 3-4 небольших тюбиков емкостью 110 мл (3 унции). Этого материала достаточно для первоначального испытания срока годности и испытания на адгезию, а также для выполнения любых других особых требований.
Затем он может перейти к машине емкостью 1 или 2 галлона, чтобы произвести 8-12 тюбиков по 10 унций для более глубокого тестирования и отбора проб у клиентов. Герметик выдавливается из емкости через металлический цилиндр в картридж, который надевается на упаковочный цилиндр. После этих испытаний он готов к масштабированию.
2) Масштабирование и точная настройка средних объемов
При увеличении масштаба лабораторный состав теперь производится на более крупной машине, обычно массой 100-200 кг или около барабана. Этот шаг преследует две основные цели
а) чтобы увидеть, есть ли какие-либо существенные различия между размером 4 фунта и этим более крупным размером, которые могут возникнуть в результате скоростей смешивания и диспергирования, скоростей реакций и различного количества сдвига в смеси, и
б) произвести достаточно материала, чтобы опробовать потенциальных клиентов и получить реальную обратную связь во время работы.
Эта машина емкостью 50 галлонов также очень полезна для промышленной продукции, когда требуются небольшие объемы или специальные цвета, и одновременно необходимо производить только одну бочку каждого типа.
Существует несколько типов смесительных машин. Двумя наиболее часто используемыми являются планетарные миксеры (как показано выше) и высокоскоростные диспергаторы. Планетарный механизм хорош для смесей с более высокой вязкостью, тогда как диспергатор работает лучше, особенно в текучих системах с низкой вязкостью. Для типичных строительных герметиков можно использовать любую машину, если учитывать время смешивания и потенциальное выделение тепла высокоскоростным диспергатором.
3) Полномасштабное производство
Конечное производство, которое может быть серийным или непрерывным, мы надеемся, просто воспроизводит окончательную рецептуру на этапе масштабирования. Обычно относительно небольшое количество (2 или 3 партии или 1-2 часа непрерывной работы) материала сначала производится на производственном оборудовании и проверяется перед началом нормального производства.
Тестирование – что и как тестировать.
Что
Физические свойства: удлинение, предел прочности и модуль упругости
Адгезия к соответствующему основанию
Срок годности - как ускоренный, так и при комнатной температуре
Скорость отверждения: кожа с течением времени, время отсутствия отлипа, время царапания и полное отверждение, цветовая температура, стабильность или стабильность в различных жидкостях, таких как масло.
Кроме того, проверяются или наблюдаются другие ключевые свойства: консистенция, слабый запах, коррозионная активность и общий внешний вид.
Как
Лист герметика вытягивают и оставляют затвердевать на неделю. Затем вырезают специальную гантель и помещают в прибор для испытания на растяжение для измерения физических свойств, таких как удлинение, модуль упругости и прочность на разрыв. Они также используются для измерения сил адгезии/когезии на специально подготовленных образцах. Простые тесты на адгезию типа «да-нет» проводятся путем вытягивания шариков материала, затвердевшего на рассматриваемой подложке.
Измеритель Шора-А измеряет твердость резины. Это устройство выглядит как гиря и калибр с острием, вдавливающимся в отвержденный образец. Чем глубже острие проникает в резину, тем мягче резина и тем ниже значение. Типичный строительный герметик находится в диапазоне 15-35.
Время отслаивания кожи, время отсутствия отлипа и другие специальные измерения кожи выполняются либо пальцем, либо пластиковыми листами с грузами. Измеряется время, прежде чем пластик можно будет аккуратно снять.
Что касается срока годности, тюбики с герметиком выдерживаются либо при комнатной температуре (которая, естественно, занимает 1 год, чтобы доказать срок годности 1 год), либо при повышенных температурах, обычно 50 ℃, в течение 1,3,5,7 недель и т. д. После старения В процессе (трубка охлаждается в ускоренном случае), материал выдавливается из трубки и вытягивается в лист, где ему дают возможность затвердеть. Физические свойства резины, полученной из этих листов, проверяются, как и раньше. Затем эти свойства сравниваются со свойствами свежеприготовленных материалов для определения соответствующего срока годности.
Подробное объяснение большинства необходимых испытаний можно найти в справочнике ASTM.
Несколько заключительных советов
Однокомпонентные силиконы являются герметиками высочайшего качества. У них есть ограничения, и если требуются особые требования, они могут быть разработаны специально.
Крайне важно убедиться, что все сырьевые материалы максимально сухие, рецептура стабильна и что в процессе производства удален воздух.
Разработка и тестирование — это, по сути, один и тот же процесс для любого герметика для деталей, независимо от его типа: просто убедитесь, что вы проверили все возможные свойства, прежде чем приступить к серийному производству, и что у вас есть четкое понимание потребностей применения.
В зависимости от требований применения можно выбрать правильный химический состав отверждения. Например, если выбран силикон, а запах, коррозия и адгезия не считаются важными, но необходима низкая стоимость, тогда лучше всего подойдет ацетокси. Однако если речь идет о металлических деталях, которые могут подвергнуться коррозии, или требуется особая адгезия к пластику и уникальный глянцевый цвет, вам понадобится оксим.
[1] Дейл Флэкетт. Соединения кремния: силаны и силиконы [М]. Гелест Инк: 433-439
* Фото силиконового герметика OLIVIA.
Время публикации: 31 марта 2024 г.
