Ne, iskreno, ovo neće biti dosadno - pogotovo ako volite rastezljive gumene stvari. Ako nastavite čitati, saznat ćete gotovo sve što ste ikada željeli znati o jednokomponentnim silikonskim brtvilima.
1) Što su oni
2) Kako ih napraviti
3) Gdje ih koristiti
Uvod
Što je jednokomponentno silikonsko brtvilo?
Postoje mnoge vrste kemijski stvrdnjavajućih brtvila - silikonska, poliuretanska i polisulfidna su najpoznatija. Naziv dolazi od osnovne strukture molekula koje su u njima uključene.
Silikonska okosnica je:
Si – O – Si - O – Si – O – Si
Modificirani silikon je nova tehnologija (barem u SAD-u) i zapravo znači organski lanac otvrdnut kemijom silana. Primjer je polipropilen oksid s alkoksisilanskim terminom.
Sve ove kemijske smjese mogu biti jednodijelne ili dvodijelne, što se očito odnosi na broj dijelova koji su vam potrebni da se materijal stvrdne. Stoga, jednodijelni jednostavno znači da otvorite tubu, kartušu ili kantu i vaš će se materijal stvrdnuti. Obično ovi jednodijelni sustavi reagiraju s vlagom u zraku i postaju guma.
Dakle, jednokomponentni silikon je sustav koji je stabilan u tubi sve dok se, nakon izlaganja zraku, ne stvrdne i stvori silikonsku gumu.
Prednosti
Jednokomponentni silikoni imaju mnogo jedinstvenih prednosti.
-Kada se pravilno sastave, vrlo su stabilni i pouzdani s izvrsnim prianjanjem i fizičkim svojstvima. Rok trajanja (vrijeme koje možete ostaviti u tubi prije upotrebe) od najmanje godinu dana je normalan, a neke formulacije traju dugi niz godina. Silikoni također imaju nesumnjivo najbolje dugoročne performanse. Njihova fizička svojstva se gotovo ne mijenjaju s vremenom bez utjecaja UV zračenja, a osim toga pokazuju izvrsnu temperaturnu stabilnost koja premašuje onu drugih brtvila za najmanje 50 ℃.
-Jednokomponentni silikoni se relativno brzo stvrdnjavaju, obično stvarajući kožicu unutar 5 do 10 minuta, postaju neljepljivi unutar jednog sata i stvrdnjavaju se u elastičnu gumu debljine oko 3 mm za manje od jednog dana. Površina ima ugodan gumeni osjećaj.
-Budući da se mogu učiniti prozirnima, što je samo po sebi važna značajka (prozirnost je najčešće korištena boja), relativno ih je lako pigmentirati u bilo koju boju.
Ograničenja
Silikoni imaju dva glavna ograničenja.
1) Ne mogu se bojati bojom na bazi vode - to može biti nezgodno i s bojom na bazi otapala.
2) Nakon stvrdnjavanja, brtvilo može otpustiti dio svog silikonskog plastifikatora koji, kada se koristi u dilatacijskoj spojnici zgrade, može stvoriti ružne mrlje duž ruba spoja.
Naravno, zbog same prirode jednodijelnog sustava, nemoguće je dobiti brz duboki rez stvrdnjavanjem jer sustav mora reagirati sa zrakom, stoga se stvrdnjava odozgo prema dolje. Preciznije, silikoni se ne mogu koristiti kao jedino brtvilo u izoliranim staklenim prozorima jer... Iako su izvrsni u sprječavanju ulaska vode u rasutom stanju, vodena para relativno lako prolazi kroz stvrdnutu silikonsku gumu uzrokujući zamagljivanje IG jedinica.
Tržišna područja i namjene
Jednokomponentni silikoni koriste se gotovo svugdje, uključujući, na užas nekih vlasnika zgrada, gdje dva gore navedena ograničenja uzrokuju probleme.
Građevinska i „uradi sam“ tržišta čine najveći volumen, a slijede ih automobilska, industrijska, elektronička i zrakoplovna industrija. Kao i kod svih brtvila, glavna funkcija jednokomponentnih silikona je prianjanje i popunjavanje praznine između dvije slične ili različite podloge kako bi se spriječio prodor vode ili propuha. Ponekad se formulacija gotovo neće promijeniti osim da se učini tečnijom, nakon čega postaje premaz. Najbolji način za razlikovanje premaza, ljepila i brtvila je jednostavan. Brtvilo brtvi između dvije površine, dok premaz prekriva i štiti samo jednu, dok ljepilo u velikoj mjeri drži dvije površine zajedno. Brtvilo je najsličnije ljepilu kada se koristi u strukturnom ostakljenju ili izoliranom ostakljenju, međutim, ono i dalje služi za brtvljenje dviju podloga uz njihovo držanje zajedno.
Osnovna kemija
Silikonsko brtvilo u neočvrsnutom stanju obično izgleda kao gusta pasta ili krema. Izložene zraku, reaktivne krajnje skupine silikonskog polimera hidroliziraju (reagiraju s vodom) i zatim se spajaju jedna s drugom, oslobađajući vodu i formirajući duge polimerne lance koji nastavljaju reagirati jedna s drugom sve dok se pasta na kraju ne pretvori u impresivnu gumu. Reaktivna skupina na kraju silikonskog polimera dolazi iz najvažnijeg dijela formulacije (isključujući sam polimer), odnosno umreživača. Umreživač daje brtvilu karakteristična svojstva, bilo izravno, poput mirisa i brzine stvrdnjavanja, ili neizravno, poput boje, prianjanja itd., zbog drugih sirovina koje se mogu koristiti sa specifičnim sustavima umreživača, poput punila i promotora prianjanja. Odabir pravog umreživača ključan je za određivanje konačnih svojstava brtvila.
Vrste sušenja
Postoji nekoliko različitih sustava za sušenje.
1) Acetoksi (miris kiselog octa)
2) Oksim
3) Alkoksi
4) Benzamid
5) Amin
6) Aminoksi
Oksimi, alkoksiji i benzamidi (šire korišteni u Europi) su takozvani neutralni ili nekiseli sustavi. Amini i aminoksi sustavi imaju miris amonijaka i obično se više koriste u automobilskoj i industrijskoj industriji ili specifičnim vanjskim građevinskim primjenama.
Sirovine
Formulacije se sastoje od nekoliko različitih komponenti, od kojih su neke opcionalne, ovisno o namjeravanoj krajnjoj upotrebi.
Jedine apsolutno neophodne sirovine su reaktivni polimer i umreživač. Međutim, gotovo se uvijek dodaju punila, promotori adhezije, nereaktivni (plastificirajući) polimer i katalizatori. Osim toga, mogu se koristiti mnogi drugi aditivi poput pasta za bojenje, fungicida, usporivača gorenja i stabilizatora topline.
Osnovne formulacije
Tipična formulacija oksimskog brtvila za konstrukciju ili "uradi sam" izgledat će otprilike ovako:
| % | ||
| Polidimetilsiloksan, OH terminiran 50.000 cps | 65,9 | Polimer |
| Polidimetilsiloksan, trimetilterminiran, 1000 cps | 20 | Plastifikator |
| Metiltrioksiminosilan | 5 | Umreživač |
| Aminopropiltrietoksisilan | 1 | Promotor adhezije |
| 150 m²/g površine pirogenog silicijevog dioksida | 8 | Punilo |
| Dibutiltin dilaurat | 0,1 | Katalizator |
| Ukupno | 100 |
Fizička svojstva
Tipična fizička svojstva uključuju:
| Istezanje (%) | 550 |
| Vlačna čvrstoća (MPa) | 1,9 |
| Modul pri 100 istezanja (MPa) | 0,4 |
| Tvrdoća po Shoreu A | 22 |
| Vrijeme stvaranja kore (min) | 10 |
| Vrijeme sušenja (min) | 60 |
| Vrijeme grebanja (min) | 120 |
| Kroz stvrdnjavanje (mm u 24 sata) | 2 |
Formulacije koje koriste druge umreživače izgledat će slično, možda se razlikujući u razini umreživača, vrsti promotora adhezije i katalizatorima stvrdnjavanja. Njihova fizikalna svojstva neznatno će se razlikovati osim ako nisu uključeni produživači lanca. Neki se sustavi ne mogu lako napraviti osim ako se ne koristi velika količina punila od krede. Ove vrste formulacija očito se ne mogu proizvesti u prozirnom ili prozirnom obliku.
Razvoj brtvila
Postoje 3 faze razvoja novog brtvila.
1) Zasnova, proizvodnja i testiranje u laboratoriju - vrlo male količine
Ovdje laboratorijski kemičar ima nove ideje i obično počinje s ručnom serijom od oko 100 grama brtvila samo kako bi vidio kako se stvrdnjava i kakva se vrsta gume proizvodi. Sada je dostupan novi stroj "The Hauschild Speed Mix" tvrtke FlackTek Inc. Ovaj specijalizirani stroj idealan je za miješanje ovih malih serija od 100 g u sekundama uz ispuhivanje zraka. To je važno jer sada omogućuje razvijaču da zapravo testira fizička svojstva ovih malih serija. Dimljeni silicijev dioksid ili druga punila poput istaložene krede mogu se umiješati u silikon za oko 8 sekundi. Odzračivanje traje oko 20-25 sekundi. Stroj radi putem dvostrukog asimetričnog mehanizma centrifuge koji u osnovi koristi same čestice kao vlastite ruke za miješanje. Maksimalna veličina smjese je 100 grama, a dostupno je nekoliko različitih vrsta čašica, uključujući i one za jednokratnu upotrebu, što znači da apsolutno nema čišćenja.
Ključ u procesu formuliranja nisu samo vrste sastojaka, već i redoslijed dodavanja i vrijeme miješanja. Naravno, isključivanje ili uklanjanje zraka važno je kako bi se osiguralo da proizvod ima rok trajanja, budući da mjehurići zraka sadrže vlagu koja će zatim uzrokovati stvrdnjavanje brtvila iznutra.
Nakon što kemičar nabavi vrstu brtvila koja je potrebna za njegovu određenu primjenu, skala se povećava do 1 litre planetarne mješalice koja može proizvesti oko 3-4 male epruvete od 110 ml (3 oz). To je dovoljan materijal za početno ispitivanje roka trajanja i ispitivanje prianjanja, plus sve ostale posebne zahtjeve.
Zatim može prijeći na stroj od 1 ili 2 galona kako bi proizveo 8-12 tuba od 10 unci za detaljnija ispitivanja i uzorkovanje od strane kupaca. Brtvilo se istiskuje iz posude kroz metalni cilindar u uložak koji se postavlja preko cilindra za pakiranje. Nakon ovih ispitivanja, spreman je za povećanje proizvodnje.
2) Povećanje i fino podešavanje - srednji volumeni
U povećanju opsega, laboratorijska formulacija se sada proizvodi na većem stroju, obično u rasponu od 100-200 kg ili otprilike bačve. Ovaj korak ima dvije glavne svrhe.
a) vidjeti postoje li značajne promjene između veličine od 4 lb i ove veće veličine koje mogu biti rezultat brzina miješanja i disperzije, brzina reakcije i različitih količina usitnjavanja u smjesi, i
b) proizvesti dovoljno materijala za uzorkovanje potencijalnih kupaca i dobiti stvarne povratne informacije s radnog mjesta.
Ovaj stroj od 50 galona također je vrlo koristan za industrijske proizvode kada su potrebne male količine ili posebne boje, a istovremeno je potrebno proizvesti samo otprilike jednu bačvu svake vrste.
Postoji nekoliko vrsta miješalica. Dvije najčešće korištene su planetarne miješalice (kao što je prikazano gore) i disperzatori velike brzine. Planetarna miješalica je dobra za smjese veće viskoznosti, dok disperzator bolje funkcionira posebno u tekućim sustavima niže viskoznosti. U tipičnim građevinskim brtvilima, bilo koji stroj može se koristiti sve dok se obraća pozornost na vrijeme miješanja i potencijalno stvaranje topline disperzatora velike brzine.
3) Količine proizvodnje u punom opsegu
Konačna proizvodnja, koja može biti šaržna ili kontinuirana, nadamo se jednostavno reproducira konačnu formulaciju iz koraka povećanja skale. Obično se relativno mala količina (2 ili 3 serije ili 1-2 sata kontinuiranog rada) materijala prvo proizvodi u proizvodnoj opremi i provjerava prije nego što se započne normalna proizvodnja.
Testiranje - što i kako testirati.
Što
Fizička svojstva - istezanje, vlačna čvrstoća i modul
Prianjanje na odgovarajuću podlogu
Rok trajanja - i ubrzano i na sobnoj temperaturi
Brzine stvrdnjavanja - vrijeme stvaranja pokorice, vrijeme neljepljivosti, vrijeme do grebanja i stvrdnjavanje kroz cijelo tijelo, boje, temperaturna stabilnost ili stabilnost u raznim tekućinama poput ulja
Osim toga, provjeravaju se ili promatraju i druga ključna svojstva: konzistencija, slab miris, korozivnost i opći izgled.
Kako
Izvlači se list brtvila i ostavlja se da se stvrdnjava tjedan dana. Zatim se izrezuje posebna bučica i stavlja u uređaj za mjerenje vlačne čvrstoće kako bi se izmjerila fizička svojstva poput istezanja, modula i vlačne čvrstoće. Također se koriste za mjerenje sila adhezije/kohezije na posebno pripremljenim uzorcima. Jednostavni testovi adhezije "da-ne" provode se povlačenjem kapljica materijala stvrdnutog na dotične podloge.
Shore-A mjerač mjeri tvrdoću gume. Ovaj uređaj izgleda kao uteg i mjerač s vrhom koji se utiskuje u očvrsli uzorak. Što više vrh prodire u gumu, to je guma mekša i vrijednost niža. Tipično građevinsko brtvilo bit će u rasponu od 15-35.
Vrijeme stvaranja kožice, vrijeme neljepljivosti i druga posebna mjerenja kožice provode se ili prstom ili plastičnim folijama s utezima. Mjeri se vrijeme prije nego što se plastika može čisto skinuti.
Za rok trajanja, tube brtvila stare ili na sobnoj temperaturi (što naravno zahtijeva 1 godinu da se dokaže rok trajanja od 1 godine) ili na povišenim temperaturama, obično od 50℃ tijekom 1, 3, 5, 7 tjedana itd. Nakon procesa starenja (tuba se hladi u ubrzanom slučaju), materijal se istiskuje iz tube i izvlači u ploču gdje se ostavlja da se stvrdne. Fizička svojstva gume formirane u tim pločama testiraju se kao i prije. Ta se svojstva zatim uspoređuju sa svojstvima svježe složenih materijala kako bi se odredio odgovarajući rok trajanja.
Detaljno objašnjenje većine potrebnih ispitivanja može se pronaći u ASTM priručniku.
Neki završni savjeti
Jednokomponentni silikoni su brtvila najviše kvalitete. Imaju ograničenja i ako se zahtijevaju specifični zahtjevi, mogu se posebno razviti.
Ključno je osigurati da su sve sirovine što suše, da je formulacija stabilna i da se zrak uklanja tijekom proizvodnog procesa.
Razvoj i testiranje su u osnovi isti proces za bilo koje jednodijelno brtvilo bez obzira na vrstu - samo se pobrinite da ste provjerili svako moguće svojstvo prije nego što počnete proizvoditi količine i da imate jasno razumijevanje potreba primjene.
Ovisno o zahtjevima primjene, može se odabrati ispravna kemija za stvrdnjavanje. Na primjer, ako je odabran silikon i miris, korozija i prianjanje se ne smatraju važnima, ali je potrebna niska cijena, tada je acetoksi pravi izbor. Međutim, ako su uključeni metalni dijelovi koji mogu korodirati ili je potrebno posebno prianjanje na plastiku u jedinstvenoj sjajnoj boji, tada vam je potreban oksim.
[1] Dale Flackett. Silicijevi spojevi: Silani i silikoni [M]. Gelest Inc: 433-439
* Fotografija od OLIVIA silikonskog brtvila
Vrijeme objave: 31. ožujka 2024.
