Nei, dette blir ikke kjedelig, ærlig talt – spesielt ikke hvis du elsker elastiske gummiting. Hvis du leser videre, vil du finne ut nesten alt du noen gang har ønsket å vite om enkomponents silikonforseglinger.
1) Hva de er
2) Hvordan lage dem
3) Hvor de skal brukes
Introduksjon
Hva er en en-komponent silikonforsegling?
Det finnes mange typer kjemisk herdende tetningsmidler – silikon, polyuretan og polysulfid er de mest kjente. Navnet kommer fra ryggraden i molekylene som er involvert.
Silikonryggraden er:
Si – O – Si – O – Si – O – Si
Modifisert silikon er en ny teknologi (i hvert fall i USA) og betyr faktisk en organisk ryggrad herdet med silankjemi. Et eksempel er alkoksysilanterminert polypropylenoksid.
Alle disse kjemiske stoffene kan være enten én del eller to deler, noe som åpenbart er relatert til antall deler du trenger for å få tingen til å herde. Derfor betyr én del ganske enkelt å åpne tuben, patronen eller bøtta, så vil materialet ditt herde. Normalt reagerer disse én-komponentsystemene med fuktigheten i luften og blir til gummi.
Så en en-komponent silikon er et system som er stabilt i røret inntil det, ved eksponering for luft, herder for å produsere en silikongummi.
Fordeler
Enkomponents silikoner har mange unike fordeler.
– Når de blandes riktig, er de svært stabile og pålitelige med utmerket vedheft og utmerket fysiske egenskaper. En holdbarhet (tiden du kan la den ligge i tuben før du bruker den) på minst ett år er normalt, og noen formuleringer varer i mange år. Silikoner har også utvilsomt den beste langsiktige ytelsen. Deres fysiske egenskaper endres knapt over tid uten effekt fra UV-eksponering, og i tillegg viser de utmerket temperaturstabilitet som overgår andre tetningsmidler med minst 50 ℃.
– Enkomponents silikon herder relativt raskt, og utvikler vanligvis et skinn i løpet av 5 til 10 minutter, blir klebefri i løpet av en time og herder til en elastisk gummi som er omtrent 3 mm dyp på under en dag. Overflaten har en fin gummiaktig følelse.
-Siden de kan gjøres gjennomskinnelige, noe som er en viktig egenskap i seg selv (gjennomskinnelig er den mest brukte fargen), er det relativt enkelt å pigmentere dem til en hvilken som helst farge.
Begrensninger
Silikoner har to hovedbegrensninger.
1) De kan ikke males med vannbasert maling – det kan også være vanskelig med løsemiddelbasert maling.
2) Etter herding kan fugemasse frigjøre noe av silikonmykneren sin, som kan lage skjemmende flekker langs kanten av fugen når den brukes i en ekspansjonsfuge i en bygning.
Siden det er én del, er det selvsagt umulig å få en rask, dyp herding gjennom snittet, fordi systemet må reagere med luften og dermed herde ovenfra og ned. Litt mer spesifikt kan ikke silikon brukes som eneste tetning i isolerte glassvinduer fordi. Selv om de er utmerkede til å holde flytende vann i bulk ute, passerer vanndamp relativt lett gjennom den herdede silikongummien, noe som forårsaker dugging på isolerglassenhetene.
Markedsområder og bruksområder
Enkomponents silikoner brukes omtrent overalt og overalt, inkludert, til noen bygningseieres forferdelse, der de to begrensningene nevnt ovenfor forårsaker problemer.
Bygg- og gjør-det-selv-markedene står for hovedvolumet, etterfulgt av bilindustri, industri, elektronikk og luftfart. Som med alle tetningsmidler, er den ene silikonens hovedfunksjon å feste seg til og fylle gapet mellom to like eller forskjellige underlag for å forhindre at vann eller trekk kommer gjennom. Noen ganger vil en formulering knapt kunne endres annet enn å gjøre den mer flytende, som den deretter blir et belegg på. Den beste måten å skille mellom et belegg, et lim og et tetningsmiddel på er enkel. Et tetningsmiddel forsegler mellom to overflater, mens et belegg dekker og beskytter bare én, mens et lim i stor grad holder to overflater sammen. Et tetningsmiddel ligner mest på et lim når det brukes i strukturglass eller isolert glass, men det fungerer fortsatt for å forsegle de to underlagene i tillegg til å holde dem sammen.
Grunnleggende kjemi
Silikonforseglingen i uherdet tilstand ser vanligvis ut som en tykk pasta eller krem. Ved eksponering for luft hydrolyserer de reaktive endegruppene i silikonpolymeren (reagerer med vann) og binder seg deretter til hverandre, frigjør vann og danner lange polymerkjeder som fortsetter å reagere med hverandre til pastaen til slutt blir til en imponerende gummi. Den reaktive gruppen på enden av silikonpolymeren kommer fra den viktigste delen av formuleringen (unntatt selve polymeren), nemlig tverrbinderen. Det er tverrbinderen som gir forseglingen dens karakteristiske egenskaper enten direkte, for eksempel lukt og herdehastighet, eller indirekte, for eksempel farge, vedheft osv., på grunn av de andre råmaterialene som kan brukes med spesifikke tverrbindingssystemer, for eksempel fyllstoffer og vedheftsfremmende midler. Å velge riktig tverrbinder er nøkkelen til å bestemme de endelige egenskapene til forseglingen.
Herdingstyper
Det finnes flere forskjellige herdesystemer.
1) Acetoxy (lukt av sur eddik)
2) Oksim
3) Alkoksy
4) Benzamid
5) Amin
6) Aminoksyl
Oksimer, alkoksyer og benzamider (mer brukt i Europa) er de såkalte nøytrale eller ikke-sure systemene. Amin- og aminoksysystemene har en ammoniakklukt og brukes vanligvis mer i bil- og industriområder eller spesifikke utendørs byggeapplikasjoner.
Råvarer
Formuleringer består av flere forskjellige komponenter, hvorav noen er valgfrie, avhengig av den tiltenkte sluttbruken.
De eneste absolutt essensielle råmaterialene er reaktiv polymer og tverrbindingsmiddel. Imidlertid tilsettes nesten alltid fyllstoffer, adhesjonsfremmende midler, ikke-reaktiv (mykgjørende) polymer og katalysatorer. I tillegg kan mange andre tilsetningsstoffer brukes, som fargepastaer, soppdrepende midler, flammehemmere og varmestabilisatorer.
Grunnleggende formuleringer
En typisk oksimkonstruksjon eller DIY-tetningsmiddelformulering vil se omtrent slik ut:
| % | ||
| Polydimetylsiloksan, OH-terminert 50 000 cps | 65,9 | Polymer |
| Polydimetylsiloksan, trimetylterminert, 1000 cps | 20 | Mykner |
| Metyltrioksiminosilan | 5 | Tverrbindingsmiddel |
| Aminopropyltrietoksisilan | 1 | Adhesjonsfremmer |
| 150 kvm/g overflateareal av pyrogen silika | 8 | Fyllstoff |
| Dibutyltinndilaurat | 0,1 | Katalysator |
| Total | 100 |
Fysiske egenskaper
Typiske fysiske egenskaper inkluderer:
| Forlengelse (%) | 550 |
| Strekkfasthet (MPa) | 1.9 |
| Modul ved 100 forlengelse (MPa) | 0,4 |
| Shore A-hardhet | 22 |
| Hud over tid (min) | 10 |
| Tid for festefri takling (min) | 60 |
| Skrapetid (min) | 120 |
| Gjennom herding (mm på 24 timer) | 2 |
Formuleringer som bruker andre tverrbindingsmidler vil se like ut, kanskje med forskjellig tverrbindingsmiddelnivå, type adhesjonsfremmer og herdekatalysatorer. Deres fysiske egenskaper vil variere noe med mindre kjedeforlengere er involvert. Noen systemer kan ikke lages enkelt med mindre en stor mengde krittfyllstoff brukes. Denne typen formuleringer kan åpenbart ikke produseres i klar eller gjennomskinnelig type.
Utvikling av tetningsmidler
Det er tre trinn i utviklingen av et nytt tetningsmiddel.
1) Konseptualisering, produksjon og testing i laboratoriet – svært små volumer
Her har laboratoriekjemikeren nye ideer og starter vanligvis med en manuell blanding på omtrent 100 gram tetningsmiddel bare for å se hvordan det herder og hva slags gummi som produseres. Nå finnes det en ny maskin tilgjengelig, «The Hauschild Speed Mix» fra FlackTek Inc. Denne spesialiserte maskinen er ideell for å blande disse små 100 g-partiene på sekunder samtidig som den presser ut luft. Dette er viktig siden det nå lar utvikleren faktisk teste de fysiske egenskapene til disse små partiene. Pyrolyse eller andre fyllstoffer som utfelt kritt kan blandes inn i silikonet på omtrent 8 sekunder. Avlufting tar omtrent 20–25 sekunder. Maskinen fungerer ved hjelp av en dobbel asymmetrisk sentrifugemekanisme som i utgangspunktet bruker partiklene selv som sine egne blandearmer. Maksimal blandingsstørrelse er 100 gram, og flere forskjellige kopptyper er tilgjengelige, inkludert engangskopper, noe som betyr absolutt ingen rengjøring.
Nøkkelen i formuleringsprosessen er ikke bare typen ingredienser, men også rekkefølgen for tilsetning og blandetider. Naturligvis er det viktig å ekskludere eller fjerne luft for å gi produktet en holdbarhet, siden luftbobler inneholder fuktighet som deretter vil føre til at tetningsmidlet herder innenfra.
Når kjemikeren har funnet den typen tetningsmiddel som kreves for hans spesifikke bruk, skaleres det opp til en 1-liters planetmikser som kan produsere omtrent 3–4 små rør på 110 ml (3 oz). Dette er tilstrekkelig materiale for innledende holdbarhetstesting og heftetest, pluss eventuelle andre spesielle krav.
Deretter kan han gå til en maskin på 1 eller 2 gallon for å produsere 8–12 rør på 10 oz for mer grundig testing og prøvetaking fra kunden. Tetningsmidlet ekstruderes fra beholderen gjennom en metallsylinder og inn i patronen som passer over emballasjesylinderen. Etter disse testene er han klar for oppskalering.
2) Oppskalering og finjustering av mellomstore volumer
I oppskaleringen produseres laboratorieformuleringen nå på en større maskin, vanligvis i området 100–200 kg eller omtrent en trommel. Dette trinnet har to hovedformål.
a) for å se om det er noen signifikante endringer mellom 4 lb-størrelsen og denne større størrelsen som kan skyldes blandings- og dispersjonshastigheter, reaksjonshastigheter og forskjellige mengder skjær i blandingen, og
b) å produsere nok materiale til å ta prøver av potensielle kunder og få ekte tilbakemeldinger fra jobben.
Denne 50-gallons maskinen er også svært nyttig for industriprodukter når det kreves lave volumer eller spesielle farger, og bare omtrent én trommel av hver type trenger å produseres om gangen.
Det finnes flere typer blandemaskiner. De to mest brukte er planetblandere (som vist ovenfor) og høyhastighetsdispergatorer. En planetblander er bra for blandinger med høyere viskositet, mens en dispergator yter bedre, spesielt i flytende systemer med lavere viskositet. I typiske konstruksjonsforseglinger kan begge maskinene brukes så lenge man tar hensyn til blandetid og potensiell varmeutvikling fra en høyhastighetsdispergator.
3) Produksjonsmengder i full skala
Den endelige produksjonen, som kan være batch- eller kontinuerlig, gjengir forhåpentligvis ganske enkelt den endelige formuleringen fra oppskaleringstrinnet. Vanligvis produseres en relativt liten mengde (2 eller 3 batcher eller 1–2 timer kontinuerlig) materiale først i produksjonsutstyret og kontrolleres før normal produksjon starter.
Testing – hva og hvordan teste.
Hva
Fysiske egenskaper - forlengelse, strekkfasthet og modulus
Vedheft til passende underlag
Holdbarhet – både akselerert og ved romtemperatur
Herdehastigheter - Skin over tid, klebefri tid, ripetid og gjennomherdingstid, farger Temperaturstabilitet eller stabilitet i forskjellige væsker som olje
I tillegg kontrolleres eller observeres andre viktige egenskaper: konsistens, lav lukt, etsende egenskaper og generelt utseende.
Hvordan
Et ark med tetningsmiddel trekkes ut og lar det herde i en uke. En spesiell hantel kuttes deretter ut og settes i en strekktester for å måle fysiske egenskaper som forlengelse, modul og strekkfasthet. De brukes også til å måle adhesjons-/kohesjonskrefter på spesialpreparerte prøver. Enkle ja-nei-adhesjonstester utføres ved å trekke i perler av materiale som er herdet på de aktuelle underlagene.
Et Shore-A-måler måler hardheten til gummien. Denne enheten ser ut som et vekt og en måler med en spiss som presser inn i den herdede prøven. Jo mer spissen trenger inn i gummien, desto mykere er gummien og desto lavere blir verdien. En typisk konstruksjonsforsegling vil ligge i området 15–35.
Hudovergangstider, klebefrie tider og andre spesielle hudmålinger utføres enten med fingeren eller med plastark med vekter. Tiden før plasten kan trekkes av rent måles.
For å oppnå holdbarhet, aldres tuber med tetningsmiddel enten ved romtemperatur (som naturlig nok tar 1 år å oppnå en holdbarhet på 1 år) eller ved forhøyede temperaturer, vanligvis 50 ℃ i 1, 3, 5, 7 uker osv. Etter aldringsprosessen (røret får avkjøles i akselerert tilfelle), ekstruderes materialet fra røret og trekkes til en plate hvor det får herde. De fysiske egenskapene til gummien som dannes i disse arkene testes som før. Disse egenskapene sammenlignes deretter med egenskapene til nylig blandede materialer for å bestemme passende holdbarhet.
En spesifikk og detaljert forklaring av de fleste nødvendige tester finnes i ASTM-håndboken.
Noen siste tips
Enkomponents silikoner er de høyeste kvalitetsforseglingene som er tilgjengelige. De har begrensninger, og hvis det stilles spesifikke krav, kan de utvikles spesielt.
Det er viktig å sørge for at alle råvarene er så tørre som mulig, at formuleringen er stabil og at luft fjernes i produksjonsprosessen.
Utvikling og testing er i utgangspunktet den samme prosessen for alle komponentforseglingsmidler, uavhengig av type – bare sørg for at du har kontrollert alle mulige egenskaper før du begynner å produsere mengder, og at du har en klar forståelse av behovene til applikasjonen.
Avhengig av brukskravene kan riktig herdekjemi velges. Hvis for eksempel silikon velges og lukt, korrosjon og vedheft ikke anses som viktig, men lav kostnad er nødvendig, er acetoksy løsningen. Hvis det imidlertid er snakk om metalldeler som kan være korroderte, eller det kreves spesiell vedheft til plast i en unik, blank farge, trenger du et oksim.
[1] Dale Flackett. Silisiumforbindelser: Silaner og silikoner [M]. Gelest Inc: 433–439
* Foto fra OLIVIA silikonforsegling
Publisert: 31. mars 2024
