Ne, tohle nebude nuda, upřímně – zvláště pokud máte rádi elastické gumové věci. Pokud budete číst dál, dozvíte se téměř vše, co jste kdy chtěli vědět o jednosložkových silikonových tmelech.
1) Jaké jsou
2) Jak je vyrobit
3) Kde je použít
Zavedení
Co je to jednosložkový silikonový tmel?
Existuje mnoho typů chemicky tvrdnoucích tmelů – nejznámější jsou silikonové, polyuretanové a polysulfidové. Název pochází z páteře příslušných molekul.
Silikonová páteř je:
Si – O – Si – O – Si – O – Si
Modifikovaný silikon je nová technologie (alespoň v USA) a ve skutečnosti znamená organickou páteř vytvrzenou silanovou chemií. Příkladem je alkoxysilanem zakončený polypropylenoxid.
Všechny tyto chemické látky mohou být buď jednodílné nebo dvoudílné, což samozřejmě souvisí s počtem dílů, které potřebujete k vytvrzení věci. Jedna část tedy jednoduše znamená otevřít zkumavku, kartuši nebo vědro a váš materiál vytvrdne. Normálně tyto jednodílné systémy reagují s vlhkostí ve vzduchu za vzniku pryže.
Jednosložkový silikon je tedy systém, který je v tubě stabilní, dokud při vystavení vzduchu nevytvrdne na silikonovou pryž.
Výhody
Jednosložkové silikony mají mnoho jedinečných výhod.
-Při správném složení jsou velmi stabilní a spolehlivé s vynikající přilnavostí a fyzikálními vlastnostmi. Skladovatelnost (doba, kterou můžete nechat v tubě před použitím) alespoň jeden rok je normální u některých přípravků po mnoho let. Silikony mají také nepochybně nejlepší dlouhodobý výkon. Jejich fyzikální vlastnosti se v průběhu času téměř nemění bez vlivu vystavení UV záření a navíc vykazují vynikající teplotní stabilitu, která převyšuje teplotní stabilitu jiných tmelů minimálně o 50 °C.
- Jednosložkové silikony vytvrzují relativně rychle, obvykle se vytvoří kůže během 5 až 10 minut, během jedné hodiny se stanou nelepivými a vytvrdnou na elastickou gumu hlubokou asi 1/10 palce za méně než jeden den. Povrch působí příjemným gumovým dojmem.
-Protože mohou být průsvitné, což je samo o sobě důležitá vlastnost (průsvitné je nejpoužívanější barva), je poměrně snadné je pigmentovat na jakoukoli barvu.
Omezení
Silikony mají dvě hlavní omezení.
1) Nemohou být natřeny vodou ředitelnou barvou - to může být složité i s rozpouštědlovou základní barvou.
2) Po vytvrzení může tmel uvolnit část svého silikonového plastifikátoru, který při použití ve stavební dilatační spáře může podél okraje spáry vytvářet nevzhledné skvrny.
Samozřejmě, vzhledem k samotné povaze toho, že jde o jeden díl, není možné dosáhnout rychlého hlubokého vytvrzení, protože systém musí reagovat se vzduchem, a proto se vytvrzuje shora dolů. Abychom byli trochu konkrétnější, silikony nelze použít jako jediné těsnění v izolačních skleněných oknech, protože. I když jsou vynikající v tom, že zadržují objemnou kapalnou vodu ven, vodní pára poměrně snadno prochází vytvrzenou silikonovou pryží a způsobuje zamlžování jednotek IG.
Oblasti trhu a použití
Jednosložkové silikony se používají téměř kdekoli a všude, včetně ke zděšení některých majitelů budov, kde dvě výše zmíněná omezení způsobují problémy.
Stavebnictví a trh pro kutily tvoří hlavní objem, po kterém následuje automobilový průmysl, průmysl, elektronika a letecký průmysl. Jako u všech tmelů je hlavní funkcí jednosložkových silikonů přilnout a vyplnit mezeru mezi dvěma podobnými nebo odlišnými podklady, aby se zabránilo pronikání vody nebo průvanu. Někdy se složení stěží změní jinak, než aby byl tekutější, na kterém se pak stane povlakem. Nejlepší způsob, jak odlišit nátěr, lepidlo a tmel, je jednoduchý. Těsnící tmel těsní mezi dvěma povrchy, zatímco povlak kryje a chrání pouze jeden, zatímco lepidlo do značné míry drží dva povrchy pohromadě. Těsnicí hmota se nejvíce podobá lepidlu, když se používá ve strukturálním zasklení nebo izolačním zasklení, nicméně stále funguje tak, že oba podklady utěsní, kromě toho, že je drží pohromadě.
Základní chemie
Silikonový tmel v nevytvrzeném stavu normálně vypadá jako hustá pasta nebo krém. Při vystavení vzduchu se reaktivní koncové skupiny silikonového polymeru hydrolyzují (reagují s vodou) a poté se vzájemně spojují, uvolňují vodu a tvoří dlouhé polymerní řetězce, které spolu dále reagují, až se nakonec pasta změní v působivou gumu. Reaktivní skupina na konci silikonového polymeru pochází z nejdůležitější části formulace (kromě samotného polymeru), totiž zesíťovadla. Je to zesíťovací činidlo, které dodává tmelu jeho charakteristické vlastnosti buď přímo, jako je zápach a rychlost vytvrzování, nebo nepřímo, jako je barva, přilnavost atd., a to kvůli jiným surovinám, které lze použít se specifickými zesíťovacími systémy, jako jsou plniva a látky podporující přilnavost. . Výběr správného síťovadla je klíčem k určení konečných vlastností tmelu.
Typy vytvrzování
Existuje několik různých systémů vytvrzování.
1) Acetoxy (kyselý octový zápach)
2) Oxim
3) Alkoxy
4) Benzamid
5) Amin
6) Aminoxy
Oximy, alkoxidy a benzamidy (v Evropě více používané) jsou tzv. neutrální nebo nekyselé systémy. Aminy a aminoxysystémy mají čpavkový zápach a obvykle se používají spíše v automobilovém průmyslu a průmyslu nebo ve specifických venkovních stavebních aplikacích.
Suroviny
Formulace obsahují několik různých složek, z nichž některé jsou volitelné, v závislosti na zamýšleném konečném použití.
Jedinými naprosto nezbytnými surovinami jsou reaktivní polymer a síťovadlo. Téměř vždy se však přidávají plniva, promotory adheze, nereaktivní (plastifikující) polymery a katalyzátory. Kromě toho lze použít mnoho dalších přísad, jako jsou barevné pasty, fungicidy, zpomalovače hoření a tepelné stabilizátory.
Základní formulace
Typická oximová konstrukce nebo složení tmelu pro vlastní potřebu bude vypadat nějak takto:
| % | ||
| Polydimethylsiloxan, OH zakončený 50 000 cps | 65,9 | Polymer |
| Polydimethylsiloxan, zakončený trimethylem, 1000 cps | 20 | Plastifikátor |
| Methyltrioximinosilan | 5 | Síťovací prostředek |
| Aminopropyltriethoxysilan | 1 | Promotor adheze |
| 150 m2/g povrchu pyrogenního oxidu křemičitého | 8 | Plnivo |
| Dibutylcín dilaurát | 0,1 | Katalyzátor |
| Celkový | 100 |
Fyzikální vlastnosti
Mezi typické fyzikální vlastnosti patří:
| Prodloužení (%) | 550 |
| Pevnost v tahu (MPa) | 1.9 |
| Modul při protažení 100 (MPa) | 0,4 |
| Tvrdost Shore A | 22 |
| Vzhled v průběhu času (min) | 10 |
| Volný čas (min) | 60 |
| Doba škrábání (min) | 120 |
| Průchozí vytvrzení (mm za 24 hodin) | 2 |
Formulace používající jiná síťovadla budou vypadat podobně, možná se budou lišit v úrovni zesíťovacího činidla, typu promotoru adheze a vytvrzovacích katalyzátorech. Jejich fyzikální vlastnosti se budou mírně lišit, pokud nejsou zapojeny prodlužovače řetězce. Některé systémy nelze snadno vyrobit, pokud není použito velké množství křídového plniva. Tyto druhy formulací zjevně nelze vyrábět v čirém nebo průsvitném typu.
Vývoj tmelů
Vývoj nového tmelu má 3 fáze.
1) Koncepce, výroba a testování v laboratoři - velmi malé objemy
Zde má laboratorní chemik nové nápady a obvykle začíná ruční dávkou asi 100 gramů tmelu, aby viděl, jak se vytvrzuje a jaký druh gumy se vyrábí. Nyní je k dispozici nový stroj "The Hauschild Speed Mix" od FlackTek Inc. Tento specializovaný stroj je ideální pro míchání těchto malých 100g dávek během několika sekund a zároveň vytlačuje vzduch. To je důležité, protože to nyní umožňuje vývojáři skutečně testovat fyzikální vlastnosti těchto malých šarží. Pyrogenní oxid křemičitý nebo jiná plniva, jako jsou srážené křídy, lze do silikonu vmíchat během asi 8 sekund. Odvzdušnění trvá asi 20-25 sekund. Stroj pracuje na principu duálního asymetrického mechanismu odstředivky, který v podstatě využívá samotné částice jako vlastní míchací ramena. Maximální velikost směsi je 100 gramů a je k dispozici několik různých typů šálků včetně jednorázových, což znamená absolutně žádné čištění.
Klíčem v procesu formulace nejsou jen druhy přísad, ale také pořadí přidávání a doby míchání. Přirozeně je důležité vyloučení nebo odstranění vzduchu, aby produkt měl skladovatelnost, protože vzduchové bubliny obsahují vlhkost, která pak způsobí vytvrzení tmelu zevnitř.
Jakmile chemik získá druh tmelu, který je vyžadován pro jeho konkrétní aplikaci, rozšíří se až na 1litrový planetový mixér, který dokáže vyrobit asi 3-4 malé 110 ml (3oz) zkumavky. To je dostatečný materiál pro počáteční testování trvanlivosti a test přilnavosti plus jakékoli další speciální požadavky.
Poté může jít do 1 nebo 2 galonového stroje, aby vyrobil 8-12 10 oz trubek pro podrobnější testování a vzorkování zákazníků. Těsnicí hmota je vytlačována z kelímku přes kovový válec do kartuše, která je nasazena na balicí válec. Po těchto testech je připraven na zvětšení.
2) Zvětšení a jemné doladění střední hlasitosti
Ve větším měřítku se nyní laboratorní přípravek vyrábí na větším stroji, typicky v rozsahu 100-200 kg nebo kolem bubnu. Tento krok má dva hlavní účely
a) zjistit, zda existují nějaké významné změny mezi velikostí 4 lb a touto větší velikostí, které mohou být důsledkem rychlosti míchání a disperze, reakční rychlosti a různého množství střihu ve směsi, a
b) vyrobit dostatek materiálu pro vzorkování potenciálních zákazníků a získat skutečnou zpětnou vazbu při práci.
Tento stroj o objemu 50 galonů je také velmi užitečný pro průmyslové výrobky, kde jsou vyžadovány malé objemy nebo speciální barvy a současně je třeba vyrábět pouze jeden buben od každého typu.
Existuje několik typů míchacích strojů. Dva nejběžněji používané jsou planetové mísiče (jak je uvedeno výše) a vysokorychlostní dispergátory. Planetární je vhodný pro směsi s vyšší viskozitou, zatímco dispergátor funguje lépe zejména v tekutých systémech s nižší viskozitou. V typických konstrukčních tmelech lze použít kterýkoli stroj, pokud se věnuje pozornost době míchání a potenciálnímu vývinu tepla vysokorychlostního dispergátoru.
3) Plná výrobní množství
Konečná výroba, která může být dávková nebo kontinuální, doufejme, že jednoduše reprodukuje konečnou formulaci z kroku ve větším měřítku. Obvykle se nejprve ve výrobním zařízení vyrobí relativně malé množství (2 nebo 3 šarže nebo 1-2 hodiny kontinuálně) materiálu a zkontroluje se, než následuje běžná výroba.
Testování – co a jak testovat.
Co
Fyzikální vlastnosti - prodloužení, pevnost v tahu a modul
Přilnavost ke vhodnému podkladu
Skladovatelnost – zrychlená a při pokojové teplotě
Rychlost vytvrzení – kůže v průběhu času, doba nelepivosti, doba poškrábání a průběžné vytvrzení, teplotní stabilita barev nebo stabilita v různých kapalinách, jako je olej
Kromě toho se kontrolují nebo sledují další klíčové vlastnosti: konzistence, nízký zápach, korozivnost a celkový vzhled.
Jak
Vytáhne se list tmelu a nechá se týden vytvrdnout. Poté se vyřízne speciální činka a vloží se do testeru tahu pro měření fyzikálních vlastností, jako je prodloužení, modul a pevnost v tahu. Používají se také k měření adhezních/kohezních sil na speciálně připravených vzorcích. Jednoduché testy přilnavosti ano-ne se provádějí tažením kuliček materiálu vytvrzeného na příslušné substráty.
Shore-A metr měří tvrdost gumy. Toto zařízení vypadá jako závaží a měřidlo s hrotem zatlačovaným do vytvrzeného vzorku. Čím více hrot proniká do gumy, tím je guma měkčí a hodnota je nižší. Typický stavební tmel bude v rozmezí 15-35.
Kůže v průběhu času, doba nelepivosti a další speciální měření kůže se provádějí buď prstem, nebo pomocí plastových fólií se závažím. Měří se doba, než bude možné plast čistě vytáhnout.
Z důvodu trvanlivosti jsou trubky s těsnicí hmotou stárnuty buď při pokojové teplotě (což přirozeně trvá 1 rok, než se prokáže 1 rok skladovatelnosti), nebo při zvýšených teplotách, typicky 50 °C po dobu 1, 3, 5, 7 týdnů atd. Po stárnutí procesem (trubka se ve zrychleném případě nechá vychladnout) se materiál z trubky vytlačí a natáhne do fólie, kde se nechá vytvrdit. Fyzikální vlastnosti kaučuku vytvořeného v těchto listech se testují jako dříve. Tyto vlastnosti se pak porovnají s vlastnostmi čerstvě smíchaných materiálů, aby se určila vhodná doba skladovatelnosti.
Konkrétní podrobné vysvětlení většiny požadovaných testů lze nalézt v příručce ASTM.
Několik tipů na závěr
Jednosložkové silikony jsou nejkvalitnější dostupné tmely. Mají svá omezení a pokud jsou požadovány specifické požadavky, mohou být vyvinuty speciálně.
Je klíčové zajistit, aby všechny suroviny byly co nejsušší, složení stabilní a aby byl ve výrobním procesu odstraněn vzduch.
Vývoj a testování je v zásadě stejný proces pro jakýkoli jednodílný tmel bez ohledu na typ – jen se ujistěte, že jste zkontrolovali všechny možné vlastnosti, než začnete vyrábět množství, a že jasně rozumíte potřebám aplikace.
V závislosti na požadavcích aplikace lze zvolit správnou vytvrzovací chemii. Například, pokud je vybrán silikon a zápach, koroze a přilnavost nejsou považovány za důležité, ale je zapotřebí nízká cena, pak je acetoxy způsob, jak jít. Pokud se však jedná o kovové části, které mohou být zkorodované, nebo je vyžadována speciální přilnavost k plastu v jedinečné lesklé barvě, pak potřebujete oxim.
[1] Dale Flackett. Sloučeniny křemíku: Silany a silikony [M]. Gelest Inc: 433-439
* Fotografie ze silikonového tmelu OLIVIA
Čas odeslání: 31. března 2024
