Nem lesz unalmas, komolyan – főleg, ha szereted a rugalmas gumiból készült dolgokat. Ha tovább olvasol, szinte mindent megtudsz, amit valaha is tudni akartál az egykomponensű szilikon tömítőanyagokról.
1) Mik ők
2) Hogyan készítsük el őket
3) Hol használjuk őket
Bevezetés
Mi az az egykomponensű szilikon tömítőanyag?
Sokféle kémiailag kötő tömítőanyag létezik – a szilikon, a poliuretán és a poliszulfid a legismertebbek. A név a bennük lévő molekulák gerincéből származik.
A szilikon gerinc a következő:
Si – O – Si – O – Si – O – Si
A módosított szilikon egy új technológia (legalábbis az Egyesült Államokban), és valójában egy szerves gerincet jelent, amelyet szilánkémiai úton térhálósítanak. Erre példa az alkoxi-szilánnal terminált propilén-oxid.
Mindezek a kémiai anyagok lehetnek egy- vagy kétkomponensűek, ami nyilvánvalóan összefügg a szükséges alkatrészek számával a kikeményedéshez. Tehát az egykomponensű rendszer egyszerűen azt jelenti, hogy nyisd ki a tubust, a kartust vagy a vödröt, és az anyag megköt. Normális esetben ezek az egykomponensű rendszerek reakcióba lépnek a levegő nedvességével, és gumivá alakulnak.
Tehát az egykomponensű szilikon egy olyan rendszer, amely stabil a tubusban, amíg levegővel érintkezve szilikonkaucsukká nem köt meg.
Előnyök
Az egykomponensű szilikonoknak számos egyedi előnyük van.
-Helyes összeállítás esetén nagyon stabilak és megbízhatóak, kiváló tapadást és fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek. A legalább egy évig tartó eltarthatóság (az az időtartam, amíg a tubusban hagyható felhasználás előtt) normális, egyes készítmények pedig évekig kitartanak. A szilikonok vitathatatlanul a legjobb hosszú távú teljesítménnyel is rendelkeznek. Fizikai tulajdonságaik alig változnak az idő múlásával, az UV-sugárzás hatása nélkül, ráadásul kiváló hőmérsékleti stabilitást mutatnak, amely legalább 50℃-kal meghaladja a többi tömítőanyagét.
-Az egykomponensű szilikonok viszonylag gyorsan kötnek, jellemzően 5-10 percen belül bőrösödnek, egy órán belül tapadásmentessé válnak, és kevesebb mint egy nap alatt körülbelül 3 mm vastag rugalmas gumivá kötnek. A felületük kellemes gumiszerű érzetet kelt.
-Mivel áttetszővé tehetők, ami önmagában is fontos tulajdonság (az áttetsző a leggyakrabban használt szín), viszonylag könnyű bármilyen színre pigmentálni őket.
Korlátozások
A szilikonoknak két fő korlátjuk van.
1) Nem festhetők vízbázisú festékkel - az oldószeres festékkel is nehézkes lehet.
2) Kikeményedés után a tömítőanyag kiengedheti szilikon lágyítójának egy részét, amely épülettágulási hézagokban használva csúnya foltokat okozhat a hézag szélén.
Természetesen, mivel egyetlen alkatrészről van szó, lehetetlen gyorsan mély keresztmetszetű kikeményedést elérni, mivel a rendszernek reagálnia kell a levegővel, ezért a kikeményedés felülről lefelé történik. Kicsit pontosabban, a szilikonok nem használhatók egyedüli tömítésként hőszigetelt üvegezésben, mert bár kiválóan tartják távol a folyékony vizet, a vízgőz viszonylag könnyen áthatol a kikeményedett szilikongumin, ami a hőszigetelő üvegegységek bepárásodását okozhatja.
Piaci területek és felhasználások
Az egykomponensű szilikonokat szinte mindenhol és mindenhol használják, beleértve – egyes épülettulajdonosok megdöbbenésére – azokat a helyeket is, ahol a fent említett két korlátozás problémákat okoz.
Az építőipar és a barkácsolás piaca teszi ki a legnagyobb mennyiséget, ezt követi az autóipar, az ipar, az elektronika és a repülőgépipar. Mint minden tömítőanyag esetében, az egykomponensű szilikonok fő funkciója, hogy két hasonló vagy különböző felület közötti rést kitöltsenek és ragasszanak, megakadályozva a víz vagy a huzat átjutását. Néha a receptúrát alig változtatják meg, azon kívül, hogy folyósabbá tegyék, amelyen aztán bevonatot képez. A bevonat, a ragasztó és a tömítőanyag megkülönböztetésének legjobb módja egyszerű. A tömítőanyag két felület között tömít, míg a bevonat csak az egyiket fedi le és védi, míg a ragasztó két felületet tart össze. A tömítőanyag leginkább ragasztóhoz hasonlít, amikor strukturális üvegezésben vagy hőszigetelő üvegezésben használják, azonban továbbra is a két felület tömítésére szolgál az összetartás mellett.
Alapkémia
A szilikon tömítőanyag kikeményedetlen állapotban általában sűrű pasztához vagy krémhez hasonlít. Levegővel érintkezve a szilikon polimer reaktív végcsoportjai hidrolizálnak (vízzel reagálnak), majd egymáshoz egyesülnek, vizet szabadítva fel és hosszú polimer láncokat képezve, amelyek tovább reagálnak egymással, amíg végül a paszta lenyűgöző gumivá nem válik. A szilikon polimer végén található reaktív csoport a készítmény legfontosabb részéből (magát a polimert kivéve), nevezetesen a térhálósítóból származik. A térhálósító az, ami a tömítőanyagnak jellegzetes tulajdonságait adja, akár közvetlenül, például szagot és kötési sebességet, akár közvetve, például színt, tapadást stb., a specifikus térhálósító rendszerekkel használható egyéb nyersanyagok, például töltőanyagok és tapadásfokozók miatt. A megfelelő térhálósító kiválasztása kulcsfontosságú a tömítőanyag végső tulajdonságainak meghatározásához.
Kikeményedési típusok
Többféle kikeményítő rendszer létezik.
1) Acetoxi (savanyú ecetszag)
2) Oxim
3) Alkoxi
4) Benzamid
5) Amin
6) Aminoxi
Az oximok, alkoxik és benzamidok (Európában szélesebb körben használtak) az úgynevezett semleges vagy nem savas rendszerek. Az aminok és az aminoxi-rendszerek ammónia szagúak, és jellemzően inkább az autóiparban és az iparban, illetve speciális kültéri építési alkalmazásokban használják őket.
Nyersanyagok
A készítmények több különböző összetevőből állnak, amelyek közül néhány opcionális, a tervezett végfelhasználástól függően.
Az egyetlen abszolút nélkülözhetetlen nyersanyag a reaktív polimer és a térhálósító. Azonban szinte mindig adnak hozzá töltőanyagokat, tapadásfokozókat, nem reaktív (lágyító) polimert és katalizátorokat. Ezenkívül számos más adalékanyag is használható, például színezőpaszták, gombaölő szerek, égésgátlók és hőstabilizátorok.
Alapkészítmények
Egy tipikus oxim konstrukció vagy barkács tömítőanyag-összetétel így fog kinézni:
| % | ||
| Polidimetilsziloxán, OH terminál, 50 000 cps | 65,9 | Polimer |
| Polidimetil-sziloxán, trimetil-terminális, 1000 cps | 20 | lágyító |
| Metiltrioximinoszilán | 5 | Térhálósító |
| Aminopropil-trietoxiszilán | 1 | Tapadásfokozó |
| 150 m²/g felületű füstölt szilícium-dioxid | 8 | Töltőanyag |
| Dibutil-ón-dilaurát | 0,1 | Katalizátor |
| Teljes | 100 |
Fizikai tulajdonságok
Tipikus fizikai tulajdonságok a következők:
| Nyúlás (%) | 550 |
| Szakítószilárdság (MPa) | 1.9 |
| Modulus 100°-nál Nyúlás (MPa) | 0,4 |
| Shore A keménység | 22 |
| Bőrképződés idővel (perc) | 10 |
| Kötésmentes idő (perc) | 60 |
| Karcolás ideje (perc) | 120 |
| Teljes kikeményedés (mm 24 óra alatt) | 2 |
Más térhálósítószereket tartalmazó készítmények hasonlóak lesznek, talán a térhálósító szintjében, a tapadásfokozó típusában és a kikeményedési katalizátorokban térnek el. Fizikai tulajdonságaik kissé eltérnek, kivéve, ha lánchosszabbítókat alkalmaznak. Egyes rendszerek nem állíthatók elő könnyen, hacsak nem használnak nagy mennyiségű kréta töltőanyagot. Az ilyen típusú készítmények nyilvánvalóan nem állíthatók elő átlátszó vagy áttetsző típusban.
Tömítőanyagok fejlesztése
Egy új tömítőanyag kifejlesztése 3 szakaszból áll.
1) Koncepció, gyártás és tesztelés laboratóriumban – nagyon kis mennyiségben
Itt a laborvegyésznek új ötletei vannak, és jellemzően egy körülbelül 100 grammos tömítőanyag kézi adagjával kezd, csak hogy lássa, hogyan köt meg, és milyen gumi keletkezik. Most elérhető egy új gép, a "The Hauschild Speed Mix" a FlackTek Inc.-től. Ez a speciális gép ideális ezeknek a kis, 100 grammos adagoknak a másodpercek alatti összekeverésére, miközben levegőt nyom ki belőle. Ez azért fontos, mert lehetővé teszi a fejlesztő számára, hogy ténylegesen tesztelje ezeknek a kis adagoknak a fizikai tulajdonságait. A füstölt szilícium-dioxid vagy más töltőanyagok, például a kicsapódott kréták körülbelül 8 másodperc alatt keverhetők a szilikonba. A levegőtelenítés körülbelül 20-25 másodpercet vesz igénybe. A gép egy kettős aszimmetrikus centrifugális mechanizmussal működik, amely alapvetően magukat a részecskéket használja saját keverőkarként. A maximális keverékméret 100 gramm, és többféle pohártípus áll rendelkezésre, beleértve az eldobhatóakat is, ami azt jelenti, hogy egyáltalán nem kell tisztítani.
A formulázási folyamatban nemcsak az összetevők fajtája kulcsfontosságú, hanem az adagolás sorrendje és a keverési idő is. Természetesen a levegő kizárása vagy eltávolítása fontos a termék eltarthatóságának biztosítása érdekében, mivel a légbuborékok nedvességet tartalmaznak, ami a tömítőanyag belülről történő kikeményedését okozza.
Miután a vegyész beszerezte az adott alkalmazáshoz szükséges tömítőanyagot, a mennyiséget egy 1 literes bolygóműves keverőre lehet növelni, amely körülbelül 3-4 db kis, 110 ml-es (3 unciás) tubus előállítására alkalmas. Ez elegendő anyag a kezdeti eltarthatósági vizsgálathoz és a tapadási vizsgálathoz, valamint minden egyéb speciális követelményhez.
Ezután áttérhet egy 1 vagy 2 gallonos gépre, ahol 8-12 db 10 unciás csövet gyárt alaposabb teszteléshez és vevői mintavételhez. A tömítőanyagot a tartályból egy fémhengeren keresztül a patronba préselik, amely a csomagolóhengerre illeszkedik. Ezeket a teszteket követően készen áll a méretnövelésre.
2) Méretnövelés és finomhangolás – közeges térfogatok
A méretnövelés során a laboratóriumi készítményt most egy nagyobb gépen állítják elő, jellemzően 100-200 kg-os vagy körülbelül egy hordónyi mennyiségben. Ennek a lépésnek két fő célja van:
a) hogy megállapítsuk, van-e bármilyen jelentős eltérés a 4 fontos méret és a nagyobb méret között, amelyek a keverési és diszperziós sebességekből, a reakciósebességekből és a keverék eltérő nyíróerő-tartalmából adódhatnak, és
b) elegendő anyagot előállítani a potenciális ügyfelek mintájának felméréséhez és valódi, munkahelyi visszajelzések megszerzéséhez.
Ez az 50 gallonos gép ipari termékekhez is nagyon hasznos, amikor kis mennyiségre vagy speciális színekre van szükség, és egyszerre csak körülbelül egy hengert kell gyártani minden típusból.
Többféle keverőgép létezik. A két leggyakrabban használt a bolygókeverő (ahogy fentebb látható) és a nagy sebességű diszpergáló. A bolygókeverő a nagyobb viszkozitású keverékekhez jó, míg a diszpergáló különösen az alacsonyabb viszkozitású folyékony rendszerekben teljesít jobban. Tipikus építőipari tömítőanyagokban mindkét gép használható, amennyiben odafigyelünk a keverési időre és a nagy sebességű diszpergáló potenciális hőtermelésére.
3) Teljes méretű termelési mennyiségek
A végső gyártás, amely lehet szakaszos vagy folyamatos, remélhetőleg egyszerűen reprodukálja a méretnövelési lépésből származó végső összetételt. Általában egy viszonylag kis mennyiségű (2 vagy 3 tétel vagy 1-2 óra folyamatos) anyagot állítanak elő először a gyártóberendezésben, és ellenőrzik, mielőtt a normál gyártás megkezdődne.
Tesztelés – Mit és hogyan kell tesztelni.
Mi
Fizikai tulajdonságok - nyúlás, szakítószilárdság és modulus
Tapadás a megfelelő aljzathoz
Eltarthatóság – gyorsított és szobahőmérsékleten tárolva is
Kötési sebességek - bőrösödés idővel, ragadásmentes idő, karcolási idő és teljes kikeményedés, színek, hőmérséklet, stabilitás vagy stabilitás különböző folyadékokban, például olajban.
Ezenkívül más kulcsfontosságú tulajdonságokat is ellenőrzik vagy megfigyelnek: állag, alacsony szag, korrozív hatás és általános megjelenés.
Hogyan
Egy tömítőanyag-lapot húznak ki, és egy hétig hagyják kötni. Ezután egy speciális súlyzót vágnak ki, és egy szakítóvizsgálóba helyezik, hogy megmérjék a fizikai tulajdonságokat, például a nyúlást, a modulust és a szakítószilárdságot. Ezeket a készülékeket speciálisan előkészített minták tapadási/kohéziós erőinek mérésére is használják. Az egyszerű igen-nem tapadásvizsgálatokat úgy végzik, hogy a szóban forgó felületre kikeményedett anyaggyöngyöket húznak.
A Shore-A mérő a gumi keménységét méri. Ez az eszköz egy súlyra és egy mérőeszközre hasonlít, amelynek hegye a kikeményedett mintába nyomódik. Minél mélyebben hatol be a hegy a gumiba, annál puhább a gumi, és annál alacsonyabb az érték. Egy tipikus építési tömítőanyag keménysége 15-35 között van.
A bőrképződési időket, a tapadásmentességi időket és más speciális bőrméréseket ujjal vagy súlyokkal ellátott műanyag fóliákkal végzik. Megmérik azt az időt, amely alatt a műanyag tisztán lehúzható.
Az eltarthatóság megőrzése érdekében a tömítőanyag tubusokat vagy szobahőmérsékleten érlelik (ami természetesen 1 évig tart az 1 éves eltarthatóság biztosításához), vagy magasabb hőmérsékleten, jellemzően 50 °C-on 1, 3, 5, 7 hétig stb. Az érlelési folyamatot követően (a gyorsított esetben a csövet hagyják lehűlni), az anyagot extrudálják a csőből, és lemezzé húzzák, ahol hagyják kikeményedni. Az ezekben a lemezekben képződött gumi fizikai tulajdonságait a korábbiakhoz hasonlóan tesztelik. Ezeket a tulajdonságokat ezután összehasonlítják a frissen kevert anyagok tulajdonságaival a megfelelő eltarthatóság meghatározása érdekében.
A legtöbb szükséges teszt részletes magyarázata megtalálható az ASTM kézikönyvben.
Néhány záró tipp
Az egykomponensű szilikonok a legmagasabb minőségű tömítőanyagok, amelyek kaphatók. Vannak korlátaik, és ha speciális követelmények merülnek fel, akkor speciálisan fejleszthetők ki.
Kulcsfontosságú biztosítani, hogy minden nyersanyag a lehető legszárazabb legyen, a készítmény stabil legyen, és a gyártási folyamat során eltávolítsák a levegőt.
A fejlesztés és tesztelés alapvetően ugyanaz a folyamat bármely egykomponensű tömítőanyag esetében, típustól függetlenül – csak győződjön meg róla, hogy minden lehetséges tulajdonságot ellenőrizett, mielőtt megkezdi a gyártást, és hogy világosan megérti az alkalmazás igényeit.
Az alkalmazási követelményektől függően kiválasztható a megfelelő kikeményítő kémia. Például, ha szilikont választunk, és a szag, a korrózió és a tapadás nem fontos, de alacsony költségre van szükség, akkor az acetoxi a megfelelő megoldás. Ha azonban korrodálódó fém alkatrészekről van szó, vagy különleges tapadás szükséges műanyaghoz egyedi fényes színben, akkor oximra van szükség.
[1] Dale Flackett. Szilíciumvegyületek: Szilánok és szilikonok [M]. Gelest Inc: 433-439
* Fotó az OLIVIA szilikon tömítőanyagról
Közzététel ideje: 2024. márc. 31.
