Ei, tämä ei tule olemaan tylsää, rehellisesti sanottuna – varsinkaan jos rakastat joustavia kumituotteita. Jos luet eteenpäin, löydät lähes kaiken, mitä olet koskaan halunnut tietää yksikomponenttisista silikonitiivisteistä.
1) Mitä ne ovat
2) Kuinka tehdä ne
3) Missä niitä käytetään
Johdanto
Mikä on yksikomponenttinen silikonitiiviste?
Kemiallisesti kovettuvia tiivisteitä on monenlaisia, joista tunnetuimpia ovat silikoni, polyuretaani ja polysulfidi. Nimi tulee molekyylien rungosta.
Silikonirunko on:
Si – O – Si – O – Si – O – Si
Modifioitu silikoni on uusi teknologia (ainakin Yhdysvalloissa) ja tarkoittaa itse asiassa orgaanista runkoa, joka on kovetettu silaanikemialla. Esimerkki tästä on alkoksisilaanipääteinen polypropeenioksidi.
Kaikki nämä kemikaalit voivat olla joko yksi- tai kaksikomponenttisia, mikä luonnollisesti liittyy siihen, kuinka monta osia tarvitaan materiaalin kovettumiseen. Yksi osa tarkoittaa siis yksinkertaisesti sitä, että avaa tuubi, patruuna tai ämpäri ja materiaali kovettuu. Normaalisti nämä yksikomponenttiset järjestelmät reagoivat ilman kosteuden kanssa ja muuttuvat kumiksi.
Yksikomponenttinen silikoni on siis järjestelmä, joka on stabiili putkessa, kunnes se kovettuu ilman vaikutuksesta ja muodostaa silikonikumin.
Edut
Yksikomponenttisilla silikoneilla on monia ainutlaatuisia etuja.
- Oikein sekoitettuna ne ovat erittäin stabiileja ja luotettavia, ja niillä on erinomainen tarttuvuus ja fysikaaliset ominaisuudet. Vähintään vuoden säilyvyysaika (aika, jonka voit pitää aineen tuubissa ennen käyttöä) on normaali, ja jotkut koostumukset kestävät useita vuosia. Silikoneilla on myös kiistatta paras pitkän aikavälin suorituskyky. Niiden fysikaaliset ominaisuudet tuskin muuttuvat ajan kuluessa, eivätkä UV-säteily vaikuta niihin, ja lisäksi niillä on erinomainen lämpötilankestävyys, joka ylittää muut tiivisteet vähintään 50 ℃.
-Yksikomponenttiset silikonit kovettuvat suhteellisen nopeasti, tyypillisesti muodostaen nahan 5–10 minuutissa, muuttuen tarttumattomaksi tunnin kuluessa ja kovettuen noin 3 mm paksuiseksi elastiseksi kumiksi alle päivässä. Pinnan tuntuma on miellyttävä.
-Koska ne voidaan tehdä läpikuultaviksi, mikä on itsessään tärkeä ominaisuus (läpikuultava on eniten käytetty väri), niitä on suhteellisen helppo pigmentoida mihin tahansa väriin.
Rajoitukset
Silikoneilla on kaksi pääasiallista rajoitusta.
1) Niitä ei voi maalata vesipohjaisella maalilla – se voi olla hankalaa myös liuotinpohjaisen maalin kanssa.
2) Kovettumisen jälkeen tiivisteaine voi vapauttaa osan silikonipehmittimestään, joka rakennuksen liikuntasaumassa käytettäessä voi aiheuttaa rumia tahroja sauman reunaan.
Koska kyseessä on yksiosainen rakenne, on luonnollisesti mahdotonta saada nopeaa syvää läpileikkausta, koska järjestelmän on reagoitava ilman kanssa ja kovettuminen tapahtuu ylhäältä alaspäin. Tarkemmin sanottuna silikoneja ei voida käyttää ainoana tiivisteenä eristyslasi-ikkunoissa, koska ne ovat erinomaisia pitämään nestemäisen veden loitolla, vesihöyry kulkee suhteellisen helposti kovettuneen silikonikumin läpi aiheuttaen eristyslasielementtien huurtumista.
Markkina-alueet ja käyttötarkoitukset
Yksikomponenttisia silikoneja käytetään lähes kaikkialla ja harmillisesti myös silloin, kun edellä mainitut kaksi rajoitusta aiheuttavat ongelmia.
Rakennus- ja tee-se-itse-markkinat muodostavat suurimman osan volyymista, ja seuraavaksi tulevat autoteollisuus, teollisuus, elektroniikka ja ilmailu. Kuten kaikkien tiivisteiden kohdalla, yksikomponenttisten silikonien päätehtävänä on tarttua ja täyttää kahden samanlaisen tai erilaisen pinnan välinen rako estäen veden tai vedon pääsyn läpi. Joskus koostumusta ei juurikaan muuteta muuten kuin sen juoksevuuden parantamiseksi, jolloin siitä tulee pinnoite. Paras tapa erottaa pinnoite, liima ja tiiviste on yksinkertainen. Tiiviste tiivistää kahden pinnan väliin, kun taas pinnoite peittää ja suojaa vain yhtä pintaa, kun taas liima pitää kaksi pintaa tehokkaasti yhdessä. Tiiviste on samankaltaisempi kuin liima, kun sitä käytetään rakennelasissa tai eristelasituksessa, mutta se toimii edelleen kahden pinnan tiivistämisen ja niiden pitämisen yhdessä lisäksi.
Peruskemia
Kovettumattomassa tilassa silikonitiiviste näyttää normaalisti paksulta tahnalta tai kermalta. Ilman kanssa kosketuksissa silikonipolymeerin reaktiiviset pääteryhmät hydrolysoituvat (reagoivat veden kanssa) ja liittyvät sitten toisiinsa vapauttaen vettä ja muodostaen pitkiä polymeeriketjuja, jotka jatkavat reagointia keskenään, kunnes lopulta tahna muuttuu vaikuttavaksi kumiksi. Silikonipolymeerin päässä oleva reaktiivinen ryhmä on peräisin koostumuksen tärkeimmästä osasta (polymeeriä itseään lukuun ottamatta), nimittäin silloittimesta. Juuri silloitin antaa tiivisteelle sen ominaispiirteet joko suoraan, kuten hajun ja kovettumisnopeuden, tai epäsuorasti, kuten värin, tarttuvuuden jne., koska tiettyjen silloitteiden kanssa voidaan käyttää muita raaka-aineita, kuten täyteaineita ja tarttuvuutta parantavia aineita. Oikean silloitteen valinta on avainasemassa tiivisteen lopullisten ominaisuuksien määrittämisessä.
Kovettumistyypit
Kovettumisjärjestelmiä on useita erilaisia.
1) Asetoksi (hapan etikan haju)
2) Oksiimi
3) Alkoksi
4) Bentsamidi
5) Amiini
6) Aminoksi
Oksiimit, alkoksit ja bentsamidit (joita käytetään laajemmin Euroopassa) ovat niin sanottuja neutraaleja tai ei-happamia järjestelmiä. Amiineilla ja aminoksijärjestelmillä on ammoniakin haju, ja niitä käytetään tyypillisesti enemmän autoteollisuudessa ja teollisuudessa tai tietyissä ulkorakennussovelluksissa.
Raaka-aineet
Formulaatiot sisältävät useita eri komponentteja, joista osa on valinnaisia käyttötarkoituksesta riippuen.
Ainoat ehdottoman välttämättömät raaka-aineet ovat reaktiivinen polymeeri ja silloitin. Täyteaineita, tarttumista edistäviä aineita, ei-reaktiivista (pehmitintä) polymeeriä ja katalyyttejä lisätään kuitenkin lähes aina. Lisäksi voidaan käyttää monia muita lisäaineita, kuten väripastoja, sienitautien torjunta-aineita, palonestoaineita ja lämmönkestäviä aineita.
Perusformulaatiot
Tyypillinen oksiimirakenne tai tee-se-itse-tiivistekoostumus näyttää suunnilleen tältä:
| % | ||
| Polydimetyylisiloksaani, OH-päätteinen 50 000 cps | 65,9 | Polymeeri |
| Polydimetyylisiloksaani, trimetyylipäätteinen, 1000 cps | 20 | Pehmitin |
| Metyylitrioksiminosilaani | 5 | Ristilinkoitin |
| Aminopropyylitrietoksisilaani | 1 | Tarttuvuuden edistäjä |
| 150 neliömetriä/g pinta-ala savutettua piidioksidia | 8 | Täyteaine |
| Dibutyylitinadilauraatti | 0,1 | Katalyytti |
| Kokonais | 100 |
Fysikaaliset ominaisuudet
Tyypillisiä fysikaalisia ominaisuuksia ovat:
| Venymä (%) | 550 |
| Vetolujuus (MPa) | 1.9 |
| Moduuli 100° venymässä (MPa) | 0,4 |
| Shore A -kovuus | 22 |
| Iho ajan myötä (min) | 10 |
| Kovettumisaika (min) | 60 |
| Raaputusaika (min) | 120 |
| Läpikovettuminen (mm 24 tunnissa) | 2 |
Muita silloittimia käyttävät formulaatiot näyttävät samankaltaisilta, mutta ne saattavat erota silloittimien määrässä, tarttumisen edistäjän tyypissä ja kovettumiskatalyyteissä. Niiden fysikaaliset ominaisuudet vaihtelevat hieman, ellei käytetä ketjunpidentäjiä. Joitakin järjestelmiä ei voida valmistaa helposti, ellei käytetä suurta määrää liitutäyteainetta. Tällaisia formulaatioita ei tietenkään voida valmistaa kirkkaana tai läpikuultavana.
Tiivisteiden kehittäminen
Uuden tiivisteen kehittämisessä on kolme vaihetta.
1) Konsepti, tuotanto ja testaus laboratoriossa – erittäin pienet määrät
Tässä laboratoriokemistillä on uusia ideoita, ja hän aloittaa tyypillisesti noin 100 gramman tiivisteaineannoksella nähdäkseen, miten se kovettuu ja millaista kumia syntyy. Nyt saatavilla on uusi kone "The Hauschild Speed Mix" FlackTek Inc:ltä. Tämä erikoiskone sopii erinomaisesti näiden pienten 100 gramman erien sekoittamiseen sekunneissa samalla ilmaa poistaen. Tämä on tärkeää, koska se antaa nyt kehittäjälle mahdollisuuden testata näiden pienten erien fysikaalisia ominaisuuksia. Savutettua piidioksidia tai muita täyteaineita, kuten saostettuja liituja, voidaan sekoittaa silikoniin noin 8 sekunnissa. Ilmanpoisto kestää noin 20–25 sekuntia. Laite toimii kaksoisasymmetrisen sentrifugimekanismin avulla, joka käyttää pohjimmiltaan itse hiukkasia omina sekoitusvarsiensa. Suurin sekoituskoko on 100 grammaa, ja saatavilla on useita erilaisia kuppeja, mukaan lukien kertakäyttöisiä, mikä tarkoittaa, että puhdistusta ei tarvita lainkaan.
Valmistusprosessissa keskeistä ei ole pelkästään ainesosien tyyppi, vaan myös lisäysjärjestys ja sekoitusajat. Luonnollisesti ilman poistaminen on tärkeää tuotteen säilyvyyden varmistamiseksi, koska ilmakuplat sisältävät kosteutta, joka puolestaan saa tiivisteen kovettumaan sisältäpäin.
Kun kemisti on hankkinut sovellukseensa tarvittavan tiivisteaineen, se skaalataan 1 litran planeettasekoittimeen, jolla voidaan tuottaa noin 3–4 pientä 110 ml:n (3 unssia) tuubia. Tämä riittää alustavaan säilyvyystestiin ja tartuntatestiin sekä muihin erityisvaatimuksiin.
Sitten hän voi siirtyä 1 tai 2 gallonan koneeseen tuottamaan 8–12 kpl 10 unssin tuubeja perusteellisempia testejä ja asiakasnäytteitä varten. Tiivisteaine pursotetaan astiasta metallisylinterin läpi patruunaan, joka sopii pakkaussylinterin päälle. Näiden testien jälkeen hän on valmis skaalautumaan.
2) Skaalaaminen ja hienosäätö – keskikokoiset volyymit
Suuremmassa mittakaavassa laboratorioformulaatio valmistetaan nyt suuremmalla koneella, jonka kapasiteetti on tyypillisesti 100–200 kg tai suunnilleen rumpu. Tällä vaiheella on kaksi päätarkoitusta
a) nähdäkseen, onko 4 paunan koon ja tämän suuremman koon välillä merkittäviä eroja, jotka voivat johtua sekoitus- ja dispersionopeudesta, reaktionopeudesta ja seoksen erilaisista läpivirtausmääristä, ja
b) tuottaa riittävästi materiaalia potentiaalisten asiakkaiden otantaa varten ja saadakseen aitoa työssäoppimiskokemusta.
Tämä 50 gallonan kone on myös erittäin hyödyllinen teollisuustuotteille, kun tarvitaan pieniä määriä tai erikoisvärejä ja kerrallaan tarvitsee tuottaa vain noin yksi tynnyri kutakin tyyppiä.
Sekoituskoneita on useita tyyppejä. Kaksi yleisimmin käytettyä ovat planeettasekoittimet (kuten yllä on esitetty) ja suurnopeuksiset dispergointilaitteet. Planeettasekoitin sopii hyvin korkeamman viskositeetin omaaville seoksille, kun taas dispergointilaite toimii paremmin erityisesti matalamman viskositeetin omaaville juokseville järjestelmille. Tyypillisissä rakennustiivisteissä voidaan käyttää kumpaakin konetta, kunhan kiinnitetään huomiota sekoitusaikaan ja suurnopeuksisen dispergointilaitteen mahdolliseen lämmöntuottoon.
3) Täyden mittakaavan tuotantomäärät
Lopullinen tuotanto, joka voi olla erä- tai jatkuvatoiminen, toivottavasti yksinkertaisesti toistaa skaalausvaiheen lopullisen koostumuksen. Yleensä suhteellisen pieni määrä (2 tai 3 erää tai 1–2 tuntia jatkuvaa) materiaalia tuotetaan ensin tuotantolaitteistossa ja tarkistetaan ennen normaalin tuotannon aloittamista.
Testaus – mitä ja miten testataan.
Mitä
Fysikaaliset ominaisuudet - venymä, vetolujuus ja moduuli
Tarttuvuus sopivaan alustaan
Säilyvyysaika - sekä nopeutettu että huoneenlämmössä
Kovettumisnopeudet - nahoittuminen ajan myötä, tarttumattomuusaika, naarmuuntumisaika ja läpikotaisin kovettuminen, värit, lämpötila, stabiilius tai stabiilius erilaisissa nesteissä, kuten öljyssä.
Lisäksi tarkistetaan tai havaitaan muita keskeisiä ominaisuuksia: koostumus, vähäinen haju, syövyttävyys ja yleinen ulkonäkö.
Miten
Tiivistearkki vedetään ulos ja annetaan sen kovettua viikon. Sitten leikataan irti erityinen käsipaino ja asetetaan vetolujuuden mittauslaitteeseen fysikaalisten ominaisuuksien, kuten venymän, moduulin ja vetolujuuden, mittaamiseksi. Niitä käytetään myös tarttuvuus-/koheesiovoimien mittaamiseen erityisesti valmistetuista näytteistä. Yksinkertaiset kyllä-ei-tartuntatestit suoritetaan vetämällä kovettuneista materiaalirakeista kyseisiin alustoihin.
Shore-A-mittari mittaa kumin kovuutta. Tämä laite näyttää painolta ja mittarilta, jonka kärki painaa kovettunutta näytettä. Mitä syvemmälle kärki tunkeutuu kumiin, sitä pehmeämpää kumi on ja sitä pienempi arvo. Tyypillinen rakennustiiviste on kovuuden luokkaa 15–35.
Nahkakerrosten irtoamisajat, tarttumattomuusajat ja muut ihon erityismittaukset tehdään joko sormella tai painoilla varustetuilla muovilevyillä. Mitataan aika, joka kuluu ennen kuin muovi voidaan vetää pois puhtaasti.
Säilyvyysajan varmistamiseksi tiivisteputkilot vanhenevat joko huoneenlämmössä (mikä luonnollisesti kestää vuoden yhden vuoden säilyvyyden varmistamiseksi) tai korotetussa lämpötilassa, tyypillisesti 50 ℃:ssa 1, 3, 5, 7 viikon ajan jne. Vanhentamisprosessin jälkeen (putken annetaan jäähtyä kiihdytetyssä tapauksessa) materiaali pursotetaan putkesta ja vedetään levyksi, jossa sen annetaan kovettua. Näihin levyihin muodostetun kumin fysikaaliset ominaisuudet testataan kuten aiemmin. Näitä ominaisuuksia verrataan sitten vastasekoitettujen materiaalien ominaisuuksiin sopivan säilyvyyden määrittämiseksi.
Yksityiskohtaiset selitykset useimmista vaadittavista testeistä löytyvät ASTM-käsikirjasta.
Joitakin loppuvinkkejä
Yksikomponenttiset silikonit ovat korkealaatuisimmista saatavilla olevista tiivisteistä. Niillä on rajoituksensa, ja jos niille asetetaan erityisvaatimuksia, ne voidaan kehittää erityisesti niiden käyttöön.
On tärkeää varmistaa, että kaikki raaka-aineet ovat mahdollisimman kuivia, koostumus on vakaa ja että ilma poistetaan tuotantoprosessissa.
Kehitys ja testaus ovat pohjimmiltaan sama prosessi kaikille yksikomponenttisille tiivisteille tyypistä riippumatta – varmista vain, että olet tarkistanut kaikki mahdolliset ominaisuudet ennen tuotantomäärien aloittamista ja että sinulla on selkeä käsitys sovelluksen tarpeista.
Käyttökohteen vaatimuksista riippuen voidaan valita oikea kovetinkemia. Jos esimerkiksi valitaan silikoni ja hajua, korroosiota ja tarttuvuutta ei pidetä tärkeinä, mutta halutaan alhaiset kustannukset, asetoksi on oikea valinta. Jos kyseessä ovat kuitenkin metalliosat, jotka voivat syöpyä, tai jos tarvitaan erityistä tarttuvuutta muoviin ainutlaatuisessa kiiltävässä värissä, tarvitaan oksiimi.
[1] Dale Flackett. Piiyhdisteet: Silaanit ja silikonit [M]. Gelest Inc: 433-439
* Kuva OLIVIA-silikonitiivisteestä
Julkaisun aika: 31.3.2024
