Nej, det här kommer inte att bli tråkigt, ärligt talat – särskilt inte om du älskar töjbara gummisaker. Om du läser vidare kommer du att få reda på nästan allt du någonsin velat veta om enkomponents silikonfogar.
1) Vad de är
2) Hur man gör dem
3) Var de ska användas
Introduktion
Vad är ett enkomponents silikonförseglare?
Det finns många typer av kemiskt härdande tätningsmedel – silikon, polyuretan och polysulfid är de mest kända. Namnet kommer från molekylernas ryggrad.
Silikonryggraden är:
Si – O – Si – O – Si – O – Si
Modifierad silikon är en ny teknik (åtminstone i USA) och innebär egentligen en organisk skelett härdad med silankemi. Ett exempel är alkoxysilanterminerad polypropenoxid.
Alla dessa kemiska sammansättningar kan vara antingen en- eller tvåkomponentssystem, vilket uppenbarligen beror på antalet delar du behöver för att få saken att härda. Därför betyder en-komponent helt enkelt att öppna tuben, patronen eller hinken så härdar ditt material. Normalt reagerar dessa enkomponentssystem med fukten i luften och blir gummi.
Så, ett enkomponents silikon är ett system som är stabilt i röret tills det, vid exponering för luft, härdar för att producera ett silikongummi.
Fördelar
Enkomponentssilikoner har många unika fördelar.
- När de blandas korrekt är de mycket stabila och pålitliga med utmärkt vidhäftning och fysikaliska egenskaper. En hållbarhet (den tid du kan lämna den i tuben innan du använder den) på minst ett år är normalt, och vissa formuleringar håller i många år. Silikoner har också utan tvekan den bästa långsiktiga prestandan. Deras fysikaliska egenskaper förändras knappt över tid utan effekt från UV-exponering och dessutom uppvisar de utmärkt temperaturstabilitet som överträffar andra tätningsmedel med minst 50 ℃.
- Enkomponentssilikoner härdar relativt snabbt, vanligtvis utvecklar de en hinna inom 5 till 10 minuter, blir klibbfria inom en timme och härdar till ett elastiskt gummi som är cirka 3 mm djupt på mindre än en dag. Ytan har en behaglig gummiaktig känsla.
-Eftersom de kan göras genomskinliga, vilket är en viktig egenskap i sig (genomskinlig är den mest använda färgen), är det relativt enkelt att pigmentera dem till vilken färg som helst.
Begränsningar
Silikoner har två huvudsakliga begränsningar.
1) De kan inte målas med vattenbaserad färg – det kan vara knepigt med lösningsmedelsbaserad färg också.
2) Efter härdning kan fogmassan släppa ut en del av sin silikonmjukgörare, vilket vid användning i expansionsfogar i byggnader kan skapa fula fläckar längs fogens kant.
Naturligtvis, på grund av själva naturen att vara en enda del, är det omöjligt att få en snabb djupgående härdning genom snittet eftersom systemet måste reagera med luften och därför härda uppifrån och ner. Lite mer specifikt kan silikoner inte användas som enda tätning i isolerglasfönster eftersom. Även om de är utmärkta på att hålla flytande vatten i bulk ute, passerar vattenånga relativt lätt genom det härdade silikongummit, vilket gör att IG-enheterna immar.
Marknadsområden och användningsområden
Enkomponentssilikoner används nästan överallt, inklusive, till vissa fastighetsägares förtret, där de två ovan nämnda begränsningarna orsakar problem.
Bygg- och gör-det-själv-marknaderna står för den största volymen, följt av fordons-, industri-, elektronik- och flygindustrin. Precis som med alla tätningsmedel är silikonernas huvudsakliga funktion att fästa och fylla mellanrummet mellan två liknande eller olika underlag för att förhindra att vatten eller drag tränger igenom. Ibland ändras en formulering knappast annat än för att göra den mer flytande, varpå den sedan blir en beläggning. Det bästa sättet att skilja mellan en beläggning, ett lim och ett tätningsmedel är enkelt. Ett tätningsmedel tätar mellan två ytor medan en beläggning täcker och skyddar bara en, medan ett lim i stor utsträckning håller ihop två ytor. Ett tätningsmedel liknar mest ett lim när det används i strukturglas eller isolerglas, men det fungerar fortfarande för att täta de två underlagen förutom att hålla ihop dem.
Grundläggande kemi
Silikonfogmassan i ohärdat tillstånd ser normalt ut som en tjock pasta eller kräm. Vid exponering för luft hydrolyserar (reagerar) de reaktiva ändgrupperna i silikonpolymeren (med vatten) och förenas sedan med varandra, vilket frigör vatten och bildar långa polymerkedjor som fortsätter att reagera med varandra tills pastan slutligen förvandlas till ett imponerande gummi. Den reaktiva gruppen i änden av silikonpolymeren kommer från den viktigaste delen av formuleringen (exklusive själva polymeren), nämligen tvärbindaren. Det är tvärbindaren som ger fogmassan dess karakteristiska egenskaper, antingen direkt såsom lukt och härdningshastighet, eller indirekt såsom färg, vidhäftning etc. på grund av de andra råmaterial som kan användas med specifika tvärbindningssystem, såsom fyllmedel och vidhäftningspromotorer. Att välja rätt tvärbindare är nyckeln till att bestämma fogmassans slutliga egenskaper.
Härdningstyper
Det finns flera olika härdningssystem.
1) Acetoxi (doft av sur vinäger)
2) Oxim
3) Alkoxi
4) Bensamid
5) Amin
6) Aminoxi
Oximer, alkoxier och bensamider (som används mer allmänt i Europa) är så kallade neutrala eller icke-sura system. Aminer och aminooxisystem har en ammoniaklukt och används vanligtvis mer inom fordons- och industriområden eller specifika utomhusbyggnadstillämpningar.
Råvaror
Formuleringar består av flera olika komponenter, av vilka vissa är valfria, beroende på den avsedda slutanvändningen.
De enda absolut nödvändiga råmaterialen är reaktiv polymer och tvärbindare. Fyllmedel, vidhäftningsförbättrare, icke-reaktiv (mjukgörande) polymer och katalysatorer tillsätts dock nästan alltid. Dessutom kan många andra tillsatser användas, såsom färgpasta, fungicider, flamskyddsmedel och värmestabilisatorer.
Grundläggande formuleringar
En typisk oximkonstruktion eller gör-det-själv-tätningsmedelsformulering kommer att se ut ungefär så här:
| % | ||
| Polydimetylsiloxan, OH-terminerad 50 000 cps | 65,9 | Polymer |
| Polydimetylsiloxan, trimetylterminerad, 1000 cps | 20 | Mjukgörare |
| Metyltrioximinosilan | 5 | Tvärbindare |
| Aminopropyltrietoxisilan | 1 | Vidhäftningspromotor |
| 150 kvm/g ytarea av pyrogen kiseldioxid | 8 | Fyllmedel |
| Dibutyltenndilaurat | 0,1 | Katalysator |
| Total | 100 |
Fysiska egenskaper
Typiska fysikaliska egenskaper inkluderar:
| Förlängning (%) | 550 |
| Draghållfasthet (MPa) | 1.9 |
| Modul vid 100 förlängning (MPa) | 0,4 |
| Shore A-hårdhet | 22 |
| Hud över tid (min) | 10 |
| Tissufri tid (min) | 60 |
| Skraptid (min) | 120 |
| Genomhärdning (mm på 24 timmar) | 2 |
Formuleringar med andra tvärbindare kommer att se liknande ut, eventuellt olika vad gäller tvärbindningsnivå, typ av vidhäftningspromotor och härdningskatalysatorer. Deras fysikaliska egenskaper kommer att variera något om inte kedjeförlängare används. Vissa system kan inte tillverkas enkelt om inte en stor mängd kritfyllnad används. Denna typ av formuleringar kan uppenbarligen inte produceras i klar eller genomskinlig form.
Utveckla tätningsmedel
Det finns tre steg i utvecklingen av ett nytt tätningsmedel.
1) Utformning, produktion och testning i labbet – mycket små volymer
Här har kemisten nya idéer och börjar vanligtvis med en manuell sats på cirka 100 gram tätningsmedel bara för att se hur det härdar och vilken typ av gummi som produceras. Nu finns en ny maskin tillgänglig "The Hauschild Speed Mix" från FlackTek Inc. Denna specialiserade maskin är idealisk för att blanda dessa små satser på 100 g på några sekunder samtidigt som den blåser ut luft. Detta är viktigt eftersom det nu gör det möjligt för utvecklaren att faktiskt testa de fysikaliska egenskaperna hos dessa små satser. Pyrogen kiseldioxid eller andra fyllmedel som utfälld kritor kan blandas i silikonen på cirka 8 sekunder. Avluftningen tar cirka 20–25 sekunder. Maskinen fungerar med hjälp av en dubbel asymmetrisk centrifugmekanism som i princip använder partiklarna själva som sina egna blandningsarmar. Den maximala blandningsstorleken är 100 gram och flera olika kopptyper finns tillgängliga, inklusive engångs, vilket innebär absolut ingen rengöring.
Nyckeln i formuleringsprocessen är inte bara typen av ingredienser, utan även ordningen för tillsats och blandningstid. Naturligtvis är det viktigt att utesluta eller avlägsna luft för att produkten ska hålla länge, eftersom luftbubblor innehåller fukt som sedan får tätningsmedlet att härda inifrån.
När kemisten har fått tag på den typ av tätningsmedel som krävs för just hans tillämpning, skalar den upp till en planetblandare på 1 liter, vilket kan producera cirka 3–4 små rör på 110 ml (3 oz). Detta är tillräckligt material för initial hållbarhetstestning och vidhäftningstest plus eventuella andra specialkrav.
Han kan sedan gå till en maskin på 1 eller 2 gallon för att producera 8–12 stycken rör på 10 oz för mer djupgående tester och kundprovtagning. Tätningsmedlet extruderas från burken genom en metallcylinder in i patronen som passar över förpackningscylindern. Efter dessa tester är han redo för uppskalning.
2) Uppskalning och finjustering av medelstora volymer
I uppskalningen produceras laboratorieformuleringen nu på en större maskin, vanligtvis i intervallet 100–200 kg eller ungefär en fat. Detta steg har två huvudsyften.
a) för att se om det finns några signifikanta skillnader mellan 4 lb-storleken och denna större storlek som kan bero på blandnings- och dispersionshastigheter, reaktionshastigheter och olika mängder skjuvhet i blandningen, och
b) att producera tillräckligt med material för att ta prov på potentiella kunder och för att få riktig feedback från arbetsplatsen.
Denna 225-litersmaskin är också mycket användbar för industriprodukter när låga volymer eller specialfärger krävs och endast ungefär en trumma av varje typ behöver produceras åt gången.
Det finns flera typer av blandningsmaskiner. De två vanligaste är planetblandare (som visas ovan) och höghastighetsdispergeringsmaskiner. En planetblandare är bra för blandningar med högre viskositet medan en dispergeringsmaskin presterar bättre, särskilt i flytande system med lägre viskositet. I typiska byggfogmassor kan båda maskinerna användas så länge man är uppmärksam på blandningstid och potentiell värmeutveckling hos en höghastighetsdispergeringsmaskin.
3) Fullskaliga produktionskvantiteter
Den slutliga produktionen, som kan vara batchvis eller kontinuerlig, reproducerar förhoppningsvis helt enkelt den slutliga formuleringen från uppskalningssteget. Vanligtvis produceras en relativt liten mängd (2 eller 3 batcher eller 1–2 timmar kontinuerligt) material först i produktionsutrustningen och kontrolleras innan normal produktion påbörjas.
Testning - Vad och hur man testar.
Vad
Fysikaliska egenskaper - töjning, draghållfasthet och modul
Vidhäftning till lämpligt underlag
Hållbarhet - både accelererad och vid rumstemperatur
Härdningshastigheter - Ytbehandling över tid, klibbfri tid, reptid och genomhärdning, färger, temperaturstabilitet eller stabilitet i olika vätskor såsom olja
Dessutom kontrolleras eller observeras andra viktiga egenskaper: konsistens, låg lukt, korrosivitet och allmänt utseende.
Hur
Ett ark tätningsmedel dras ut och får härda i en vecka. En speciell hantel skärs sedan ut och placeras i en draghållfasthetsmätare för att mäta fysikaliska egenskaper som töjning, modul och draghållfasthet. De används också för att mäta vidhäftnings-/kohesionskrafter på specialförberedda prover. Enkla ja-nej-vidhäftningstester utförs genom att dra i materialpärlor som härdats på de aktuella substraten.
En Shore-A-mätare mäter gummits hårdhet. Denna anordning ser ut som en vikt och en mätare med en spets som trycks in i det härdade provet. Ju mer spetsen penetrerar gummit, desto mjukare blir gummit och desto lägre blir värdet. Ett typiskt konstruktionsfogmedel ligger i intervallet 15-35.
Hudövergångstider, klibbfria tider och andra speciella hudmätningar utförs antingen med fingret eller med plastdukar med vikter. Tiden innan plasten kan dras bort rent mäts.
För hållbarhet åldras tuber med tätningsmedel antingen vid rumstemperatur (vilket naturligtvis tar 1 år för att uppnå en hållbarhet på 1 år) eller vid förhöjda temperaturer, vanligtvis 50 ℃, i 1, 3, 5, 7 veckor etc. Efter åldringsprocessen (tuben får svalna i det accelererade fallet) extruderas materialet från tuben och dras till en skiva där det får härda. De fysikaliska egenskaperna hos gummit som bildas i dessa skivor testas som tidigare. Dessa egenskaper jämförs sedan med egenskaperna hos nyligen blandade material för att bestämma lämplig hållbarhet.
En specifik och detaljerad förklaring av de flesta tester som krävs finns i ASTM-handboken.
Några sista tips
Enkomponentssilikoner är de högsta kvalitetsfogmassorna som finns tillgängliga. De har begränsningar och om specifika krav ställs kan de utvecklas special.
Det är viktigt att se till att alla råvaror är så torra som möjligt, att formuleringen är stabil och att luft avlägsnas i produktionsprocessen.
Utveckling och testning är i princip samma process för alla komponenttätningsmedel oavsett typ – se bara till att du har kontrollerat alla möjliga egenskaper innan du börjar tillverka kvantiteter och att du har en tydlig förståelse för applikationens behov.
Beroende på tillämpningskraven kan rätt härdningskemi väljas. Om till exempel silikon väljs och lukt, korrosion och vidhäftning inte anses vara viktiga men en låg kostnad krävs, är acetoxi det rätta valet. Men om metalldelar som kan vara korroderade är inblandade eller om särskild vidhäftning till plast krävs i en unik glansig färg, behöver du en oxim.
[1] Dale Flackett. Kiselföreningar: Silaner och silikoner [M]. Gelest Inc: 433-439
* Foto från OLIVIA silikonfogmassa
Publiceringstid: 31 mars 2024
