Abstrakt
Baseret på den amerikanske ASTM C920-standard og den tekniske certificering EU ETAG 002 analyserer denne artikel systematisk den komplette reaktionskæde for silikoneforseglinger fra molekylær tværbinding til makroskopisk hærdning. Ved at sammenligne de eksperimentelle data fra National Institute of Standards and Technology (NIST) i USA med Fraunhofer Institute i Tyskland afsløres den kvantitative indflydelse af miljømæssig fugtighed, temperatur og katalysator på hærdningshastigheden, og en sammenligningstabel for konstruktionsparametre, der er certificeret af internationale autoritative organisationer, er vedlagt.
1. Dynamisk model for fugtindtrængning (ASTM D7238 standard)
- Formel for diffusionshastighed Q= (P×A×ΔP)/d
- Q: Fugtindtrængning (g/m²-h)
- P: Materialets permeabilitetskoefficient (testdata se NIST's materialedatabase)
- ΔP: Forskel i partialtryk for vanddamp (kPa)
- Kritisk luftfugtighedstærskel
- Silikonelim af kondensationstypen: Start hærdning, når RH≥30% (ISO 12571 standard)
- Silikonelim af additionstypen: RH≥10% kan reagere
- Ligning for begrænsning af filmtykkelse Maksimal effektiv hærdningsdybde =√(4Dt)
- D: Diffusionskoefficient (ca. 3,2×10^-6 cm²/s ved 25℃)
- t: Hærdningstid
2. Mekanisme for hydrolyse og kondensationsreaktion (IUPAC-nomenklatur)
- Primær reaktionsformel ≡Si-O-R + H2O → ≡Si-OH + R-OH
- R: organiske grupper som f.eks. methyl/phenyl
- Aktiveringsenergi: 58-65 kJ/mol (datakilde): American Chemical Society ACS)
- Katalysatorens virkningsmekanisme
- Dibutyltin-dilaurat: reducerer aktiveringsenergien til 42 kJ/mol
- Titanater: øger tværbindingstætheden med 15-20%
- pH-følsomt område
- Optimalt reaktionsmiljø: pH=4-6
- Alkaliske forhold (pH>8) fører til sidereaktioner, der genererer Si-O^-strukturer
3. Konstruktion af tredimensionelt tværbundet netværk (TEM-elektronmikroskopobservation)
- Beregning af tværbindingstæthed ν = ρ/Mc
- ν: Tværbindingspunktets massefylde (mol/m³)
- ρ: Materialets tæthed
- Mc: Gennemsnitlig molekylvægt mellem tværbindingspunkterne
- Type af netværksstruktur
| Type | Trækstyrke (MPa) | Forlængelse ved brud (%) |
|---|---|---|
| Trapezformet struktur | 2.8-3.5 | 400-600 |
| Honeycomb-struktur | 1.5-2.2 | 800-1200 |
- Eliminering af hystereseeffekt
- Brug af hydroxyl-termineret polydimethylsiloxan (PDMS)
- Molekylvægtfordelingsindeks PDI<1,2 (GPC-teststandard ASTM D5296)
4. Kontrolmatrix for miljøparametre
Model for synergistisk effekt af temperatur og luftfugtighed
| Temperatur (℃) | Relativ luftfugtighed (%) | Overfladens tørretid (min) | Fuldstændig hærdningstid (h) |
|---|---|---|---|
| 15 | 30 | 45-60 | 72-96 |
| 25 | 50 | 20-30 | 24-36 |
| 35 | 70 | 10-15 | 12-18 |
5. Defektdannelse og undertrykkelsesstrategi
- Analyse af bobledannelse
- Tilbageholdelse af flygtige biprodukter (gasproduktion pr. gram kolloid ≤ 0,5 ml)
- Opløsning: Tilsæt 0,5-1% hydrofobisk pyrogen silica
- Forebyggelse af interfacefejl
- Substratets overfladeenergi skal være > 36 mN/m (se ISO 8296-standarden).
- Silankoblingsmiddel (KH-550/KH-560) anbefales.
- Tærskelværdi for spændingsrevner
- Kritisk frigørelseshastighed for belastningsenergi Gc=150-300 J/m² (ASTM D3433 test)
- Tilføjelse af nano-calciumkarbonat kan øge til 500 J/m².
VI. Intelligent teknologi til overvågning af hærdning
- Dielektrisk analysemetode (DEA)
- Realtidsovervågning af hærdningsgrad α= (Ct - C0)/(C∞ - C0)
- Udstyret med Novocontrol Alpha-A højfrekvensanalysator
- Sporing med Raman-spektroskopi
- Karakteristisk peak-skift: Si-O-Si 490cm-¹ → 505cm-¹
- Udstyret med Horiba LabRAM HR Evolution-system
- Internet of Things overvågningssystem
- Integreret temperatur- og fugtighedssensor (nøjagtighed ±1%RH)
- Data uploades til AWS IoT Core-platformen
Sammenfatning I henhold til ISO 11600:2002-standarden for klassificering af fugemasse til bygninger anbefales følgende foranstaltninger til teknisk praksis:
- Udfør ASTM D2202 vedhæftningstest før konstruktion
- Kontrol af miljøparametre i henhold til ASTM D4129-standarden
- Brug den tyske DIN 52460-specifikation til ældningsevaluering
- Se den seneste tekniske vejledning fra [International Sealant Association ASC] (https://www.adhesives.org) til udvælgelse