Abstrakt
Auf der Grundlage der US-Norm ASTM C920 und der technischen Zertifizierung ETAG 002 der EU wird in diesem Artikel die gesamte Reaktionskette von Silikondichtstoffen von der molekularen Vernetzung bis zur makroskopischen Aushärtung systematisch analysiert. Durch den Vergleich der experimentellen Daten des National Institute of Standards and Technology (NIST) der Vereinigten Staaten mit denen des Fraunhofer-Instituts in Deutschland wird der quantitative Einfluss der Umgebungsfeuchtigkeit, der Temperatur und des Katalysators auf die Aushärtungsgeschwindigkeit aufgezeigt, und es wird eine von internationalen maßgeblichen Organisationen zertifizierte Vergleichstabelle der Konstruktionsparameter beigefügt.
1. Modell der Feuchtedurchdringungsdynamik (Norm ASTM D7238)
- Formel für die Diffusionsrate Q= (P×A×ΔP)/d
- Q: Feuchtigkeitsdurchdringung (g/m²-h)
- P: Materialdurchlässigkeitskoeffizient (Testdaten siehe NIST-Materialdatenbank)
- ΔP: Wasserdampfpartialdruckdifferenz (kPa)
- Kritische Feuchtigkeitsschwelle
- Silikonkleber vom Typ Kondensation: Beginn der Aushärtung bei RH≥30% (Norm ISO 12571)
- Additions-Silikonkleber: RH≥10% kann reagieren
- Gleichung zur Begrenzung der Schichtdicke Maximale effektive Aushärtungstiefe =√(4Dt)
- D: Diffusionskoeffizient (etwa 3,2×10^-6 cm²/s bei 25℃)
- t: Aushärtungszeit
2. Mechanismus der Hydrolyse- und Kondensationsreaktion (IUPAC-Nomenklatur)
- Primäre Reaktionsformel ≡Si-O-R + H2O → ≡Si-OH + R-OH
- R: organische Gruppen wie Methyl/Phenyl
- Aktivierungsenergie: 58-65 kJ/mol (Datenquelle: Amerikanische Chemische Gesellschaft ACS)
- Wirkungsmechanismus des Katalysators
- Dibutylzinndilaurat: verringert die Aktivierungsenergie auf 42 kJ/mol
- Titanate: Erhöhung der Vernetzungsdichte um 15-20%
- pH-empfindlicher Bereich
- Optimale Reaktionsumgebung: pH=4-6
- Alkalische Bedingungen (pH>8) führen zu Nebenreaktionen zur Bildung von Si-O^-Strukturen
3. Aufbau eines dreidimensionalen vernetzten Netzwerks (TEM-elektronenmikroskopische Beobachtung)
- Berechnung der Vernetzungsdichte ν = ρ/Mc
- ν: Vernetzungspunktdichte (mol/m³)
- ρ: Materialdichte
- Mc: Mittleres Molekulargewicht zwischen den Vernetzungspunkten
- Typ der Netzstruktur
| Typ | Zugfestigkeit (MPa) | Bruchdehnung (%) |
|---|---|---|
| Trapezförmige Struktur | 2.8-3.5 | 400-600 |
| Wabenförmige Struktur | 1.5-2.2 | 800-1200 |
- Beseitigung des Hysterese-Effekts
- Verwendung von hydroxyl-terminiertem Polydimethylsiloxan (PDMS)
- Molekulargewichtsverteilungsindex PDI<1,2 (GPC-Testnorm ASTM D5296)
4. Kontrollmatrix der Umweltparameter
Modell der synergetischen Wirkung von Temperatur und Feuchtigkeit
| Temperatur (℃) | Relative Luftfeuchtigkeit (%) | Trocknungszeit der Oberfläche (min) | Vollständige Aushärtungszeit (h) |
|---|---|---|---|
| 15 | 30 | 45-60 | 72-96 |
| 25 | 50 | 20-30 | 24-36 |
| 35 | 70 | 10-15 | 12-18 |
5. Defektbildung und Unterdrückungsstrategie
- Analyse der Blasenbildung
- Rückhaltung flüchtiger Nebenprodukte (Gasproduktion pro Gramm Kolloid ≤ 0,5 ml)
- Lösung: 0,5-1% hydrophobe pyrogene Kieselsäure hinzufügen
- Verhinderung von Schnittstellenausfällen
- Die Oberflächenenergie des Substrats muss > 36 mN/m sein (siehe ISO-Norm 8296)
- Silan-Kopplungsmittel (KH-550/KH-560) wird empfohlen
- Schwellenwert für Spannungsrisse
- Kritische Dehnungsenergie-Freisetzungsrate Gc=150-300 J/m² (ASTM D3433 Test)
- Die Zugabe von Nano-Calciumcarbonat kann bis zu 500 J/m² erhöhen.
VI. Intelligente Technologie zur Überwachung der Aushärtung
- Dielektrisches Analyseverfahren (DEA)
- Echtzeitüberwachung des Aushärtungsgrads α= (Ct - C0)/(C∞ - C0)
- Ausgestattet mit Novocontrol Alpha-A Hochfrequenz-Analysator
- Raman-Spektroskopie-Verfolgung
- Charakteristische Peakverschiebung: Si-O-Si 490cm-¹ → 505cm-¹
- Ausgestattet mit Horiba LabRAM HR Evolution System
- Überwachungssystem für das Internet der Dinge
- Integrierter Temperatur- und Feuchtigkeitssensor (Genauigkeit ±1%RH)
- Die Daten werden auf die AWS IoT Core-Plattform hochgeladen
Zusammenfassung Gemäß der Norm ISO 11600:2002 zur Klassifizierung von Bauwerksabdichtungen werden folgende Maßnahmen für die technische Praxis empfohlen:
- Durchführung der ASTM D2202-Haftungsprüfung vor dem Bau
- Kontrolle der Umweltparameter gemäß ASTM D4129
- Verwendung der deutschen Spezifikation DIN 52460 für die Alterungsbewertung
- Siehe den neuesten technischen Leitfaden der [International Sealant Association ASC] (https://www.adhesives.org) zur Auswahl