Abstraktne
USA standardi ASTM C920 ja ELi tehnilise sertifikaadi ETAG 002 alusel analüüsitakse käesolevas artiklis süstemaatiliselt silikoonhermeetikute täielikku reaktsiooniahelat molekulaarsest ristseotusest kuni makroskoopilise kõvenemiseni. Ameerika Ühendriikide riikliku standardite ja tehnoloogia instituudi (NIST) katseandmete võrdlemisel Saksamaa Fraunhoferi instituudi andmetega selgub keskkonna niiskuse, temperatuuri ja katalüsaatori kvantitatiivne mõju kõvenemise kiirusele ning lisatud on rahvusvaheliste autoriteetsete organisatsioonide poolt sertifitseeritud ehitusparameetrite võrdlustabel.
1. Niiskuse tungimise dünaamika mudel (standard ASTM D7238)
- Diffusiooni kiiruse valem Q= (P×A×ΔP)/d
- Q: Niiskuse läbilaskvus (g/m²-h)
- P: materjali läbilaskvuskoefitsient (katseandmed vt. NISTi materjalide andmebaas)
- ΔP: veeauru osalise rõhu erinevus (kPa)
- Kriitilise niiskuse künnis
- Kondensatsioonitüüpi silikoonliim: Hakkab kõvenema, kui RH≥30% (ISO 12571 standard).
- Lisanditüüpi silikoonliim: RH≥10% võib reageerida
- Kile paksuse piiramise võrrand Maksimaalne efektiivne kõvenemise sügavus =√(4Dt)
- D: difusioonikoefitsient (umbes 3,2×10^-6 cm²/s 25 ℃ juures).
- t: Kuivamisaeg
2. Hüdrolüüsi ja kondensatsioonireaktsiooni mehhanism (IUPACi nomenklatuur)
- Esmane reaktsioonivalem ≡Si-O-R + H2O → ≡Si-OH + R-OH
- R: orgaanilised rühmad nagu metüül/fenüül
- Aktiveerimisenergia: 58-65 kJ/mol (andmeallikas: Ameerika Keemiaühing ACS)
- Katalüsaatori toimemehhanism
- Dibutüültina dilauraat: vähendab aktiveerimisenergiat 42 kJ/molini.
- Titanaadid: suurendavad ristsidumise tihedust 15-20% võrra.
- pH-tundlik vahemik
- Optimaalne reaktsioonikeskkond: pH=4-6
- Leeliselised tingimused (pH>8) viivad Si-O^-struktuuride tekkimise kõrvalreaktsioonideni.
3. Kolmemõõtmelise ristseotud võrgustiku ehitamine (TEM elektronmikroskoobi vaatlus)
- Võrgustustiheduse arvutamine ν = ρ/Mc
- ν: ristumiskoha tihedus (mol/m³)
- ρ: Materjali tihedus
- Mc: keskmine molekulmass ristumiskohtade vahelisel ajal
- Võrgustiku struktuuri tüüp
| Tüüp | Tõmbetugevus (MPa) | Pikendus katkemisel (%) |
|---|---|---|
| Trapetsikujuline struktuur | 2.8-3.5 | 400-600 |
| Mesilase struktuur | 1.5-2.2 | 800-1200 |
- Hüsteerismiefekti kõrvaldamine
- Kasutades hüdroksüülterminatsiooniga polüdimetüülsiloksaani (PDMS)
- Molekulmassi jaotumise indeks PDI < 1,2 (GPC-katse standard ASTM D5296).
4. Keskkonnaparameetrite kontrollmaatriks
Temperatuuri ja niiskuse sünergilise mõju mudel
| Temperatuur (℃) | Suhteline niiskus (%) | Pinna kuivamisaeg (min) | Täielik kõvenemise aeg (h) |
|---|---|---|---|
| 15 | 30 | 45-60 | 72-96 |
| 25 | 50 | 20-30 | 24-36 |
| 35 | 70 | 10-15 | 12-18 |
5. Defektide tekkimise ja tõrjumise strateegia
- Mullide moodustumise analüüs
- Lenduvate kõrvalsaaduste säilitamine (gaasitoodang grammi kolloidi kohta ≤ 0,5 ml).
- Lahendus: Lisada 0,5-1% hüdrofoobset suitsusöövitatud ränidioksiidi
- Liidesehäirete vältimine
- Substraadi pinnaenergia peab olema > 36 mN/m (vt ISO 8296 standard).
- Soovitatav on kasutada silaankinnitusainet (KH-550/KH-560).
- Pingepurunemise künnis
- Kriitiline pingeenergia vabanemise kiirus Gc=150-300 J/m² (ASTM D3433 katse)
- Nanokaltsiumkarbonaadi lisamine võib suurendada 500 J/m²-ni.
VI. Intelligentne kõvenemise jälgimise tehnoloogia
- Dielektrilise analüüsi meetod (DEA)
- Reaalajas jälgimine kõvenemisaste α= (Ct - C0)/(C∞ - C0)
- Varustatud Novocontrol Alpha-A kõrgsagedusanalüsaatoriga
- Raman-spektroskoopia jälgimine
- Iseloomulik tippude nihkumine: Si-O-Si 490cm-¹ → 505cm-¹
- Varustatud Horiba LabRAM HR Evolution süsteemiga
- Asjade interneti seiresüsteem
- Integreeritud temperatuuri ja niiskuse andur (täpsus ±1%RH)
- Andmed laaditakse üles AWS IoT Core platvormile.
Kokkuvõte Vastavalt ISO 11600:2002 standardile ISO 11600:2002 ehitiste tihendite klassifikatsioonistandardile on inseneripraktikas soovitatav kasutada järgmisi meetmeid:
- Enne ehitamist tuleb teha ASTM D2202 adhesiivsuskatse.
- Keskkonnaparameetrite kontrollimine vastavalt standardile ASTM D4129
- Kasutage vananemise hindamiseks Saksa spetsifikatsiooni DIN 52460.
- Vt [International Sealant Association ASC] uusimat tehnilist juhendit (https://www.adhesives.org) valimiseks