Resumo
Com base na norma ASTM C920 dos EUA e na certificação técnica ETAG 002 da UE, este artigo analisa sistematicamente a cadeia de reação completa dos vedantes de silicone, desde a reticulação molecular até à cura macroscópica. Comparando os dados experimentais do National Institute of Standards and Technology (NIST) dos Estados Unidos com o caso do Fraunhofer Institute na Alemanha, é revelada a influência quantitativa da humidade ambiental, da temperatura e do catalisador na taxa de cura, e é anexada uma tabela de comparação de parâmetros de construção certificada por organizações internacionais competentes.
1. Modelo da dinâmica da penetração da humidade (norma ASTM D7238)
- Fórmula da taxa de difusão Q= (P×A×ΔP)/d
- Q: Penetração de humidade (g/m²-h)
- P: Coeficiente de permeabilidade do material (dados de ensaio ver Base de dados de materiais do NIST)
- ΔP: Diferença de pressão parcial do vapor de água (kPa)
- Limiar de humidade crítica
- Cola de silicone do tipo condensação: Iniciar a cura quando RH≥30% (norma ISO 12571)
- Cola de silicone de tipo de adição: RH≥10% pode reagir
- Equação de limitação da espessura da película Profundidade máxima efectiva de cura =√(4Dt)
- D: Coeficiente de difusão (cerca de 3,2×10^-6 cm²/s a 25℃)
- t: Tempo de cura
2. Mecanismo da reação de hidrólise e condensação (nomenclatura IUPAC)
- Fórmula de reação primária ≡Si-O-R + H2O → ≡Si-OH + R-OH
- R: grupos orgânicos como o metilo/fenilo
- Energia de ativação: 58-65 kJ/mol (fonte de dados: Sociedade Americana de Química ACS)
- Mecanismo de ação do catalisador
- Dilaurato de dibutilestanho: reduz a energia de ativação para 42 kJ/mol
- Titanatos: aumento da densidade de reticulação em 15-20%
- Gama sensível ao pH
- Ambiente de reação ideal: pH=4-6
- As condições alcalinas (pH>8) conduzem a reacções secundárias para gerar estruturas Si-O^
3. Construção de uma rede reticulada tridimensional (observação ao microscópio eletrónico TEM)
- Cálculo da densidade de ligações cruzadas ν = ρ/Mc
- ν: Densidade do ponto de reticulação (mol/m³)
- ρ: Densidade do material
- Mc: Peso molecular médio entre os pontos de reticulação
- Tipo de estrutura de rede
| Tipo | Resistência à tração (MPa) | Elongação de rotura (%) |
|---|---|---|
| Estrutura trapezoidal | 2.8-3.5 | 400-600 |
| Estrutura em favo de mel | 1.5-2.2 | 800-1200 |
- Eliminação do efeito de histerese
- Utilização de polidimetilsiloxano (PDMS) com extremidades hidroxilo
- Índice de distribuição do peso molecular PDI<1,2 (norma de ensaio GPC ASTM D5296)
4. Matriz de controlo dos parâmetros ambientais
Modelo de efeito sinérgico da temperatura e da humidade
| Temperatura (℃) | Humidade relativa (%) | Tempo de secagem da superfície (min) | Tempo de cura completo (h) |
|---|---|---|---|
| 15 | 30 | 45-60 | 72-96 |
| 25 | 50 | 20-30 | 24-36 |
| 35 | 70 | 10-15 | 12-18 |
5. Estratégia de formação e supressão de defeitos
- Análise da formação de bolhas
- Retenção de subprodutos voláteis (produção de gás por grama de coloide ≤ 0,5 ml)
- Solução: Adicionar 0,5-1% de sílica pirogénica hidrofóbica
- Prevenção de falhas de interface
- A energia da superfície do substrato tem de ser > 36 mN/m (consultar a norma ISO 8296)
- Recomenda-se a utilização de um agente de acoplamento de silano (KH-550/KH-560)
- Limiar de fissuração por tensão
- Taxa crítica de libertação de energia de deformação Gc=150-300 J/m² (ensaio ASTM D3433)
- A adição de nano carbonato de cálcio pode aumentar para 500 J/m²
VI. Tecnologia inteligente de monitorização da cura
- Método de análise dieléctrica (DEA)
- Monitorização em tempo real do grau de cura α= (Ct - C0)/(C∞ - C0)
- Equipado com o analisador de alta frequência Novocontrol Alpha-A
- Seguimento da espetroscopia Raman
- Deslocação caraterística do pico: Si-O-Si 490cm-¹ → 505cm-¹
- Equipado com o sistema Horiba LabRAM HR Evolution
- Sistema de monitorização da Internet das Coisas
- Sensor de temperatura e humidade integrado (precisão ±1%RH)
- Os dados são carregados para a plataforma AWS IoT Core
Resumo De acordo com a norma ISO 11600:2002 de classificação de vedantes de construção, as seguintes medidas são recomendadas para a prática de engenharia:
- Realizar o ensaio de aderência ASTM D2202 antes da construção
- Controlo dos parâmetros ambientais de acordo com a norma ASTM D4129
- Utilizar a especificação alemã DIN 52460 para avaliação do envelhecimento
- Consultar o guia técnico mais recente da [International Sealant Association ASC] (https://www.adhesives.org) para seleção