Аннотация
В этой статье на основе американского стандарта ASTM C920 и технического сертификата ЕС ETAG 002 систематически анализируется полная реакционная цепочка силиконовых герметиков от молекулярного сшивания до макроскопического отверждения. Сравнивая экспериментальные данные Национального института стандартов и технологий (NIST) США с данными Института Фраунгофера в Германии, выявляется количественное влияние влажности окружающей среды, температуры и катализатора на скорость отверждения, а также прилагается сравнительная таблица параметров конструкции, сертифицированная международными авторитетными организациями.
1. Модель динамики проникновения влаги (стандарт ASTM D7238)
- Формула скорости диффузии Q= (P×A×ΔP)/d
- Q: Проникновение влаги (г/м²-ч)
- P: Коэффициент проницаемости материала (данные испытаний см. База данных материалов NIST)
- ΔP: разница парциального давления водяного пара (кПа)
- Критический порог влажности
- Силиконовый клей конденсационного типа: Начало отверждения при RH≥30% (стандарт ISO 12571)
- Силиконовый клей аддитивного типа: RH≥10% может реагировать
- Уравнение для ограничения толщины пленки Максимальная эффективная глубина затвердевания =√(4Dt)
- D: коэффициент диффузии (около 3,2×10^-6 см²/с при 25℃)
- t: Время отверждения
2. Механизм реакции гидролиза и конденсации (номенклатура ИЮПАК)
- Формула первичной реакции ≡Si-O-R + H2O → ≡Si-OH + R-OH
- R: органические группы, такие как метил/фенил
- Энергия активации: 58-65 кДж/моль (источник данных: Американское химическое общество ACS)
- Механизм действия катализатора
- Дибутилтин дилаурата: снижает энергию активации до 42 кДж/моль
- Титанаты: увеличение плотности сшивки на 15-20%
- Диапазон чувствительности к рН
- Оптимальная реакционная среда: pH=4-6
- Щелочные условия (pH>8) приводят к побочным реакциям, в результате которых образуются Si-O^-структуры
3. Построение трехмерной сшитой сети (наблюдение под электронным микроскопом TEM)
- Расчет плотности сшивки ν = ρ/Mc
- ν: Плотность точки сшивки (моль/м³)
- ρ: Плотность материала
- Mc: Средняя молекулярная масса между точками сшивки
- Тип сетевой структуры
| Тип | Прочность на разрыв (МПа) | Удлинение при разрыве (%) |
|---|---|---|
| Трапециевидная структура | 2.8-3.5 | 400-600 |
| Сотовая структура | 1.5-2.2 | 800-1200 |
- Устранение эффекта гистерезиса
- Использование гидроксил-терминированного полидиметилсилоксана (PDMS)
- Индекс распределения молекулярной массы PDI<1,2 (стандарт испытания ГПХ ASTM D5296)
4. Матрица управления параметрами окружающей среды
Модель синергетического эффекта температуры и влажности
| Температура (℃) | Относительная влажность (%) | Время высыхания поверхности (мин) | Время полного отверждения (ч) |
|---|---|---|---|
| 15 | 30 | 45-60 | 72-96 |
| 25 | 50 | 20-30 | 24-36 |
| 35 | 70 | 10-15 | 12-18 |
5. Стратегия образования и подавления дефектов
- Анализ образования пузырьков
- Удержание летучих побочных продуктов (выделение газа на грамм коллоида ≤ 0,5 мл)
- Раствор: Добавьте 0,5-1% гидрофобного фумированного диоксида кремния
- Предотвращение сбоев интерфейса
- Энергия поверхности субстрата должна быть > 36 мН/м (см. стандарт ISO 8296)
- Рекомендуется использовать силановый соединительный агент (KH-550/KH-560)
- Порог растрескивания под напряжением
- Критическая скорость высвобождения энергии деформации Gc=150-300 Дж/м² (тест ASTM D3433)
- Добавление нанокарбоната кальция позволяет увеличить этот показатель до 500 Дж/м².
VI. Интеллектуальная технология мониторинга отверждения
- Метод диэлектрического анализа (DEA)
- Контроль степени отверждения в режиме реального времени α= (Ct - C0)/(C∞ - C0)
- Оснащен высокочастотным анализатором Novocontrol Alpha-A
- Рамановская спектроскопия слежения
- Характерный сдвиг пиков: Si-O-Si 490 см-¹ → 505 см-¹
- Оснащен системой Horiba LabRAM HR Evolution
- Система мониторинга Интернета вещей
- Встроенный датчик температуры и влажности (точность ±1%RH)
- Данные загружаются на платформу AWS IoT Core
Резюме Согласно стандарту классификации строительных герметиков ISO 11600:2002, в инженерной практике рекомендуются следующие меры:
- Проведите испытание на адгезию по стандарту ASTM D2202 перед началом строительства
- Контроль параметров окружающей среды в соответствии со стандартом ASTM D4129
- Для оценки старения используется немецкая спецификация DIN 52460
- Обратитесь к последнему техническому руководству [Международной ассоциации герметиков ASC] (https://www.adhesives.org) для выбора