Hĺbkové dekódovanie mechanizmu vytvrdzovania silikónového tmelu

Abstrakt

Na základe americkej normy ASTM C920 a technickej certifikácie EÚ ETAG 002 tento článok systematicky analyzuje celý reakčný reťazec silikónových tmelov od molekulárneho zosieťovania až po makroskopické vytvrdzovanie. Porovnaním experimentálnych údajov Národného inštitútu pre štandardy a technológie (NIST) v USA s prípadom Fraunhoferovho inštitútu v Nemecku sa odhaľuje kvantitatívny vplyv vlhkosti prostredia, teploty a katalyzátora na rýchlosť vytvrdzovania a pripája sa porovnávacia tabuľka konštrukčných parametrov certifikovaná medzinárodnými autoritatívnymi organizáciami.

1. Model dynamiky prenikania vlhkosti (norma ASTM D7238)

1. Vzorec pre rýchlosť difúzie Q= (P×A×ΔP)/d
2. Q: Penetrácia vlhkosti (g/m²-h)
3. P: Koeficient priepustnosti materiálu (údaje zo skúšky pozri Databáza materiálov NIST)
4. ΔP: rozdiel parciálnych tlakov vodnej pary (kPa)
5. Kritický prah vlhkosti
6. Kondenzačné silikónové lepidlo: (norma ISO 12571).
7. Prídavné silikónové lepidlo: RH≥10% môže reagovať
8. Rovnica obmedzenia hrúbky filmu Maximálna účinná hĺbka vytvrdzovania =√(4Dt)
9. D: koeficient difúzie (približne 3,2 × 10^-6 cm²/s pri 25 ℃)
10. t: Čas vytvrdzovania

2. Mechanizmus hydrolýzy a kondenzačnej reakcie (názvoslovie IUPAC)

1. Vzorec primárnej reakcie ≡Si-O-R + H2O → ≡Si-OH + R-OH
2. R: organické skupiny, napríklad metyl/fenyl
3. Aktivačná energia: 58-65 kJ/mol (zdroj údajov: Americká chemická spoločnosť ACS)
4. Mechanizmus pôsobenia katalyzátora
5. Dibutylcín dilaurát: znižuje aktivačnú energiu na 42 kJ/mol
6. Titanáty: zvýšenie hustoty zosieťovania o 15-20%
7. Rozsah citlivosti na pH
8. Optimálne reakčné prostredie: pH=4-6
9. Alkalické podmienky (pH>8) vedú k vedľajším reakciám, pri ktorých vznikajú Si-O^-štruktúry

3. Konštrukcia trojrozmernej zosieťovanej siete (pozorovanie elektrónovým mikroskopom TEM)

• Výpočet hustoty zosieťovania ν = ρ/Mc
• ν: Hustota bodu sieťovania (mol/m³)
• ρ: Hustota materiálu
• Mc: Priemerná molekulová hmotnosť medzi bodmi zosieťovania
• Typ sieťovej štruktúry

• Odstránenie hysterézneho efektu
• Použitie polydimetylsiloxánu (PDMS) s hydroxylovým zakončením
• Index distribúcie molekulovej hmotnosti PDI<1,2 (testovací štandard GPC ASTM D5296)

4. Kontrolná matica parametrov prostredia

Model synergického efektu teploty a vlhkosti

5. Stratégia tvorby a potláčania defektov

1. Analýza tvorby bublín
2. Zadržiavanie prchavých vedľajších produktov (produkcia plynu na gram koloidu ≤ 0,5 ml)
3. Riešenie: Pridajte 0,5-1% hydrofóbneho dymového oxidu kremičitého
4. Prevencia zlyhania rozhrania
5. Povrchová energia substrátu musí byť > 36 mN/m (pozri normu ISO 8296)
6. Odporúča sa použiť silanovú spojku (KH-550/KH-560)
7. Prahová hodnota pre praskanie pod napätím
8. Kritická rýchlosť uvoľňovania deformačnej energie Gc = 150-300 J/m² (test ASTM D3433)
9. Pridaním nanouhličitanu vápenatého sa môže zvýšiť na 500 J/m²

VI. Inteligentná technológia monitorovania vytvrdzovania

1. Metóda dielektrickej analýzy (DEA)
2. Monitorovanie stupňa vytvrdzovania v reálnom čase α= (Ct - C0)/(C∞ - C0)
3. Vybavený vysokofrekvenčným analyzátorom Novocontrol Alpha-A
4. Sledovanie Ramanovej spektroskopie
5. Charakteristický posun špičky: Si-O-Si 490cm-¹ → 505cm-¹
6. Vybavený systémom Horiba LabRAM HR Evolution
7. Monitorovací systém internetu vecí
8. Integrovaný snímač teploty a vlhkosti (presnosť ±1%RH)
9. Údaje sú nahrané do platformy AWS IoT Core

Zhrnutie Podľa normy ISO 11600:2002 pre klasifikáciu stavebných tesniacich materiálov sa v technickej praxi odporúčajú tieto opatrenia:

1. Pred výstavbou vykonajte skúšku adhézie podľa normy ASTM D2202
2. Kontrola parametrov prostredia podľa normy ASTM D4129
3. Používanie nemeckej špecifikácie DIN 52460 na hodnotenie starnutia
4. Pozrite si najnovšiu technickú príručku [Medzinárodnej asociácie pre tesniace materiály ASC] (https://www.adhesives.org) pre výber