לא, זה לא יהיה משעמם, כנות - במיוחד אם אתם אוהבים דברים מגומי גמיש. אם תמשיכו לקרוא, תגלו כמעט כל מה שרציתם לדעת על חומרי איטום סיליקון חד-חלקיים.
1) מה הם
2) איך להכין אותם
3) היכן להשתמש בהם
מָבוֹא
מהו חומר איטום סיליקון חד-רכיבי?
ישנם סוגים רבים של חומרי איטום בעלי ריכוך כימי - סיליקון, פוליאוריטן ופוליסולפיד הם הידועים ביותר. השם נובע מעמוד השדרה של המולקולות המעורבות.
עמוד השדרה של הסיליקון הוא:
Si – O – Si – O – Si – O – Si
סיליקון מעובד הוא טכנולוגיה חדשה (לפחות בארה"ב) ומשמעותו למעשה עמוד שדרה אורגני המרוכך בכימיה של סילאן. דוגמה לכך היא פוליפרופילן אוקסיד בעל סיומת אלקוקסיסילאן.
כל הכימיות הללו יכולות להיות חלק אחד או שני חלקים, מה שקשור כמובן למספר החלקים הדרושים כדי שהחומר ייבוש. לכן, חלק אחד פשוט פירושו לפתוח את השפופרת, המחסנית או הדלי והחומר יתקשה. בדרך כלל, מערכות אלו של חלק אחד מגיבות עם הלחות באוויר והופכות לגומי.
אז, סיליקון חד-רכיבי הוא מערכת יציבה בצינור עד שבחשיפה לאוויר היא מתקשה ליצירת גומי סיליקון.
יתרונות
לסיליקון חד-חלקי יש יתרונות ייחודיים רבים.
כאשר הם מורכבים נכון, הם יציבים ואמינים מאוד עם הידבקות ותכונות פיזיקליות מצוינות. חיי מדף (הזמן שניתן להשאיר אותם בשפופרת לפני השימוש) של לפחות שנה הם נורמליים, כאשר חלק מהפורמולות מחזיקות מעמד שנים רבות. לסיליקונים יש ללא ספק גם את הביצועים הטובים ביותר לטווח ארוך. התכונות הפיזיקליות שלהם כמעט ולא משתנות עם הזמן ללא השפעה מחשיפה לקרינת UV, ובנוסף, הם מפגינים יציבות טמפרטורה מצוינת העולה על זו של חומרי איטום אחרים בלפחות 50 מעלות צלזיוס.
סיליקון ברכיב אחד מתקשה יחסית מהר, בדרך כלל מפתח שכבה תוך 5 עד 10 דקות, הופך לחסר דביקות תוך שעה ומתקשה לגומי אלסטי בעומק של כ-1/10 אינץ' בפחות מיום. למשטח יש תחושה גומיית נעימה.
מאחר שניתן להפוך אותם לשקופים, וזהו מאפיין חשוב בפני עצמו (שקיפות היא הצבע הנפוץ ביותר), קל יחסית ליצור מהם פיגמנט לכל צבע.
מגבלות
לסיליקונים יש שתי מגבלות עיקריות.
1) לא ניתן לצבוע אותם בצבע על בסיס מים - זה יכול להיות מסובך גם עם צבע על בסיס ממס.
2) לאחר הייבוש, חומר האיטום יכול לשחרר חלק מהסיליקון הפלסטי שלו, אשר בעת שימוש בו בתפרי התפשטות בבניין עלול ליצור כתמים מכוערים לאורך קצה התפר.
כמובן, בשל טבעו של תהליך היותו חלק אחד, בלתי אפשרי להשיג חתך עמוק ומהיר במהלך תהליך הייבוש, מכיוון שהמערכת צריכה להגיב עם האוויר ולכן מתקשה מלמעלה למטה. ליתר דיוק, לא ניתן להשתמש בסיליקונים כאיטום היחיד בחלונות זכוכית מבודדים מכיוון שהם מצוינים במניעת כניסת מים נוזליים בכמות גדולה, אדי מים עוברים בקלות יחסית דרך גומי הסיליקון המוקשה וגורמים להתערפלות ביחידות ה-IG.
אזורי שוק ושימושים
סיליקונים חד-רכיביים משמשים כמעט בכל מקום ובכל מקום, כולל, למורת רוחם של חלק מבעלי הבניינים, שבהם שתי המגבלות שהוזכרו לעיל גורמות לבעיות.
שוקי הבנייה וה-"עשה זאת בעצמך" מהווים את הנפח העיקרי, ואחריהם רכב, תעשייה, אלקטרוניקה ותעופה וחלל. כמו בכל חומרי האיטום, תפקידם העיקרי של הסיליקון הוא להידבק ולמלא את הפער בין שני מצעים דומים או שונים כדי למנוע כניסת מים או משב רוח. לפעמים ניסוח כמעט ולא ישתנה מלבד להפוך אותו לזורם יותר, עליו הוא הופך לציפוי. הדרך הטובה ביותר להבדיל בין ציפוי, דבק וחומר איטום היא פשוטה. חומר איטום אוטם בין שני משטחים בעוד שציפוי מכסה ומגן על אחד בלבד, בעוד שדבק שומר באופן נרחב על שני משטחים יחד. חומר איטום דומה ביותר לדבק כאשר הוא משמש בזיגוג מבני או זיגוג מבודד, אולם הוא עדיין מתפקד לאיטום שני המצעים בנוסף לשמירה עליהם יחד.
כימיה בסיסית
חומר איטום הסיליקון במצב לא מוקשה נראה בדרך כלל כמו משחה או קרם סמיך. בחשיפה לאוויר, קבוצות הקצה הריאקטיביות של פולימר הסיליקון עוברות הידרוליזה (מגיבות עם מים) ואז מתחברות זו לזו, משחררות מים ויוצרות שרשראות פולימריות ארוכות הממשיכות להגיב זו עם זו עד שלבסוף המשחה הופכת לגומי מרשים. הקבוצה הריאקטיבית בקצה פולימר הסיליקון מגיעה מהחלק החשוב ביותר של הפורמולציה (למעט הפולימר עצמו) כלומר, חומר הקישור. זהו חומר הקישור שמעניק לאיטום את תכונותיו האופייניות, בין אם באופן ישיר כגון ריח וקצב ריפוי, ובין אם בעקיפין כגון צבע, הידבקות וכו', בגלל חומרי גלם אחרים שעשויים לשמש עם מערכות קישור צולב ספציפיות כגון חומרי מילוי ומקדמי הידבקות. בחירת חומר הקישור הנכון היא המפתח לקביעת התכונות הסופיות של חומר האיטום.
סוגי ריפוי
ישנן מספר מערכות ריפוי שונות.
1) אצטוקסי (ריח של חומץ חומצי)
2) אוקסים
3) אלקוקסי
4) בנזמיד
5) אמין
6) אמינוקסי
אוקסימים, אלקוקסיים ובנזאמידים (הנמצאים בשימוש נרחב יותר באירופה) הם מערכות ניטרליות או לא חומציות. למערכות האמינים והאמינוקסי יש ריח אמוניה והן משמשות בדרך כלל באזורי רכב ותעשייה או ביישומים ספציפיים של בנייה חיצונית.
חומרי גלם
ניסוחים מורכבים ממספר רכיבים שונים, חלקם אופציונליים, בהתאם לשימוש הסופי המיועד.
חומרי הגלם החיוניים היחידים הם פולימר ריאקטיבי וחומרי קישור צולבים. עם זאת, כמעט תמיד מוסיפים חומרי מילוי, מקדמי הידבקות, פולימר לא ריאקטיבי (מקשה על פלסטליזציה) וזרזים. בנוסף, ניתן להשתמש בתוספים רבים אחרים כגון משחות צבע, קוטלי פטריות, מעכבי בעירה ומייצבים בחום.
ניסוחים בסיסיים
בנייה אופיינית של אוקסים או ניסוח איטום DIY ייראה בערך כך:
| % | ||
| פולידימתיל סילוקסאן, עם סיום OH 50,000cps | 65.9 | פּוֹלִימֵר |
| פולידימתיל סילוקסאן, טרימתיל-סופי, 1000cps | 20 | פלסטייזר |
| מתילטריאוקסמינוסילאן | 5 | מקשר צולב |
| אמינופרופילטריאתוקסיסילאן | 1 | מקדם הידבקות |
| סיליקה מעושנת של 150 מ"ר/גרם שטח פנים | 8 | מִלוּי |
| דיבוטילטין דילאוראט | 0.1 | זָרָז |
| סַך הַכֹּל | 100 |
תכונות פיזיקליות
תכונות פיזיקליות אופייניות כוללות:
| התארכות (%) | 550 |
| חוזק מתיחה (MPa) | 1.9 |
| מודולוס בהארכה של 100 (MPa) | 0.4 |
| קשיות שור A | 22 |
| עור לאורך זמן (דקות) | 10 |
| זמן פנוי של נעצים (דקות) | 60 |
| זמן גירוד (דקות) | 120 |
| ריפוי מלא (מ"מ ב-24 שעות) | 2 |
פורמולציות המשתמשות בחומרי קישור צולבים אחרים ייראו דומות, וייתכן שיווצרו הבדל ברמת חומר הקישור, בסוג מקדם ההידבקות ובזרזים לריפוי. התכונות הפיזיקליות שלהן ישתנו מעט אלא אם כן מעורבים מאריכי שרשרת. מערכות מסוימות לא ניתנות ליייצור בקלות אלא אם כן משתמשים בכמות גדולה של חומר מילוי גיר. פורמולציות מסוג זה כמובן לא ניתנות לייצר בסוג שקוף או שקוף.
פיתוח חומרי איטום
ישנם 3 שלבים בפיתוח חומר איטום חדש.
1) תכנון, ייצור ובדיקה במעבדה - כמויות קטנות מאוד
כאן, לכימאי המעבדה יש רעיונות חדשים והוא בדרך כלל מתחיל עם ערבוב ידני של כ-100 גרם של חומר איטום רק כדי לראות איך הוא מתקשה ואיזה סוג גומי מיוצר. כעת קיימת מכונה חדשה זמינה "The Hauschild Speed Mix" מבית FlackTek Inc. מכונה מיוחדת זו אידיאלית לערבוב מנות קטנות של 100 גרם תוך שניות תוך הוצאת אוויר. זה חשוב מכיוון שכעת זה מאפשר למפתח לבדוק בפועל את התכונות הפיזיקליות של מנות קטנות אלה. ניתן לערבב סיליקה מעושנת או חומרי מילוי אחרים כמו גיר משוקעים לתוך הסיליקון תוך כ-8 שניות. הסרת האוויר אורכת כ-20-25 שניות. המכונה פועלת באמצעות מנגנון צנטריפוגה אסימטרי כפול המשתמש בעצם בחלקיקים עצמם כזרועות ערבוב משלהם. גודל הערבוב המרבי הוא 100 גרם וקיימים מספר סוגי כוסות שונים, כולל כוס חד פעמית, מה שאומר שאין צורך לנקות כלל.
המפתח בתהליך הניסוח אינו רק סוגי המרכיבים, אלא גם סדר ההוספה וזמני הערבוב. באופן טבעי, הוצאת או הוצאת אוויר חשובה כדי לאפשר למוצר חיי מדף, מכיוון שבועות אוויר מכילות לחות אשר תגרום לאיטום להתקשות מבפנים.
לאחר שהכימאי השיג את סוג חומר האיטום הנדרש ליישום הספציפי שלו, הוא מעלה את הנפח למיקסר פלנטרי של ליטר אחד שיכול לייצר כ-3-4 שפופרות קטנות של 110 מ"ל (3 אונקיות). זהו חומר מספיק לבדיקת חיי מדף ראשונית ובדיקת הידבקות, בנוסף לכל דרישה מיוחדת אחרת.
לאחר מכן הוא עשוי לעבור למכונה של 1 או 2 גלונים כדי לייצר 8-12 שפופרות של 10 אונקיות (כ-10 אונקיות) לצורך בדיקות מעמיקות יותר ודגימת לקוחות. חומר האיטום נדחק מהמיכל דרך גליל מתכת לתוך המחסנית שמתאימה מעל גליל האריזה. לאחר בדיקות אלו, הוא מוכן להגדלה בקנה מידה.
2) הגדלה וכוונון עדין של נפחים בינוניים
בהרחבה, פורמולת המעבדה מיוצרת כעת במכונה גדולה יותר, בדרך כלל בטווח של 100-200 ק"ג או בערך חבית אחת. לשלב זה שתי מטרות עיקריות.
א) לבדוק אם ישנם שינויים משמעותיים בין גודל 4 ליברות לגודל גדול יותר זה, אשר יכולים לנבוע מקצבי ערבוב ופיזור, קצבי תגובה וכמויות שונות של שקיפות בתערובת, וכן
ב) לייצר מספיק חומר כדי לדגום לקוחות פוטנציאליים ולקבל משוב אמיתי תוך כדי עבודה.
מכונה זו בנפח 50 גלונים שימושית מאוד גם עבור מוצרים תעשייתיים כאשר נדרשים כמויות נמוכות או צבעים מיוחדים ויש לייצר רק חבית אחת מכל סוג בכל פעם.
ישנם מספר סוגים של מכונות ערבוב. השניים הנפוצים ביותר הם מערבלים פלנטריים (כפי שמוצג לעיל) ומכונות מפזר במהירות גבוהה. פלנטרי טוב לתערובות בעלות צמיגות גבוהה יותר, בעוד שמכונה מפזרת מתפקדת טוב יותר, במיוחד במערכות זרימה בעלות צמיגות נמוכה יותר. בחומרי איטום בנייה טיפוסיים, ניתן להשתמש בכל אחת מהמכונות כל עוד שמים לב לזמן הערבוב ולפוטנציאל ייצור החום של מכונות מפזר במהירות גבוהה.
3) כמויות ייצור בקנה מידה מלא
הייצור הסופי, שיכול להיות אצווה או רציף, בתקווה פשוט משחזר את הפורמולציה הסופית משלב ההגדלה. בדרך כלל, כמות קטנה יחסית (2 או 3 מנות או 1-2 שעות של ייצור רציף) של חומר מיוצרת תחילה בציוד הייצור ונבדקת לפני תחילת ייצור רגיל.
בדיקות - מה ואיך לבדוק.
מַה
תכונות פיזיקליות - התארכות, חוזק מתיחה ומודול
הידבקות למצע מתאים
חיי מדף - גם מואצים וגם בטמפרטורת החדר
קצבי ריפוי - עור לאורך זמן, זמן שחרור הדבקה, זמן שריטה וזמן ריפוי, יציבות טמפרטורת צבעים או יציבות בנוזלים שונים כגון שמן
בנוסף, נבדקות או נצפות תכונות מפתח נוספות: עקביות, ריח נמוך, קורוזיביות ומראה כללי.
אֵיך
יריעת איטום נמשכת החוצה ומונחת להתקשות במשך שבוע. לאחר מכן נחתכת משקולת מיוחדת ומוכנסת למכשיר לבדיקת מתיחה כדי למדוד תכונות פיזיקליות כגון התארכות, מודול וחוזק מתיחה. הן משמשות גם למדידת כוחות הידבקות/קוהזיה על דגימות שהוכנו במיוחד. בדיקות הידבקות פשוטות מסוג כן-לא מבוצעות על ידי משיכת חרוזי חומר שהתקשה על גבי המצעים המדוברים.
מד Shore-A מודד את קשיות הגומי. מכשיר זה נראה כמו משקולת ומד עם חוד הנלחץ לתוך הדגימה המיושרת. ככל שהחוד חודר יותר לגומי, כך הגומי רך יותר והערך נמוך יותר. חומר איטום טיפוסי לבנייה יהיה בטווח של 15-35.
זמני הוצאת העור, זמני שחרור דביק ומדידות עור מיוחדות אחרות מבוצעות באמצעות האצבע או באמצעות יריעות פלסטיק עם משקולות. נמדד הזמן עד שניתן למשוך את הפלסטיק בצורה נקייה.
לצורך הבטחת חיי מדף, שפופרות חומר האיטום עוברות יישור או בטמפרטורת החדר (שמטבע הדברים לוקח שנה אחת כדי להוכיח חיי מדף של שנה) או בטמפרטורות גבוהות, בדרך כלל של 50 מעלות צלזיוס למשך 1, 3, 5, 7 שבועות וכו'. לאחר תהליך היישון (השפופרת מתקררת במקרה המואץ), החומר מופק מהשפופרת ונמשך ליריעה שבה הוא מתקשה. התכונות הפיזיקליות של הגומי שנוצר ביריעות אלו נבדקות כמו קודם. לאחר מכן, תכונות אלו מושוות לאלו של חומרים טריים כדי לקבוע את חיי המדף המתאימים.
הסבר מפורט ספציפי על רוב הבדיקות הנדרשות ניתן למצוא במדריך ASTM.
כמה טיפים אחרונים
סיליקונים חד-רכיביים הם חומרי האיטום האיכותיים ביותר שקיימים. יש להם מגבלות, ואם נדרשות דרישות ספציפיות, ניתן לפתח אותם במיוחד.
חשוב לוודא שכל חומרי הגלם יבשים ככל האפשר, שהפורמולה יציבה ושמסירים אוויר בתהליך הייצור.
פיתוח ובדיקה הם בעצם אותו תהליך עבור כל חומר איטום בודד ללא קשר לסוג - רק ודאו שבדקתם כל תכונה אפשרית לפני שאתם מתחילים לייצר כמויות ייצור ושיש לכם הבנה ברורה של צרכי היישום.
בהתאם לדרישות היישום, ניתן לבחור את כימיית הריפוי הנכונה. לדוגמה, אם נבחר סיליקון וריח, קורוזיה והידבקות אינם נחשבים חשובים אך נדרשת עלות נמוכה, אז אצטוקסי הוא הפתרון. עם זאת, אם מעורבים חלקי מתכת שעלולים להישחק או נדרשת הידבקות מיוחדת לפלסטיק בצבע מבריק ייחודי, אזי יש צורך באוקסימה.
[1] דייל פלאקט. תרכובות סיליקון: סילאנים וסיליקונים [M]. Gelest Inc: 433-439
* תמונה מאת OLIVIA סיליקון איטום
זמן פרסום: 31 במרץ 2024
