Dvokomponentni silikon naširoko se koristi u industrijskim primjenama zbog svoje fleksibilnosti, stabilnosti i prilagodljivog stvrdnjavanja. Jedan od najčešće raspravljanih aspekata ovog sustava materijala je kako funkcionira njegov proces stvrdnjavanja i koje varijable utječu na konačni ishod. Ovaj članak daje opći pregled mehanizama stvrdnjavanja iza dvokomponentnog silikona i naglašava praktična razmatranja koja utječu na njegovo ponašanje tijekom obrade.
Razumijevanje dvokomponentnog silikona
Kao što mu ime govori, dvokomponentni silikon se sastoji od dva odvojena dijela: osnovne komponente i sredstva za očvršćavanje. Baza obično sadrži silikonski polimer zajedno s punilima ili dodacima koji pomažu definirati mehanička, toplinska ili kemijska svojstva. Sredstvo za stvrdnjavanje pokreće kemijsku reakciju koja pretvara miješani materijal iz tekućeg stanja u čvrsti elastomer.
U usporedbi s jednokomponentnim sustavima, dvokomponentni silikoni nude veću fleksibilnost u obradi. Budući da stvrdnjavanje počinje tek nakon miješanja, korisnici mogu bolje upravljati radnim vremenom, brzinom stvrdnjavanja i konačnim karakteristikama materijala prilagodbom omjera formulacije ili uvjeta obrade. Zbog toga su dvokomponentni sustavi posebno prikladni za primjene koje zahtijevaju kontrolirano stvrdnjavanje ili ujednačena svojstva u debljim dijelovima.
Mehanizam otvrdnjavanja
Stvrdnjavanje u dvokomponentnom silikonu događa se reakcijom umrežavanja polimernih lanaca. Obično se koriste dva primarna mehanizma:dodatno stvrdnjavanjeistvrdnjavanje kondenzacijom.
Slika 1.Usporedba mehanizama dodatnog otvrdnjavanja i kondenzacijskog otvrdnjavanja, naglašavajući razlike u reakcijskim putovima i stvaranju nusprodukta.
Dodatno stvrdnjavanje
Dodatno stvrdnjavanje, koje se često naziva stvrdnjavanje katalizirano platinom, odvija se bez stvaranja hlapljivih nusproizvoda. Ovaj je mehanizam poznat po proizvodnji elastomera s malim skupljanjem s dosljednim mehaničkim svojstvima. Budući da reakcija ne ovisi o vlazi, sustavi dodatnog stvrdnjavanja teže ravnomjernom stvrdnjavanju kroz cijeli volumen materijala, čak i u debljim dijelovima.
Jedno važno razmatranje je osjetljivost na kontaminaciju. Određene tvari - kao što su materijali koji sadrže sumpor, amini ili specifične metalne soli - mogu inhibirati katalizator i ometati stvrdnjavanje. Čisti uvjeti rukovanja i kompatibilni alati stoga su važni pri radu s dodatno otvrdnutim sustavima.
Stvrdnjavanje kondenzacijom
Slika 2.Prikaz ponašanja stvrdnjavanja u debelim silikonskim dijelovima, gdje se sustavi ovisni o vlazi mogu sporije stvrdnjavati u jezgri.
Stvrdnjavanje kondenzacijom uključuje reakcije koje oslobađaju male molekularne nusprodukte, poput alkohola ili vode. Ovi sustavi često dobro prianjaju na porozne podloge i tolerantni su na manje kontrolirana okruženja. Međutim, budući da se reakcija oslanja na difuziju vlage, stvrdnjavanje može teći sporije u debelim ili zatvorenim dijelovima.
Slika 2. Prikaz ponašanja stvrdnjavanja u debelim silikonskim dijelovima, gdje se sustavi ovisni o vlazi mogu sporije stvrdnjavati u jezgri.
Za primjene koje uključuju duboko zalijevanje ili debele kalupe, ova ovisnost o vlazi može dovesti do neravnomjernih profila stvrdnjavanja, što treba uzeti u obzir tijekom odabira materijala i planiranja procesa.
Čimbenici koji utječu na proces stvrdnjavanja
Nekoliko varijabli obrade utječe na to kako se dvokomponentni silikon stvrdnjava i koliko će dosljedna biti konačna svojstva.
Slika 3.Ključne varijable obrade - omjer miješanja, temperatura i vlažnost - koje utječu na ponašanje dvokomponentnih silikonskih sustava pri stvrdnjavanju.
Omjer miješanja
Točni omjeri miješanja ključni su za predvidljivo stvrdnjavanje. Proizvođači mogu navesti omjere prema težini ili volumenu, a korištenje netočne metode može rezultirati nepotpunim stvrdnjavanjem ili nedosljednim svojstvima materijala. Često se daje prednost mjerenju težine, osobito kada dvije komponente imaju različite gustoće.
Temperatura
Temperatura izravno utječe na brzinu reakcije. Više temperature općenito ubrzavaju stvrdnjavanje, dok ga niže usporavaju. U nekim slučajevima koristi se kontrolirano zagrijavanje kako bi se skratilo vrijeme otvrdnjavanja ili osiguralo potpuno umrežavanje.
Vlažnost
Vlažnost prvenstveno utječe na sustave stvrdnjavane kondenzacijom. Prekomjerna vlaga može usporiti stvrdnjavanje ili uzrokovati površinske nepravilnosti, dok dodatno stvrdnjavajući sustavi uglavnom ne utječu na vlagu iz okoline.
Koncentracija katalizatora
Razine katalizatora utječu i na brzinu otvrdnjavanja i na vijek trajanja - korisno radno vrijeme nakon miješanja. Brže stvrdnjavanje često dolazi nauštrb kraćeg vremena upotrebe, zbog čega je važno uravnotežiti učinkovitost obrade sa zahtjevima primjene.
Primjena dvokomponentnog silikona
Dvokomponentni silikonski sustavi koriste se u širokom rasponu industrija zbog svog prilagodljivog stvrdnjavanja i stabilnih elastomernih svojstava.
Slika 4.Tipični scenariji primjene u kojima se dvokomponentni silikonski sustavi koriste u područjima elektronike, kalupljenja, brtvljenja i medicine.
Dvokomponentni silikonski sustavi koriste se u širokom rasponu industrija zbog svog prilagodljivog stvrdnjavanja i stabilnih elastomernih svojstava.
Uobičajena područja primjene uključuju elektroničko zalijevanje i kapsuliranje, kalupljenje i lijevanje, brtvljenje i brtvljenje te odabrane medicinske ili zdravstvene namjene gdje su potrebni fleksibilnost i stabilnost materijala. Na primjer, 2-komponentni prozirni električni silikonski gel često se koristi u osjetljivim elektroničkim sklopovima gdje su potrebni optička jasnoća, električna izolacija i zaštita od naprezanja.
Zaključak
Ponašanje stvrdnjavanja dvokomponentnog silikona regulirano je dobro utvrđenim kemijskim mehanizmima i praktičnim varijablama obrade. Razumijevanje razlika između dodatnog i kondenzacijskog stvrdnjavanja – i čimbenika koji utječu na oba – pomaže korisnicima da predvide ponašanje materijala tijekom nanošenja i stvrdnjavanja. Umjesto oslanjanja na jedan parametar, učinkovita upotreba dvokomponentnog silikona ovisi o usklađivanju mehanizama stvrdnjavanja sa zahtjevima dizajna, uvjetima obrade i očekivanim performansama.
Reference
-
Brady, A. (2019).Silikonski elastomeri: znanost i tehnologija. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.
Harper, C. (2011).Priručnik za plastiku, elastomere i kompozite. Obrazovanje McGraw-Hill.
Marks, J. (2017).Silikonska tehnologija u industriji medicinskih uređaja. Smithers Rapra Technology Ltd.