El sellador es una sustancia que se utiliza para bloquear el paso de fluidos a través de aberturas en materiales, un tipo de sello mecánico. En la construcción de edificios, el sellador es sinónimo de masilla y también sirve para bloquear la transmisión de polvo, sonido y calor.
La resistencia de los prepolímeros sellantes no es muy alta, por lo que se deben agregar rellenos con ciertos efectos de refuerzo. Los rellenos comunes incluyen carbonato de calcio, polvo de cuarzo, negro de carbón, dióxido de titanio, hidróxido de aluminio, talco, caolín, arcilla y otros. Entre estos, los rellenos de carbonato de calcio tienen muchas ventajas. Tiene múltiples clasificaciones de tamaño de partícula, varios métodos de tratamiento de superficie, alta blancura, tecnología de producción madura y un precio bajo. En comparación con otros rellenos, es el más utilizado.
Carbonato de calcio en selladores
Las ventajas del carbonato de calcio en los selladores son que puede aumentar el volumen del sellador y mejorar su resistencia a la tracción, resistencia al desgaste, resistencia al desgarro, dureza y más. La cantidad de carbonato de calcio agregado puede representar entre 10% y 70% de toda la formulación del sellador. Debido a la gran cantidad de carbonato de calcio que se utiliza en los selladores, la industria de los selladores también ha aumentado los requisitos para los productos de carbonato de calcio. La calidad estable, las pequeñas fluctuaciones en varios indicadores de rendimiento, un buen efecto de refuerzo y rendimiento de procesamiento, un precio adecuado y la capacidad de generar ciertos beneficios económicos son todos muy importantes.
En la actualidad, el carbonato de calcio nacional ha superado gradualmente diversas dificultades técnicas y ha reemplazado los productos de carbonato de calcio importados con una calidad de producto excelente. El desarrollo del campo de los selladores ha promovido el crecimiento de toda la industria del carbonato de calcio. Las dos industrias se complementan entre sí y están estrechamente relacionadas.
Diferencias del carbonato de calcio
TiposHay tres tipos principales de productos de carbonato de calcio: nanocarbonato de calcio, carbonato de calcio ligero y carbonato de calcio pesado. El personal de I+D debe tomar decisiones razonables en función de los requisitos de rendimiento del sellador. Al preparar selladores niveladores como compuestos de encapsulado, se puede seleccionar carbonato de calcio con un gran tamaño de partícula y buena fluidez. Para selladores con altos requisitos de tixotropía, se puede elegir carbonato de calcio con un tamaño de partícula pequeño y tratamiento de superficie. Al preparar selladores de alta dureza, se puede aumentar adecuadamente la cantidad de carbonato de calcio añadido. Para mejorar las propiedades de extrusión, se pueden utilizar nanocarbonato de calcio y carbonato de calcio pesado en combinación.
Además, las diferencias en el tamaño de las partículas, el valor de absorción de aceite, el contenido de humedad, el método de activación de la superficie y la selección del activador pueden dar lugar a variaciones significativas en las propiedades físicas y mecánicas de los selladores. Por ejemplo, al estudiar el efecto del carbonato de calcio en el rendimiento del sellador de silicona de dos componentes, podemos proporcionar información de referencia valiosa para seleccionar el carbonato de calcio en los selladores.
Los selladores de silicona se dividen en dos componentes: pegamento base (Componente A) y agente de curado (Componente B).
Componente A: Agregue 120 partes de caucho de silicona 107 y 100 partes de carbonato de calcio a una mezclador planetario doble y mezclar bien. Luego, transferir la mezcla a un recipiente limpio y sellar.
Componente B: Agregue el agente de curado a un mezclador planetario doble, mezcle bien y luego transfiéralo a un tubo de plástico limpio y séllelo.
A continuación se muestra información detallada sobre los productos de carbonato de calcio de seis fabricantes:
Tabla 1: Información detallada sobre productos de carbonato de calcio de diferentes fabricantes.
Contenido de humedad del carbonato de calcio
Los resultados de la prueba de contenido de humedad de los productos de carbonato de calcio de diferentes fabricantes se muestran en la Tabla 2.
Tabla 2: Contenido de humedad de productos de carbonato de calcio de diferentes fabricantes
Como se muestra en la Tabla 2, el contenido de humedad de todas las muestras de carbonato de calcio detectadas después de ingresar a la fábrica es mayor que el valor proporcionado por el fabricante hasta cierto punto. Esto se debe a que el carbonato de calcio absorbe fácilmente la humedad durante el transporte. Cuando la absorción de humedad alcanza un cierto nivel, se formará una estructura de red microscópica local con carbonato de calcio como nodo. En condiciones severas casos, puede producirse una microestructuración local y una concentración de tensiones en el sellador, lo que lleva a la formación de una gran cantidad de “partículas” finas distribuidas uniformemente, que se manifiestan como contracción local o protuberancias. Por lo tanto, durante la producción del sellador, se requiere un proceso de deshidratación en la fase de mezclado. Para los selladores que curan con humedad, el carbonato de calcio debe secarse antes de su incorporación para evitar afectar la estabilidad de almacenamiento del sellador.
Efecto de diferentes carbonatos de calcio sobre la viscosidad del sellador
Después de colocar el componente sellador A preparado en condiciones estándar durante 24 horas, se probó su viscosidad utilizando un viscosímetro rotatorio. Los resultados de la prueba se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3: Viscosidad del componente A
En la Tabla 3 se puede observar que, en el caso de los productos de carbonato de calcio con tamaños de partículas similares, la viscosidad de los selladores elaborados a partir de ellos también es similar. Entre los 6 productos selladores, la viscosidad de los selladores elaborados a partir de carbonato de calcio 5# y 6# es ligeramente inferior, lo que se debe a los tamaños de partículas más grandes de los dos.
Efecto de diferentes carbonatos de calcio sobre la fluidez de los selladores
Los resultados de las pruebas de fluidez de los selladores se muestran en la Tabla 4.
Tabla 4 Fluidez del sellador
De los resultados de la Tabla 4, se puede observar que los selladores preparados con carbonato de calcio 1# y 2# no fluyen, mientras que los selladores preparados con carbonato de calcio 3#-6# exhiben todos buena fluidez. En otras palabras, los selladores hechos con nanocarbonato de calcio tienen buena tixotropía, mientras que aquellos hechos con carbonato de calcio ligero y pesado tienen buenas propiedades de nivelación. Por lo tanto, el tamaño de las partículas de carbonato de calcio determina la tixotropía y las propiedades de nivelación del sellador.
Efecto de diferentes carbonatos de calcio sobre la dureza del sellador
Los resultados de la prueba de dureza del sellador se muestran en la Tabla 5.
Tabla 5 Dureza del sellador
Efecto de diferentes carbonatos de calcio sobre las propiedades mecánicas de los selladores en condiciones estándar
Los datos presentados en la Tabla 5 muestran que los selladores preparados con carbonato de calcio pesado 5# y 6# presentan una dureza menor, mientras que los preparados con carbonato de calcio 1#-4# presentan una dureza mayor. Esta diferencia se puede atribuir al tratamiento de la superficie del carbonato de calcio. El carbonato de calcio tratado con ácidos grasos forma numerosos puntos de reticulación física, aumentando así la dureza del sellador resultante. Por el contrario, el carbonato de calcio pesado, que carece de tratamiento de la superficie, influye en la dureza del sellador en función de su dureza intrínseca.
Propiedades mecánicas de los selladores en condiciones estándar
Los componentes A y B del sellador se mezclaron en una proporción de masa de 12:1 y se dejaron curar durante 14 días en condiciones estándar [temperatura: (23 ± 2) °C, humedad relativa: (50 ± 5)%]. Se formó una lámina con un espesor de (2,0 ± 0,2) mm después de la mezcla. Las propiedades mecánicas, incluida la resistencia a la tracción y el alargamiento a la rotura, se probaron luego siguiendo la norma GB/T 528-2009. Además, se realizaron pruebas de alta y baja temperatura para evaluar el rendimiento del sellador en condiciones extremas. Para la prueba de alta temperatura, la muestra se colocó en un horno a 90 °C durante 168 horas, seguido de una prueba de tracción. Para la prueba de baja temperatura, la muestra se sometió a -30 °C durante 168 horas antes de la prueba de tracción.
Tabla 6 Se resumen los resultados de las pruebas de propiedades mecánicas en condiciones estándar.
Resistencia a la tracción y elongación a la rotura de sellantes elaborados con diferentes carbonatos de calcio
Como se muestra en la Tabla 6, los seis tipos de selladores de silicona fabricados con diferentes carbonatos de calcio presentan diferentes resistencias a la tracción y elongaciones a la rotura después de la vulcanización. En concreto:
- La resistencia a la tracción y el alargamiento de rotura de los selladores elaborados con carbonato de calcio 1# y 2# son similares.
- La resistencia a la tracción y el alargamiento de rotura de los selladores elaborados con carbonato de calcio 3# y 4# también son comparables.
- La resistencia a la tracción y el alargamiento de rotura de los selladores elaborados con carbonato de calcio 5# y 6# son similares entre sí.
Los carbonatos de calcio 1# y 2# son nanométricos, con tamaños de partículas de alrededor de 50 nm y una gran área de superficie específica. Estos nanocarbonatos de calcio tienen muchos puntos de contacto (sitios de refuerzo) con la matriz polimérica del sellador, lo que facilita interacciones fuertes en la interfaz molecular. Esto mejora la tenacidad, la resistencia al impacto y la resistencia al desgarro del sellador al evitar la propagación de grietas, generar bandas de corte y absorber energía, mejorando así tanto la resistencia a la tracción como la elongación.
Los carbonatos de calcio 3# y 4# son polvos ligeros activos de tamaño micrométrico, con una superficie específica apenas menor que la de los nanocarbonatos de calcio. Su efecto de refuerzo es similar, pero ligeramente menos efectivo que el del nanocarbonato de calcio, debido a que tienen menos puntos de refuerzo.
Los carbonatos de calcio 5# y 6# son polvos de calcio pesados activos con una superficie específica significativamente menor en comparación con los nanocarbonatos y carbonatos de calcio ligeros activos. Estos polvos ofrecen la menor cantidad de puntos de refuerzo, lo que da como resultado la menor resistencia a la tracción y elongación a la rotura, y el efecto de refuerzo más débil.
Propiedades mecánicas del sellador en condiciones de alta temperatura de 90 ℃
Los resultados de las pruebas de las propiedades mecánicas del sellador en condiciones de alta temperatura de 90 ℃ se muestran en la Tabla 7.
Tabla 7 Propiedades mecánicas del sellador en condiciones de alta temperatura de 90 ℃
Después del tratamiento a alta temperatura a 90 °C, la resistencia a la tracción y el alargamiento a la rotura del sellante se reducen significativamente. Entre todos, los fabricados con nanocarbonato de calcio 1# y 2# muestran las disminuciones más sustanciales en resistencia y alargamiento. Esto se atribuye a la gran área de superficie específica del nanocarbonato de calcio, que da como resultado una mayor área de calentamiento. Como resultado, su efecto de refuerzo es más sensible al tratamiento a alta temperatura, lo que conduce a una mayor reducción de las propiedades mecánicas.
Propiedades mecánicas de los selladores en condiciones de baja temperatura de -30 °C
Los resultados de las pruebas de las propiedades mecánicas de los selladores en condiciones de baja temperatura de -30 °C se muestran en la Tabla 8. En comparación con las condiciones estándar, la resistencia a la tracción y el alargamiento a la rotura de varios selladores han aumentado en diferentes grados. Las razones de este resultado inesperado justifican una mayor investigación y confirmación.
Tabla 8 Propiedades mecánicas del sellador a baja temperatura de 30 ℃
Conclusión
Los diferentes tipos de carbonato de calcio tienen efectos distintos en el rendimiento de los selladores. Carbonato de calcio nanoEl carbonato de calcio ligero y el carbonato de calcio pesado, con un tamaño de partícula ligeramente mayor, ofrecen un refuerzo menos eficaz en comparación con el carbonato de calcio nanométrico, pero los selladores fabricados con ellos presentan una buena fluidez. Los selladores fabricados con carbonato de calcio ligero tienen la dureza más alta, mientras que los fabricados con carbonato de calcio pesado tienen la dureza más baja.
Tanto los tratamientos a alta como a baja temperatura afectan las propiedades mecánicas de los selladores de silicona. Después de la exposición a altas temperaturas, la resistencia a la tracción y la elongación de los selladores hechos con diferentes carbonatos de calcio disminuyen. Por el contrario, después de la exposición a bajas temperaturas, estas propiedades aumentan en los diferentes tipos de selladores a base de carbonato de calcio.
