Герметик — это вещество, используемое для блокировки прохождения жидкостей через отверстия в материалах, тип механического уплотнения. В строительстве герметик является синонимом герметика и также служит для блокировки передачи пыли, звука и тепла.
Прочность преполимеров герметика не очень высока, поэтому необходимо добавлять наполнители с определенными усиливающими эффектами. Обычные наполнители включают карбонат кальция, кварцевый порошок, технический углерод, диоксид титана, гидроксид алюминия, тальк, каолин, глину и другие. Среди них наполнители на основе карбоната кальция имеют много преимуществ. Он имеет несколько классификаций размеров частиц, различные методы обработки поверхности, высокую белизну, зрелую технологию производства и низкую цену. По сравнению с другими наполнителями он является наиболее широко используемым.
Карбонат кальция в герметиках
Преимущества карбоната кальция в герметиках заключаются в том, что он может увеличить объем герметика и улучшить его предел прочности, износостойкость, сопротивление разрыву, твердость и многое другое. Количество добавленного карбоната кальция может составлять от 10% до 70% всей формулы герметика. Из-за большого количества карбоната кальция, используемого в герметиках, герметизирующая промышленность также предъявляет более высокие требования к продуктам из карбоната кальция. Стабильное качество, небольшие колебания различных показателей производительности, хороший армирующий эффект и производительность обработки, подходящая цена и способность генерировать определенные экономические выгоды — все это очень важно.
В настоящее время отечественный карбонат кальция постепенно преодолел различные технические трудности, заменил импортные продукты из карбоната кальция с превосходным качеством продукции. Развитие области герметиков способствовало росту всей отрасли карбоната кальция. Эти две отрасли дополняют друг друга и тесно связаны.
Различия карбоната кальция
Типы здесь три основных типа продуктов карбоната кальция: нанокарбонат кальция, легкий карбонат кальция и тяжелый карбонат кальция. Сотрудникам НИОКР необходимо сделать разумный выбор на основе требований к производительности герметика. При приготовлении выравнивающих герметиков, таких как заливочные компаунды, можно выбрать карбонат кальция с большим размером частиц и хорошей текучестью. Для герметиков с высокими требованиями к тиксотропии можно выбрать карбонат кальция с малым размером частиц и обработкой поверхности. При приготовлении герметиков с высокой твердостью количество добавляемого карбоната кальция может быть соответствующим образом увеличено. Для улучшения свойств экструзии можно использовать нанокарбонат кальция и тяжелый карбонат кальция в сочетании.
Кроме того, различия в размере частиц, значении поглощения масла, содержании влаги, методе активации поверхности и выборе активатора могут привести к значительным изменениям в физических и механических свойствах герметиков. Например, изучая влияние карбоната кальция на производительность двухкомпонентного силиконового герметика, мы можем предоставить ценную справочную информацию для выбора карбоната кальция в герметиках.
Силиконовые герметики делятся на два компонента: базовый клей (компонент А) и отвердитель (компонент В).
Компонент А: Добавьте 120 частей 107 силиконового каучука и 100 частей карбоната кальция в двойной планетарный миксер и тщательно перемешайте. Затем переложите смесь в чистую емкость и закройте.
Компонент Б: Добавьте отвердитель в двойной планетарный миксер, тщательно перемешайте, затем перелейте в чистую пластиковую тубу и закройте ее.
Подробная информация о продуктах из карбоната кальция от шести производителей представлена ниже:
Таблица 1: Подробная информация о продуктах на основе карбоната кальция от разных производителей.
Содержание влаги в карбонате кальция
Результаты испытаний на влажность продуктов из карбоната кальция разных производителей приведены в таблице 2.
Таблица 2: Содержание влаги в продуктах карбоната кальция разных производителей
Как показано в Таблице 2, содержание влаги во всех образцах карбоната кальция, обнаруженных после поступления на завод, в некоторой степени превышает значение, предоставленное производителем. Это связано с тем, что карбонат кальция легко впитывает влагу во время транспортировки. Когда влагопоглощение достигает определенного уровня, образуется локальная микроскопическая сетевая структура с карбонатом кальция в качестве узла. В тяжелых случаи, в герметике может возникнуть локальная микроструктура и концентрация напряжений, что приведет к образованию большого количества равномерно распределенных мелких «частиц», которые проявляются в виде локальной усадки или выступов. Поэтому при производстве герметика требуется процесс дегидратации на этапе смешивания. Для герметиков, отверждаемых влагой, карбонат кальция должен быть высушен перед включением, чтобы не повлиять на стабильность герметика при хранении.
Влияние различных карбонатов кальция на вязкость герметика
После того, как приготовленный компонент герметика А был помещен в стандартные условия на 24 часа, его вязкость была проверена с помощью ротационного вискозиметра. Результаты испытаний приведены в таблице 3.
Таблица 3: Вязкость компонента А
Из Таблицы 3 видно, что для продуктов карбоната кальция с аналогичным размером частиц вязкость герметиков, изготовленных из них, также схожа. Среди 6 герметиков вязкость герметиков, изготовленных из карбоната кальция 5# и 6#, немного ниже, что связано с большим размером частиц этих двух.
Влияние различных карбонатов кальция на текучесть герметиков
Результаты испытаний герметиков на текучесть приведены в таблице 4.
Таблица 4 Текучесть герметика
Из результатов в Таблице 4 видно, что герметики, приготовленные с карбонатом кальция 1# и 2#, не текут, в то время как герметики, приготовленные с карбонатом кальция 3#-6#, все демонстрируют хорошую текучесть. Другими словами, герметики, приготовленные с нанокарбонатом кальция, обладают хорошей тиксотропией, в то время как герметики, приготовленные с легким и тяжелым карбонатом кальция, обладают хорошими выравнивающими свойствами. Таким образом, размер частиц карбоната кальция определяет тиксотропность и выравнивающие свойства герметика.
Влияние различных карбонатов кальция на твердость герметика
Результаты испытаний герметика на твердость приведены в таблице 5.
Таблица 5 Твердость герметика
Влияние различных карбонатов кальция на механические свойства герметиков в стандартных условиях
Данные, представленные в Таблице 5, показывают, что герметики, приготовленные с использованием тяжелого карбоната кальция 5# и 6#, демонстрируют более низкую твердость, в то время как герметики, приготовленные с использованием карбоната кальция 1#-4#, демонстрируют более высокую твердость. Это различие можно объяснить поверхностной обработкой карбоната кальция. Карбонат кальция, обработанный жирными кислотами, образует многочисленные физические точки сшивания, тем самым увеличивая твердость полученного герметика. Напротив, тяжелый карбонат кальция, не прошедший поверхностную обработку, влияет на твердость герметика на основе его собственной твердости.
Механические свойства герметиков в стандартных условиях
Компоненты герметика A и B были смешаны в массовом соотношении 12 : 1 и оставлены для отверждения на 14 дней в стандартных условиях [температура: (23 ± 2) °C, относительная влажность: (50 ± 5)%]. После смешивания был сформирован лист толщиной (2,0 ± 0,2) мм. Затем механические свойства, включая прочность на растяжение и удлинение при разрыве, были испытаны в соответствии со стандартом GB/T 528-2009. Кроме того, были проведены высокотемпературные и низкотемпературные испытания для оценки характеристик герметика в экстремальных условиях. Для высокотемпературного испытания образец помещали в печь с температурой 90 °C на 168 часов, после чего проводили испытание на растяжение. Для низкотемпературного испытания образец подвергали воздействию -30 °C в течение 168 часов перед испытанием на растяжение.
Таблица 6. Результаты испытаний механических свойств в стандартных условиях обобщены.
Прочность на растяжение и удлинение при разрыве герметиков, изготовленных с использованием различных карбонатов кальция
Как показано в Таблице 6, шесть типов силиконовых герметиков, изготовленных с использованием различных карбонатов кальция, демонстрируют различную прочность на растяжение и удлинение при разрыве после вулканизации. В частности:
- Прочность на растяжение и удлинение при разрыве герметиков, изготовленных с использованием карбоната кальция 1# и 2#, аналогичны.
- Прочность на растяжение и удлинение при разрыве герметиков, изготовленных с использованием карбоната кальция 3# и 4#, также сопоставимы.
- Прочность на растяжение и удлинение при разрыве герметиков, изготовленных с использованием карбоната кальция 5# и 6#, близки друг к другу.
Карбонаты кальция 1# и 2# имеют наноразмеры, с размером частиц около 50 нм и большой удельной площадью поверхности. Эти нанокарбонаты кальция имеют много точек контакта (участков армирования) с полимерной матрицей герметика, что способствует прочному взаимодействию на молекулярном интерфейсе. Это улучшает прочность герметика, ударопрочность и сопротивление разрыву, предотвращая распространение трещин, создавая полосы сдвига и поглощая энергию, тем самым увеличивая как прочность на разрыв, так и удлинение.
Карбонаты кальция 3# и 4# представляют собой микронные активные легкие порошки, удельная площадь поверхности которых лишь немного меньше, чем у нанокарбонатов кальция. Их эффект армирования аналогичен, но немного менее эффективен, чем у нанокарбоната кальция, из-за меньшего количества точек армирования.
Карбонаты кальция 5# и 6# — это активные тяжелые кальциевые порошки со значительно меньшей удельной площадью поверхности по сравнению с нано- и активными легкими карбонатами кальция. Эти порошки имеют наименьшее количество точек армирования, что приводит к наименьшей прочности на растяжение и удлинению при разрыве, а также к самому слабому эффекту армирования.
Механические свойства герметика в условиях высокой температуры 90 ℃
Результаты испытаний механических свойств герметика в условиях высокой температуры 90 ℃ приведены в таблице 7.
Таблица 7 Механические свойства герметика в условиях высокой температуры 90 ℃
После высокотемпературной обработки при 90°C прочность на разрыв и удлинение при разрыве герметика значительно снижаются. Среди всех герметики, изготовленные с использованием нанокарбоната кальция 1# и 2#, демонстрируют наиболее существенное снижение прочности и удлинения. Это объясняется большой удельной площадью поверхности нанокарбоната кальция, что приводит к большей площади нагрева. В результате его армирующий эффект более чувствителен к высокотемпературной обработке, что приводит к большему снижению механических свойств.
Механические свойства герметиков в условиях низких температур -30°C
Результаты испытаний механических свойств герметиков в условиях низких температур -30°C приведены в Таблице 8. По сравнению со стандартными условиями прочность на разрыв и удлинение при разрыве нескольких герметиков увеличились в разной степени. Причины этого неожиданного результата требуют дальнейшего изучения и подтверждения.
Таблица 8 Механические свойства герметика при низкой температуре 30 ℃
Заключение
Различные типы карбоната кальция по-разному влияют на эффективность герметиков. Нано карбонат кальция, с его малым размером частиц, обеспечивает наилучшее армирование, что приводит к получению герметиков. Он также имеет превосходную тиксотропию и самую высокую прочность на растяжение и удлинение при разрыве. Легкий карбонат кальция и тяжелый карбонат кальция, с немного большими размерами частиц, обеспечивают менее эффективное армирование по сравнению с нанокарбонатом кальция. Но герметики, изготовленные из них, демонстрируют хорошую текучесть. Герметики, изготовленные из легкого карбоната кальция, имеют самую высокую твердость. Герметики, изготовленные из тяжелого карбоната кальция, имеют самую низкую твердость.
Как высокотемпературная, так и низкотемпературная обработка влияет на механические свойства силиконовых герметиков. После высокотемпературного воздействия прочность на разрыв и удлинение герметиков, изготовленных с использованием различных карбонатов кальция, снижаются. И наоборот, после низкотемпературного воздействия эти свойства увеличиваются для различных типов герметиков на основе карбоната кальция.
