لن يكون هذا مملاً، صدقني، خاصةً إذا كنت من محبي المطاط المرن. بمتابعة القراءة، ستكتشف كل ما ترغب بمعرفته عن مانعات التسرب السيليكونية أحادية القطعة.
1) ما هم
2) كيفية صنعها
3) أين يمكن استخدامها
مقدمة
ما هو مانع التسرب السيليكوني المكون من جزء واحد؟
هناك أنواع عديدة من مواد السد المعالجة كيميائيًا، وأشهرها السيليكون والبولي يوريثان والبولي سلفيد. ويشتق اسمها من تركيب الجزيئات المستخدمة.
العمود الفقري السيليكوني هو:
سي - يا - سي - يا - سي - يا - سي
السيليكون المُعدَّل تقنية جديدة (في الولايات المتحدة على الأقل)، وهو في الواقع هيكل عضوي معالج بكيمياء السيلان. ومن الأمثلة على ذلك أكسيد البولي بروبيلين المُنهى بألكوكسيلان.
يمكن أن تتكون جميع هذه المواد الكيميائية من جزء واحد أو جزئين، وهو ما يرتبط بطبيعة الحال بعدد الأجزاء اللازمة لتصلب المادة. لذا، فإن استخدام جزء واحد يعني ببساطة فتح الأنبوب أو الخرطوشة أو الدلو، وستتصلب المادة. عادةً، تتفاعل هذه الأنظمة المكونة من جزء واحد مع رطوبة الهواء لتتحول إلى مطاط.
وبالتالي، فإن السيليكون المكون من جزء واحد هو نظام مستقر في الأنبوب حتى يتصلب عند تعرضه للهواء لإنتاج مطاط السيليكون.
المزايا
تتمتع السيليكونات المكونة من جزء واحد بالعديد من المزايا الفريدة.
عند تركيبها بشكل صحيح، تتميز السيليكونات بثبات وموثوقية عاليتين، مع التصاق ممتاز وخصائص فيزيائية ممتازة. مدة صلاحيتها (المدة التي يُمكن تركها فيها في الأنبوب قبل الاستخدام) لا تقل عن عام واحد، وهو أمر طبيعي، مع بعض التركيبات التي تدوم لسنوات عديدة. كما تتميز السيليكونات بلا شك بأفضل أداء طويل الأمد. فخصائصها الفيزيائية لا تتغير بمرور الوقت دون أي تأثير للتعرض للأشعة فوق البنفسجية، بالإضافة إلى ذلك، تتميز بثبات ممتاز في درجات الحرارة، متجاوزةً بذلك مانعات التسرب الأخرى بـ 50 درجة مئوية على الأقل.
يجفّ السيليكون المكون من جزء واحد بسرعة نسبية، حيث يُكوّن عادةً طبقةً خارجيةً خلال 5 إلى 10 دقائق، ويتخلص من الالتصاق خلال ساعة، ويصلب إلى طبقة مطاطية مرنة بسمك عُشر البوصة تقريبًا في أقل من يوم. يتميز السطح بملمس مطاطي لطيف.
- نظرًا لأنه يمكن جعلها شفافة وهي ميزة مهمة في حد ذاتها (الشفاف هو اللون الأكثر استخدامًا)، فمن السهل نسبيًا صبغها بأي لون.
القيود
يوجد للسيليكون قيدان رئيسيان.
1) لا يمكن طلائها باستخدام طلاء قائم على الماء - قد يكون الأمر صعبًا أيضًا باستخدام طلاء قائم على المذيبات.
2) بعد المعالجة، يمكن للمادة المانعة للتسرب أن تطلق بعضًا من ملين السيليكون الذي، عند استخدامه في وصلة توسعة المبنى، يمكن أن يخلق بقعًا قبيحة على طول حافة الوصلة.
بالطبع، نظرًا لكونه مكونًا من جزء واحد، يستحيل معالجة مقطع عميق بسرعة، إذ يتفاعل النظام مع الهواء، مما يؤدي إلى المعالجة من الأعلى إلى الأسفل. وبصورة أكثر تحديدًا، لا يمكن استخدام السيليكونات كعازل وحيد في النوافذ الزجاجية المعزولة، وذلك لأنها على الرغم من فعاليتها في منع دخول الماء السائل بكميات كبيرة، إلا أن بخار الماء يمر بسهولة نسبية عبر مطاط السيليكون المعالج، مما يؤدي إلى ضبابية وحدات العزل الحراري.
مناطق السوق واستخداماتها
تُستخدم السيليكونات أحادية الجزء في كل مكان تقريبًا، بما في ذلك، مما يثير استياء بعض أصحاب المباني، حيث تتسبب القيود المذكورة أعلاه في حدوث مشكلات.
تُشكّل أسواق البناء والمشاريع المنزلية (DIY) الجزء الأكبر من السوق، تليها أسواق السيارات، والصناعة، والإلكترونيات، والفضاء الجوي. وكما هو الحال مع جميع مواد الختم، فإن الوظيفة الرئيسية للسيليكونات أحادية المكون هي الالتصاق وملء الفراغات بين سطحين متشابهين أو مختلفين لمنع تسرب الماء أو التيارات الهوائية. في بعض الأحيان، يصعب تغيير تركيبة المادة إلا لجعلها أكثر سيولة، ثم تُصبح طلاءً. أفضل طريقة للتمييز بين الطلاء واللاصق ومانع التسرب بسيطة. يُحكم مانع التسرب بين سطحين، بينما يُغطي الطلاء ويحمي سطحًا واحدًا فقط، بينما يُحافظ اللاصق على تماسك السطحين بشكل كبير. يُشبه مانع التسرب اللاصق إلى حد كبير عند استخدامه في التزجيج الهيكلي أو التزجيج العازل، ومع ذلك، فإنه لا يزال يعمل على سد السطحين بالإضافة إلى الحفاظ عليهما معًا.
الكيمياء الأساسية
يبدو مانع التسرب السيليكوني في حالته غير المعالجة عادةً كعجينة سميكة أو كريم. عند تعرضه للهواء، تتحلل المجموعات الطرفية التفاعلية لبوليمر السيليكون (تتفاعل مع الماء) ثم تتحد مع بعضها البعض، مطلقةً الماء ومُشكلةً سلاسل بوليمرية طويلة تستمر في التفاعل حتى يتحول المعجون في النهاية إلى مطاط قوي. تأتي المجموعة التفاعلية في طرف بوليمر السيليكون من أهم جزء في التركيبة (باستثناء البوليمر نفسه)، ألا وهو عامل الربط المتشابك. وهو ما يمنح مانع التسرب خصائصه المميزة، إما بشكل مباشر كالرائحة ومعدل التصلب، أو بشكل غير مباشر كاللون والالتصاق، وما إلى ذلك، نظرًا للمواد الخام الأخرى التي يمكن استخدامها مع أنظمة ربط متشابك محددة، مثل الحشوات ومعززات الالتصاق. يُعد اختيار عامل الربط المتشابك المناسب أمرًا أساسيًا لتحديد الخصائص النهائية لمانع التسرب.
أنواع المعالجة
هناك عدة أنظمة معالجة مختلفة.
1) أسيتوكسي (رائحة الخل الحمضية)
2) أوكسيم
3) ألكوكسي
4) بنزاميد
5) أمين
6) أمينوكسي
الأوكسيمات والألكوكسيات والبنزاميدات (المستخدمة على نطاق واسع في أوروبا) هي ما يُسمى بالأنظمة المحايدة أو غير الحمضية. تتميز أنظمة الأمينات والأمينوكسي برائحة الأمونيا، وتُستخدم عادةً في مجالات السيارات والصناعة أو في تطبيقات البناء الخارجية المحددة.
مواد خام
تشتمل التركيبات على عدة مكونات مختلفة، بعضها اختياري، اعتمادًا على الاستخدام النهائي المقصود.
المواد الخام الأساسية الوحيدة هي البوليمر التفاعلي ومادة الربط المتشابك. ومع ذلك، تُضاف دائمًا تقريبًا مواد مالئة، ومعززات الالتصاق، وبوليمرات غير تفاعلية (مُلَيِّنة)، ومحفزات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام العديد من المواد المضافة الأخرى، مثل معاجين الألوان، ومبيدات الفطريات، ومثبطات اللهب، ومثبتات الحرارة.
الصيغ الأساسية
ستبدو تركيبة مانع التسرب النموذجية أو تركيبة مانع التسرب DIY على النحو التالي:
| % | ||
| بولي دايميثيل سيلوكسان، أوهايو، منتهية الصلاحية 50000 سي بي إس | 65.9 | البوليمر |
| بولي دايميثيل السيلوكسان، ثلاثي الميثيل، 1000 سي بي إس | 20 | مُلَيِّن |
| ميثيل تريوكسيمينوسيلان | 5 | مادة الربط المتقاطع |
| أمينوبروبيل ثلاثي إيثوكسي سيلان | 1 | معزز الالتصاق |
| 150 متر مربع/جم مساحة سطح السيليكا المدخنة | 8 | حشو |
| ثنائي بوتيلتين ثنائي اللورات | 0.1 | المحفز |
| المجموع | 100 |
الخصائص الفيزيائية
تشمل الخصائص الفيزيائية النموذجية ما يلي:
| الاستطالة (%) | 550 |
| قوة الشد (ميجا باسكال) | 1.9 |
| معامل الاستطالة عند 100 ميجا باسكال | 0.4 |
| صلابة الشاطئ أ | 22 |
| الجلد مع مرور الوقت (بالدقيقة) | 10 |
| وقت الفراغ (دقيقة) | 60 |
| وقت الخدش (بالدقائق) | 120 |
| العلاج الكامل (مم في 24 ساعة) | 2 |
تبدو التركيبات التي تستخدم عوامل ربط متشابكة أخرى متشابهة، ربما تختلف في مستوى عامل الربط المتشابك، ونوع مُعزِّز الالتصاق، ومحفزات المعالجة. تختلف خصائصها الفيزيائية قليلاً ما لم تُستخدم مُمددات السلسلة. يصعب تصنيع بعض الأنظمة إلا باستخدام كمية كبيرة من حشو الطباشير. من الواضح أن هذه الأنواع من التركيبات لا يمكن إنتاجها في النوع الشفاف أو شبه الشفاف.
تطوير المواد المانعة للتسرب
هناك ثلاث مراحل لتطوير مادة مانعة للتسرب جديدة.
1) التصميم والإنتاج والاختبار في المختبر - أحجام صغيرة جدًا
هنا، لدى كيميائي المختبر أفكار جديدة، ويبدأ عادةً بدفعة يدوية من مادة مانعة للتسرب تزن حوالي 100 غرام فقط لمعرفة كيفية تصلبها ونوع المطاط الناتج. الآن، تتوفر آلة جديدة "مزيج هاوسشيلد السريع" من شركة فلاكتيك. هذه الآلة المتخصصة مثالية لخلط دفعات صغيرة تزن 100 غرام في ثوانٍ مع إخراج الهواء. هذا مهم لأنه يسمح للمطور باختبار الخصائص الفيزيائية لهذه الدفعات الصغيرة فعليًا. يمكن خلط السيليكا المدخنة أو مواد مالئة أخرى، مثل الطباشير المترسبة، في السيليكون في حوالي 8 ثوانٍ. تستغرق عملية إزالة الهواء حوالي 20-25 ثانية. تعمل الآلة بآلية طرد مركزي مزدوجة غير متماثلة، تستخدم الجسيمات نفسها كأذرع خلط مستقلة. الحد الأقصى لحجم الخليط هو 100 غرام، وتتوفر أنواع مختلفة من الأكواب، بما في ذلك الأكواب التي تُستخدم لمرة واحدة، مما يعني عدم الحاجة إلى التنظيف على الإطلاق.
لا يقتصر الأمر في عملية التركيب على أنواع المكونات فحسب، بل يشمل أيضًا ترتيب الإضافة وأوقات الخلط. ومن الطبيعي أن يكون تفريغ الهواء ضروريًا للحفاظ على صلاحية المنتج، إذ تحتوي فقاعات الهواء على رطوبة تُساعد على تماسك المادة المانعة للتسرب من الداخل.
بمجرد حصول الكيميائي على نوع المادة المانعة للتسرب المطلوبة لتطبيقه، يصل حجمها إلى خلاط كوكبي سعة ربع جالون، قادر على إنتاج حوالي 3-4 أنابيب صغيرة سعة 110 مل (3 أونصات). هذه المادة كافية لاختبارات الصلاحية الأولية واختبارات الالتصاق، بالإضافة إلى أي متطلبات خاصة أخرى.
بعد ذلك، قد ينتقل إلى آلة سعة جالون أو جالونين لإنتاج 8-12 أنبوبًا سعة 10 أونصات لإجراء اختبارات أكثر تعمقًا وأخذ عينات من العملاء. يُخرج مانع التسرب من الوعاء عبر أسطوانة معدنية إلى الخرطوشة المُثبّتة فوق أسطوانة التغليف. بعد هذه الاختبارات، يكون جاهزًا لتوسيع نطاق الإنتاج.
2) توسيع النطاق والضبط الدقيق - أحجام متوسطة
في مرحلة التوسع، تُنتج التركيبة المخبرية الآن على آلة أكبر، عادةً ما يتراوح وزنها بين 100 و200 كجم، أي ما يعادل برميلًا تقريبًا. لهذه الخطوة غرضان رئيسيان:
أ) لمعرفة ما إذا كان هناك أي تغييرات كبيرة بين حجم 4 رطل وهذا الحجم الأكبر والتي يمكن أن تنتج عن معدلات الخلط والتشتت ومعدلات التفاعل وكميات مختلفة من القص في الخليط، و
ب) إنتاج ما يكفي من المواد لاختبارها على العملاء المحتملين والحصول على بعض التعليقات الحقيقية أثناء العمل.
تُعد هذه الآلة التي تبلغ سعتها 50 جالونًا مفيدة جدًا أيضًا للمنتجات الصناعية عندما تكون هناك حاجة إلى أحجام منخفضة أو ألوان خاصة ولا يلزم إنتاج سوى برميل واحد تقريبًا من كل نوع في المرة الواحدة.
هناك عدة أنواع من آلات الخلط. أكثرها استخدامًا هي الخلاطات الكوكبية (كما هو موضح أعلاه) والمشتتات عالية السرعة. تُعد الخلاطات الكوكبية مناسبة للخلطات عالية اللزوجة، بينما يكون أداء المشتت أفضل، خاصةً في أنظمة التدفق منخفضة اللزوجة. في مواد مانعة التسرب الإنشائية التقليدية، يمكن استخدام أيٍّ من الجهازين شريطة مراعاة وقت الخلط والحرارة المُولّدة من المشتت عالي السرعة.
3) كميات الإنتاج الكاملة
يُؤمل أن يُعيد الإنتاج النهائي، سواءً كان على دفعات أو مستمرًا، إنتاج التركيبة النهائية من مرحلة التوسع. عادةً، تُنتج كمية صغيرة نسبيًا من المواد (دفعتان أو ثلاث دفعات أو ساعة إلى ساعتين من الإنتاج المستمر) أولًا في معدات الإنتاج، وتُفحص قبل بدء الإنتاج الطبيعي.
الاختبار - ماذا وكيف يتم الاختبار.
ماذا
الخصائص الفيزيائية - الاستطالة، قوة الشد، ومعامل المرونة
الالتصاق بالركيزة المناسبة
مدة الصلاحية - سواء المتسارعة أو في درجة حرارة الغرفة
معدلات المعالجة - الجلد بمرور الوقت، والوقت الخالي من الالتصاق، ووقت الخدش والمعالجة الكاملة، وثبات درجة حرارة الألوان أو الثبات في السوائل المختلفة مثل الزيت
بالإضافة إلى ذلك، يتم فحص أو ملاحظة خصائص رئيسية أخرى: الاتساق، وانخفاض الرائحة، والتآكل والمظهر العام.
كيف
تُسحب طبقة من مادة مانعة للتسرب وتُترك لتجف لمدة أسبوع. ثم يُقطع دمبل خاص ويُوضع في جهاز اختبار الشد لقياس الخصائص الفيزيائية كالاستطالة ومعامل المرونة وقوة الشد. كما تُستخدم هذه الأجهزة لقياس قوى الالتصاق/التماسك على عينات مُجهزة خصيصًا. تُجرى اختبارات التصاق بسيطة بسحب حبيبات من المادة المُعالجة على الركائز المطلوبة.
يقيس جهاز Shore-A صلابة المطاط. يشبه هذا الجهاز ثقلاً ومقياساً، بنقطة تضغط على العينة المعالجة. كلما زاد اختراق النقطة للمطاط، زادت ليونته وانخفضت قيمته. تتراوح قيمة مانع التسرب الإنشائي النموذجي بين 15 و35.
يتم قياس مدة بقاء الجلد على حاله، ومدة بقائه بدون لاصق، وقياسات خاصة أخرى للجلد إما بالإصبع أو بصفائح بلاستيكية مزودة بأوزان. يُقاس الوقت قبل إمكانية سحب البلاستيك بشكل نظيف.
لتحديد مدة الصلاحية، تُعتّق أنابيب مانع التسرب إما في درجة حرارة الغرفة (والتي تستغرق عادةً عامًا كاملاً لإثبات مدة صلاحية مدتها عام واحد) أو في درجات حرارة مرتفعة، عادةً 50 درجة مئوية، لمدة أسبوع أو ثلاثة أسابيع أو خمسة أسابيع أو سبعة أسابيع، وهكذا. بعد عملية التعتيق (حيث يُترك الأنبوب ليبرد في الحالة المُسرّعة)، تُسحب المادة من الأنبوب وتُسحب إلى صفيحة حيث تُترك لتجف. تُختبر الخصائص الفيزيائية للمطاط المُشكّل في هذه الصفيحة كما في السابق. ثم تُقارن هذه الخصائص بخصائص المواد المُركّبة حديثًا لتحديد مدة الصلاحية المُناسبة.
يمكنك العثور على شرح مفصل ومحدد لمعظم الاختبارات المطلوبة في دليل ASTM.
بعض النصائح النهائية
السيليكونات أحادية المكون هي مواد مانعة للتسرب عالية الجودة. لها حدود، ويمكن تطويرها خصيصًا لتلبية متطلبات محددة.
من المهم التأكد من أن جميع المواد الخام جافة قدر الإمكان، وأن التركيبة مستقرة وأن الهواء تم إزالته أثناء عملية الإنتاج.
إن عملية التطوير والاختبار هي في الأساس نفس العملية لأي جزء من مادة مانعة للتسرب بغض النظر عن النوع - فقط تأكد من فحص كل خاصية ممكنة قبل البدء في صنع كميات الإنتاج وأن لديك فهمًا واضحًا لاحتياجات التطبيق.
بناءً على متطلبات التطبيق، يمكن اختيار كيمياء المعالجة المناسبة. على سبيل المثال، إذا تم اختيار السيليكون ولم تكن الرائحة والتآكل والالتصاق مهمة، ولكن التكلفة منخفضة، فإن الأسيتوكسي هو الخيار الأمثل. أما إذا كانت الأجزاء المعدنية معرضة للتآكل أو كانت هناك حاجة إلى التصاق خاص بالبلاستيك بلون لامع فريد، فإنك تحتاج إلى أوكسيم.
[1] ديل فلاكيت. مركبات السيليكون: السيلانات والسيليكونات [M]. مجلة جيلست: ٤٣٣-٤٣٩
* صورة من مانع التسرب السيليكوني OLIVIA
وقت النشر: ٣١ مارس ٢٠٢٤
