Studijní program B2301 - Strojní inženýrství
Katedra strojírenské technologie Oddělení tváření kovů a plastů
Hodnocení vlastností nové směsi silikonového kaučuku pro spojovací díly mezi částmi motoru
An evaluation of the properties of a new silicone ruber compound for connecting parts between engine sections
Tomáš Valášek KSP – TP – BPU – 1
Vedoucí diplomové práce: Ing. Luboš Běhálek - TU v Liberci
Konzultant bakalářské práce: prof. Dr. Ing. Petr Lenfeld - TU v Liberci
Rozsah práce a příloh:
Počet stran: 68 Počet tabulek: 18 Počet příloh: 0
Počet obrázků: 56 Datum: 24.5.2013
Fakulta strojní
Katedra strojírenské technologie Oddělení tváření kovů a plastů
Studijní program : B2301 – Strojní inženýrství Student: Tomáš Valášek
Téma práce : Hodnocení vlastností nové směsi silikonového kaučuku pro spojovací díly mezi částmi motoru
An evaluation of the properties of a new silicone rubber compound for connecting parts between engine sections
Číslo BP : KSP – TP – BPU – 1
Vedoucí BP : Ing. Luboš Běhálek - TU v Liberci Konzultant BP : prof. Dr. Ing. Petr Lenfeld - TU v Liberci Abstrakt :
Bakalářská práce hodnotí fyzikálně-mechanické vlastnosti a chemickou odolnost směsí silikonových kaučuků využívaných pro výrobu silikon-textilních dílů ve firmě Sico Rubena s.r.o. Teoretická část obsahuje charakteristiku směsi silikonového kaučuku a souhrnně popisuje výrobní proces silikon-textilního dílu. V experimentální části jsou stanoveny vlastnosti silikonových směsí a vyrobených dílů dle mezinárodních a interních předpisů. Všechny dosažené výsledky měření jsou vyhodnoceny a vzájemně porovnány.
Abstrakt :
The bachelor thesis evaluates the physical-mechanical properties and the chemical resistance of silicone rubber compounds used in the production of silicone textile parts at the company Sico Rubena s.r.o. The theoretical part contains the properties of the silicone rubber compound and summarizes the production process of silicone textile parts. The experimental part specifies the properties of the silicone compounds and of the produced parts according to international and internal regulations. All achieved measurement results are evaluated and mutually compared.
V Liberci, 24. května 2013
………
Tomáš Valášek Úvoz 446 549 31 Hronov
- 6 -
OBSAH
1 ÚVOD..………... 11
2 TEORETICKÁ ČÁST………....………... 13
2.1 KAUČUK……….…………....………...… 14
2.2 SILIKONOVÝ KAUČUK……….…..…………....………...………… 16
2.3 SILIKONOVÁ SMĚS………...………….. 17
2.3.1 SILIKONOVÉ KAUČUKY VULKANIZOVANÉ TEPLEM (HTV)... 18
2.3.2 SILIKONOVÉ KAUČUKY VULKANIZOVANÉ ZA NORMÁLNÍ TEPLOTY (RTV)………... 19
2.4 VÝROBA SILIKON-TEXTILNÍ SPOJKY… ……….. 20
2.4.1 MÍCHÁNÍ SILIKONOVÝCH SMĚSÍ ..……… 20
2.4.2 NANÁŠENÍ SILIKONOVÉ SMĚSI NA POLYESTEROVOU TKANINU……….. 23
2.4.3 KONFEKCE SILIKON-TEXTILNÍ SPOJKY……….. 25
2.4.4 DOKONČOVACÍ OPERACE.…………...………... 32
3 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST ………..………... 35
3.1 STANOVENÍ VLASTNOSTÍ SILIKONOVÉ SMĚSI (VMQ)………….… 38
3.1.1 STANOVENÍ HUSTOTY SMĚSI…...………... 38
3.1.2 STANOVENÍ ÚČINKU KAPALINY.………... 39
3.1.3 STANOVENÍ TVRDOSTI SMĚSI…...………... 41
3.1.4 STANOVENÍ TRVALÉ DEFORMACE V TLAKU………... 44
3.1.5 STANOVENÍ TAHOVÝCH VLASTNOSTÍ ……..………... 46
3.2 STANOVENÍ VLASTNOSTÍ NA DÍLE ………..………. 50
3.2.1 ZKOUŠKA HYDROSTATICKÝM TLAKEM..………... 50
3.2.2 ZKOUŠKA ÚNAVY PULZUJÍCÍM TLAKEM.………... 52
3.2.3 MĚŘENÍ ADHEZE MEZI TEXTÍLIÍ A SILIKONOVOU SMĚSÍ….. 52
4 VYHODNOCOVÁNÍ VÝSLEDKŮ A JEJICH DISKUSE………... 56
4.1 VYHODNOCENÍ HUSTOTY SMĚSI.………. 56
4.2 VYHODNOCENÍ ÚČINKŮ KAPALINY ………... 56
- 7 -
4.3 VYHODNOCENÍ TVRDOSTI SHORE……… 56 4.4 VYHODNOCENÍ TRVALÉ DEFORMACE V TLAKU ………..………… 60 4.5 VYHODNOCENÍ TAHOVÝCH VLASTNOSTÍ……....………..………… 61 4.6 VYHODNOCENÍ VLASTNOSTÍ DÍLU……….…………..………… 64 5 ZÁVĚR………... 66
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY…………..………...………... 68
- 8 -
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ
T [°C] teplota
TP [ºC] předvulkanizační teplota
TD [ºC] dovulkanizační teplota
Tk1 [ºC] teplota při 7 dnech kondiciování na vzduchu Tk2 [ºC] teplota při 21 dnech kondiciování na vzduchu Tk3 [ºC] teplota při 21 dnech kondiciování ve směsi (75%
Paraflu + 25% destilované vody)
TM [°C] teplota média
p [MPa] tlak
pD [MPa] tlak porušení
pM1 [MPa] minimální tlak média
pM2 [MPa] maximální tlak média
tD [s] čas porušení
t1 [s] čas stoupání tlaku
t2 [s] čas maximálního tlaku
t3 [s] čas klesání tlaku
t4 [s] čas minimálního tlaku
F [N] síla
Fmin [N] minimální síla
Fb [N] síla při přetržení
φ [%] relativní vlhkost
ρ [g/cm3] hustota
- 9 -
ρ1 [g/cm3] hustota destilované vody
Shore A [-] tvrdost
ε [%] trvalá deformace v tlaku
TSb [MPa] pevnost v tahu
Eb [%] tažnost
m [g] hmotnost
mi [g] hmotnost vzorku po působení kapaliny
mo [g] počáteční .hmotnost vzorku
m1 [g] hmotnost držáku na vzduchu
m2 [g] hmotnost držáku se vzorkem na vzduchu
m3 [g] hmotnost držáku se vzorkem ve vodě
m4 [g] hmotnost držáku ve vodě
m5 [g] počáteční .hmotnost vzorku na vzduchu
m6 [g] počáteční .hmotnost vzorku v destilované vodě m7 [g] hmotnost vzorku na vzduchu po působení kapaliny m8 [g] hmotnost vzorku v destilované vodě po působení
kapaliny
Δm100 [%] změna hmotnosti vzorku
ΔV100 [%] změna objemu vzorku
h0 [mm] počáteční tloušťka zkušebního tělesa h1 [mm] tloušťka zkušebního tělesa po zotavení
hs [mm] výška distanční vložky
W [mm] šířka zkušebního tělesa
t [mm] tloušťka zkušebního tělesa
- 10 -
Lb [mm] délka pracovní části zkušebního tělesa při přetržení L0 [mm] počáteční délka pracovní části zkušebního tělesa
NR [-] přírodní kaučuk
SBR [-] butadien-styrenový kaučuk
BR [-] butadienový kaučuk
NBR [-] butadien-akrylonitrilový kaučuk
MQ [-] metylsilikonový kaučuk
VMQ [-] vinyl-metyl silikonový kaučuk
PVMQ [-] fenyl-vinyl-metyl silikonový kaučuk
FVMQ [-] fluor silikonový kaučuk
HTV [-] teplem vulkanizované silikonové kaučuky
RTV [-] silikonové kaučuky, vulkanizované za normální teploty
PE [-] polyethylen
BOPET [-] biaxiálně orientovaný polyethylentereftalát
- 11 -
1 ÚVOD
Téma bakalářské práce ,,Hodnocení vlastností nové směsi silikonového kaučuku pro spojovací díly mezi částmi motoru“ vzniklo ve spolupráci katedry strojírenské technologie TU v Liberci s firmou Sico Rubena s.r.o., Velké Poříčí.
Firma Sico Rubena s.r.o. vznikla v prosinci roku 1999 kapitálovým vstupem dvou vlastníků – německé firmy SICO GmbH., Witten a české Rubena a.s. Hradec Králové.
Společnost vyrábí a dodává komponenty ze silikonových kaučuků pro aplikace v průmyslu, ekologii a pro speciální použití. Sico Rubena pokračuje v tradici zpracování silikonových kaučuků v a.s. Rubena, která se jejich zpracováním zabývala od počátku šedesátých let. Spolehlivost a vysoká kvalita vyráběné produkce odpovídá mezinárodním standardům certifikovaných společností SGS SA Zürich /1/.
Charakteristické vlastnosti výrobků ze silikonových kaučuků vyhovují speciálním požadavkům na zdravotní nezávadnost, mají větší odolnost vůči vyšším teplotám, než mají obvyklé pryže, odolávající stárnutí vlivem klimatických podmínek a UV záření, mají i dobré elektroizolační vlastnosti a lze je lepit. Pro výsledný výrobek je možné zvolit potřebné zbarvení.
Výrobky ze silikonových kaučuků odolávají teplotám v rozmezí od -50 °C až do +180 °C, směsi se speciálními aditivy až +300 °C, popř. -90 °C. Použitelnost v oleji je omezena na oleje s anilinovým bodem vyšším než 100. Výrobky mají široké uplatnění ve zdravotnictví, v automobilovém a leteckém průmyslu, ve stavebnictví a výrobcích pro domácnost /1/.
Cílem bakalářské práce je hodnocení vlastností směsi silikonového kaučuku k výrobě hadic a tvarovek pro vodní okruh nákladních automobilů, která musí splňovat požadavky zákazníků na fyzikálně-mechanické vlastnosti a chemickou odolnost, zejména působení glykolů. Při vývoji směsí se obvykle sledují tři základní cíle:
zpracovatelnost na dostupných zařízeních, požadované vlastnosti výrobku a dosažení nízkých materiálových i výrobních nákladů. Optimálním řešením je vyvážené splnění všech tří cílů. Směs by měla cenově korespondovat s cenou stávající směsi. Případná nižší cena je vítaná. Důvodem přípravy nové směsi je záměr a předpoklad, že nový (alternativní) dodavatel sníží riziko pro případ výpadku dodávek od stávajících dodavatelů a navíc vylepší pozici při vyjednávání nových cen. Nová směs umožní i
- 12 -
nadále se udržet na trzích v bývalém SSSR a vyhovět i náročným požadavkům firem IVECO, SOR, SCANIA, které patří mezi odběratele spol. Sico Rubena s.r.o.
V teoretické části bakalářské práce jsou shrnuty informace o silikonovém kaučuku a podrobně popsán celý výrobní postup výroby silikon-textilní spojky (spojovacího dílu mezi částmi motoru) od přípravy materiálu, přes vlastní konfekci, až po konečné značení. V experimentální části bakalářské práce jsou uvedeny požadavky kladené na vlastnosti silikonových kaučuků pro zamyšlené aplikace a popsány průběhy a výsledky měření v laboratořích a zkušebně fy. Sico Rubena s.r.o. Dále bylo ověřeno technologické zpracování při míchání směsi na dvouválcových kalandrech, při nánosování silikonové směsi na textilní výztuhu a při samotné konfekci silikon-textilních spojek. Hodnoty byly porovnány s hodnotami stávajících směsí.
- 13 -
2 TEORETICKÁ ČÁST
Při vývoji kaučukové směsi je nutno podle požadavků uvažované aplikace nejprve vybrat vhodný kaučuk. Vlastnosti kaučuku jsou dále modifikovány pomocí přísad a to s ohledem na jeho zpracovatelnost, cenu a vlastnosti potřebné pro úspěšnou aplikaci /2/.
Silikon-textilní spojky se vyrábí ze silikonového kaučuku a z tkanin aromatických polyamidů nebo polyesterové tkaniny, popřípadě sklo-textilní tkaniny. Zároveň mohou být opatřeny vnitřní, respektive krycí silikonovou či fluorsilikonovou folií. Připravují se konfekcí v různých průměrech, délkách a tvarových provedeních dle požadavků zákazníka. Silikon-textilní spojovací prvky mohou být rovné nebo zahnuté pod potřebnými úhly, s redukovanými průměry nebo jako vlnovce (viz obr. 2.1).
Obr. 2.1 Silikon-textilní spojovací prvky /3/
Silikonový materiál zaručuje odolnost výrobku při širokém teplotním rozmezí (-50 °C až +230 °C) a textilní výztuha zajistí vyšší tlakovou odolnost. Hadice jsou standardně konstruovány a zkoušeny pro pracovní přetlak 0,2 MPa s minimálně tří násobným bezpečnostním koeficientem. Na žádost zákazníka je však možné vyrábět hadice pro
- 14 -
použití v oblasti vyšších přetlaků. Silikon-textilní hadice jsou užívány jako spojovací díly mezi částmi motoru pro vedení chladicí kapaliny nebo vzduchu (viz obr. 2.2.). Jsou vhodné zejména pro naftové motory velkého výkonu s turbodmychadlem. Lze je vyrobit v různých barevných provedeních /1/.
Obr. 2.2 Použití silikon-textilní spojky v motoru /3/
2.1 KAUČUK
Domorodci Jižní Ameriky znali vlastnosti kaučuku již v 15. a 16. století. Ze zářezů v kůře stromů Hevea brasiliensis (Kaučukovník brazilský) vytéká bílé mléko (latex), (viz obr. 2.3) nazývaný domorodci „plačící dřevo“. Latex byl původně používán pro impregnaci látek přímo na plantážích, pro výrobu obuvi a nepromokavého textilu.
Prvními gumárenskými technology byli tedy američtí Indiáni a prvním známým kaučukem byl přírodní kaučuk (NR). Širší technickou využitelnost kaučuku umožnil až objev jeho vulkanizace sírou za přítomnosti kysličníku zinečnatého, který se připisuje Charlesu Goodyearovi (USA, rok 1839). Důležitým mezníkem bylo poté patentování vzduchem plněné pneumatiky pro jízdní kola zvěrolékařem z Belfastu Johny Dunlopem
- 15 -
(rok 1887). Rozvoj automobilismu a strojírenství vyžadoval daleko větší produkci kaučuku, než mohly plantáže poskytnout a proto začali chemici hledat kaučuky, které by bylo možno vyrábět synteticky. Tento výzkum byl dále v Evropě urychlován v období válek a politické nestability. Síťované kaučuky (vulkanizáty) představují materiály s unikátními vlastnostmi, protože svým deformačním chováním připomínají jak pevné látky (schopnost rychlé elastické deformace), tak i kapaliny (velké deformace téměř bez změny objemu). Výsledkem je současný cca 60% podíl syntetických kaučuků v cca 60 druzích /2/.
Obr. 2.3 Latex odkapávající z kaučukovníku /4/
Příklady nejběžněji používaných kaučuků:
NR (přírodní kaučuk) – pro gumárenské využití se nejčastěji získává přírodní kaučuk ze stromu kaučukovníku, které se pěstují na plantážích v tropických pásmech jihovýchodní Asie. Čerstvý latex obsahuje 30 – 40 % koloidních částic kaučuku, které se dále zpracovávají různými postupy. Nejčastěji se kaučuk vysráží např. kyselinou mravenčí, vypere vodou a suší teplým vzduchem /5/.
- 16 -
SBR (butadien-styrenový kaučuk) – butadien-styrenový kaučuk je ropný produkt, který představuje cca 60% světové produkce syntetických kaučuků.
Obvyklé použití v průmyslu je pro pláště pneumatik /5/.
BR (polybutadienový kaučuk) – se získává polymerací butadienu, kdy vznikají produkty s vysokým podílem 1,4-butadienových jednotek. Tyto jednotky se vyznačují vysokou odolností proti otěru, vzniku trhlin a také vyšší odrazovou pružností než přírodní kaučuk. Polybutadienový kaučuk se převážně v průmyslu užívá k výrobě pneumatik /5/.
NBR (butadien-akrylonitrilový kaučuk) – se vyrábí radikálovou kopolymerací butadienu a akrylonitrilu. Hlavním oblastí využití jsou benzínové hadice, klínové řemeny, dopravní pásy, těsnící kroužky /5/.
2.2 SILIKONOVÝ KAUČUK
Silikonový kaučuk je nejmladší z hlavních výrobků organokřemičité chemie, mezi které patří silikonové oleje a jejich emulze, vazelíny, pryskyřice, laky, hydrofobizační prostředky, odpěňovače, elektroizolační materiály a různé typy kaučuků včetně licích a tmelových typů vulkanizujících za pokojové teploty. O sloučeninách křemíku je známo, že jsou nejstálejší k účinkům teploty a povětrnosti. Nejvíce se vyskytující kysličník křemičitý (křemen) lze znázornit strukturně jako hustou síť, tvořenou střídavě z atomů křemíku a kyslíku. Tento křemen je ovšem tvrdý a křehký, nerozpustitelný a tavitelný za vysokých teplot. Ze vztahu mezi strukturou a vlastnostmi vysokomolekulárních látek se dá předpokládat, že čím slabší bude sesíťování, tím více se budou měnit vlastnosti směrem k elastickým kaučukům nebo až k lineárním nízkomolekulárním kapalinám. Úkolem je tedy vytvořit podobnou řidší strukturu, kde by sesíťování kyslíkovými atomy bylo alespoň v jednom směru zředěno nebo úplně odstraněno, například syntézou z elementárního křemíku přes nízkomolekulární organokřemičité sloučeniny. Výsledkem syntézy je zředěná síť křemíkokyslíkových (siloxanových) řetězců změkčená organickými skupinami, neboli základní siloxanová kostra /1/.
- 17 - Mezi základní druhy silikonových kaučuků patří:
MQ (metylsilikonový kaučuk) - nejstarší typ silikonového kaučuku. V technické praxi nemá velký význam, protože metyl skupiny se dají jen obtížně využít pro sesíťování pomocí peroxidů /2/.
VMQ (vinyl-metyl silikonový kaučuk) – zavedením malého množství vinylových postraních skupin do řetězce MQ vznikl vinyl-metyl silikonový kaučuk. Vinyl skupiny jsou značně reaktivní a VMQ kaučuky proto siťují značně rychleji. Tento typ silikonového kaučuku je nejužívanějším polymerem při výrobě silikonové pryže /2/.
PVMQ (PMQ) (fenyl-vinyl-metyl silikonový kaučuk, fenyl-metyl silikonový kaučuk) – vestavěním objemných fenyl skupin do metylového nebo častěji do vinyl-metylového silikonového kaučuku se výrazně zvýší mrazuvzdornost (až do -90 °C ve srovnání s -60 °C u MQ nebo VMQ kaučuku) /2/.
FVMQ (fluor silikonový kaučuk) – fluor silikonový kaučuk má v molekule vedle vinylových a metylových skupin ještě trifluorpropyl skupiny. Jeho vulkanizáty vykazují podstatně vyšší odolnost proti botnání v minerálních olejích a motorových palivech, než ostatní silikonové elastomery.
Mrazuvzdornost a teplotní odolnost je však poněkud nižší /2/.
2.3 SILIKONOVÁ SMĚS
Silikonová směs obsahuje řadu různých složek. Skládá se ze silikonového kaučuku, anorganického plniva (často s barevným pigmentem), vulkanizačního činidla (většinou organický peroxid) a stabilizátorů. Pro výrobu velmi měkkých druhů se mohou použít vysokomolekulární silikonové oleje jako změkčovadla. Každá složka směsi plní určitou funkci. Současně však obvykle ovlivňuje i zpracovatelnost a vlastnosti výrobku, stejně jako materiálové a zpracovatelské náklady. Počet možných kombinací přísad je veliký.
- 18 -
Vývoj kaučukových směsí probíhá v několika krocích:
v laboratořích se připraví směs s požadovaným profilem vlastností,
provede se provozní zkouška a směs se případně upraví,
vyrobí se zkušební série a provedou se nezbytné úpravy výrobního postupu,
na základě chování zkušebních výrobků v aplikaci mohou nastat konečné úpravy směsi nebo výrobní postup,
vývoj směsi je ukončen, až když je možno výrobek opakovaně vyrábět v požadované kvalitě a toleranci /2/.
Volba základního typu polymeru se řídí podle požadovaných vlastností vulkanizátu.
Jako plniva se používají hlavně různé druhy kysličníku křemičitého. Čistota a velikost částic plniv podstatně ovlivňují vlastnosti silikonové pryže. Barevné pigmenty se přidávají pouze v případech, kdy se vyžaduje jiná než přírodní barva výrobku. Pro vulkanizaci se používají převážně organické peroxidy. Volba druhu peroxidu má značný význam pro pozdější aplikaci výrobků.
Vulkanizace silikonových směsí může probíhat několika různými metodami za podstatně odlišných zpracovatelských podmínek. Podle toho je možno rozdělit silikonové směsi do dvou základních skupin.
teplem vulkanizované silikonové kaučuky (HTV),
silikonové kaučuky vulkanizované za normální teploty (RTV) /1/.
2.3.1 SILIKONOVÉ KAUČUKY VULKANIZOVANÉ TEPLEM (HTV) Vulkanizace silikonových kaučuků teplem probíhá většinou ve dvou fázích:
předvulkanizace k dosažení tvarové stability, buď pod tlakem (lis), nebo beztlakově (tunel, sušárna),
dovulkanizace bez tlaku v peci pro optimalizaci vlastností silikonu.
Předvulkanizace probíhá zahřáním směsi za přítomnosti organických peroxidů nebo v poslední době tzv. adičním způsobem. Organické peroxidy se za zvýšené teploty rozkládají a tvoří vysoce reaktivní radikály, které mezi sebou spojují lineární řetězce
- 19 -
polymerní matrice. Tímto způsobem se vytvoří trojrozměrná síť, která převede plastickou směs na elastickou pryž.
Zvláštní skupinu tvoří silikonové směsi síťované adičním systémem, u kterých se prostorová síť tvoří reakcí mezi vinylovými skupinami na polymerním řetězci a síťovacím činidlem, obsahující aktivní vodík. Vulkanizace je katalyzována přítomností velmi malého množství platiny nebo rhodia. Směsi s tímto systémem jsou vždy dodávány jako dvousložkové, které se před zpracováním smíchávají (většinou v poměru 1:1). Jedna ze složek obsahuje platinový katalyzátor a druhá síťovací činidlo.
Výhodou tohoto systému je vyloučení rozkladu produktů peroxidu a možnost velmi rychlého síťování. Nevýhodou je okamžité zahájení síťovací reakce po smíchání obou složek a to i při pokojové teplotě.
Druhou neméně důležitou částí síťování silikonový směsí je dovulkanizace, jejímž účelem je:
odstranění nízkomolekulárních těkavých podílů z polymeru a zplodin rozkladu peroxidů,
optimalizace fyzikálně-mechanických vlastností výrobků (zejména trvalé deformace),
rozměrová stabilizace výrobků.
Dovulkanizace se provádí v peci s nucenou cirkulací a výměnou vzduchu při teplotě cca 200 °C. Přívod vzduchu je důležitý zejména v prvních hodinách dovulkanizačního cyklu, aby se vyloučila reverze (měknutí výrobků). Výrobky se musí uložit na síta, aby byl zajištěn optimální přívod vzduchu k celému povrchu výrobku. Vedle trvalé deformace se dovulkanizací zlepšuje odrazová pružnost, dielektrické vlastnosti, odolnost proti botnání a hydrolýze. Mírně se snižuje pevnost v tahu a výrazněji tažnost /1/.
2.3.2 SILIKONOVÉ KAUČUKY VULKANIZOVANÉ ZA NORMÁLNÍ TEPLOTY (RTV)
Na rozdíl od silikonových kaučuků vulkanizovaných tepelným účinkem (HTV), které pro vulkanizaci vyžadují vysokou teplotu, postačí u RTV kaučuků pro síťování
- 20 -
pokojová teplota. Výrobci dodávají tyto směsi s různou tuhostí jako nízkoviskózní odlévací směsi pro otiskovací techniky nebo pastové tmely pro nanášení stěrkou. Podle aplikační technologie se dělí na jednosložkové nebo dvousložkové.
Jednosložkové pasty se dodávají v tubách nebo kartuších a používají se jako spárové tmely ve stavebnictví nebo pro vytváření těsnících prvků přímo při montáži. Síťování je založeno na obsahu sloučenin s blokovanými aktivními skupinami, které se po vytlačení pasty z tuby za přístupu vzdušné vlhkosti rozkládají a sesíťují pastu na měkkou pryž.
Dvousložkové pasty se skládají ze základní silikonové složky vhodné konsistence podle aplikace a z tužidla, většinou na bázi organických sloučenin cínu, které se před použitím vmíchají do základní složky. Vulkanizační dobu je možno při pokojové teplotě nastavit od několika minut do několika hodin. Zahřáním se síťovací reakce urychlí /1/.
2.4 VÝROBA SILIKON-TEXTILNÍ SPOJKY
Vzhledem problematice bakalářské práce zabývající se hodnocením vlastností směsi silikonového kaučuku pro spojovací prvky chladícího okruhu nákladních automobilů, je v následujících kapitolách popsán postup výroby silikon-textilních spojek ve firmě Sico Rubena s.r.o., které se užívají jako spojovací díly mezi částmi motoru pro vedení média (kapaliny nebo vzduchu). Silikon-textilní spojky jsou vyráběny operací zvanou konfekce ze silikonového kaučuku naneseného na tkaninu z polyesteru nebo z aromatických polyamidů, popřípadě sklo-textilu). Silikon-textilní spojovací prvky mohou být rovné nebo zahnuté pod potřebnými úhly, s redukovanými průměry nebo ve tvaru vlnovců.
2.4.1 MÍCHÁNÍ SILIKONOVÝCH SMĚSÍ
Kaučukové směsi vznikají smíšením jednotlivých složek, kterým vznikne materiál s vlastnostmi, které původní složky neměly. Vlastnosti směsi jsou tak dány kaučukem a odpovídajícími přísadami včetně jejich koncentrace.
Na počátku výrobního procesu dochází k smíchání vstupních materiálů: (viz obr. 2.4 a obr. 2.5) silikonového kaučuku, stabilizátoru R, peroxidu a modrého barviva) na dvouválcových kalandrech temperovaných vodou na (T = 25 °C), které ve výsledku vytváří homogenní silikonovou směs (viz obr. 2.6). Dvouválcový kalandr (viz obr. 2.7)
- 21 -
se skládá ze dvou masivních horizontálních navzájem rovnoběžných kovových válců, které se otáčí proti sobě (viz obr. 2.8). Vzdálenost mezi povrchy válců (štěrbina) je nastavitelná. Při průchodu materiálu štěrbinou dochází k míchání materiálu za vysokých smykových rychlostí. Obvodová rychlost válců je rozdílná a to v poměru 1:1,05, což také zvyšuje smykové namáhání ve zpracovávaném materiálu a intenzitu míchání. Při míchání směsi obepíná silikonová směs, tzv. „opásání“ přední pracovní válec, zadní, rychlejší válec zůstává volný. Přebytkem materiálu nad štěrbinou se vytváří tzv.
„návalek“, který je nutný pro optimální zamíchání silikonové směsi /5/.
Vstupní materiál se skládá ze základního silikonového kaučuku ve firmě Sico Rubena s.r.o. se používá VMQ (vinyl-metyl silikonový kaučuk), který je značně reaktivní a proto výsledné síťování je poměrně rychlé a přísady stabilizátoru R, který zabraňuje, aby se na povrchu vyskytoval zbytkový peroxid, snižuje trvalou deformaci a zlepšuje odolnost v horkých olejích. Další přísadou ve směsi je vulkanizační činidlo peroxid Perkadox PD-50S-ps (2,4 dichlorobenzoylperoxid 50% v silikonovém oleji). U směsi používané na chladící vodní okruh se do směsi přimíchává modrá barva, tzv. „modrý batch“. U směsi pro turbodmychadla se přidává stabilizátor H1, který zlepšuje teplotní stabilitu a zároveň směs zbarvuje do červena /1/.
Obr. 2.4 Vstupní materiál (modré Obr. 2.5 Vstupní materiál (silikonový barvivo, stabilizátor, peroxid) kaučuk)
peroxid stabilizátor barvivo
- 22 -
Obr. 2.6 Homogenní silikonová směs
Obr. 2.7 Míchání silikonové směsi
Obr. 2.8 Schéma míchání silikonové směsi na dvouválci 1 – válec, 2 – návalek, 3 – opásání, s – štěrbina /5/
- 23 -
2.4.2 NANÁŠENÍ SILIKONOVÉ SMĚSI NA POLYESTEROVOU TKANINU
Další technologickou operací ve výrobě silikon-textilních spojek je nanášení silikonové směsi vyrobené na dvouválcovém kalandru (viz kap. 2.3.1) na textilní výztuhu, která zajišťuje vyšší tlakovou odolnost vyráběného dílu. Textilní výztuhy se používají trojího druhu: polyesterová a sklo-textilní tkanina u vodního okruhu nebo polyaramidové úplety u vzduchového okruhu. Výsledný polotovar je jednostranný nebo oboustranný silikonový nános na zvolené tkanině či úpletu o požadované tloušťce silikonové vrstvy. Technologický postup výroby dílu je dále popsán při nanášení směsi na polyesterovou tkaninu.
Polyesterová tkanina je naváděna (viz obr. 2.9) do nanášecího zařízení, které se skládá ze dvou nad sebou umístěných horizontálních válců, po kterých se odvaluje silikonová směs, kterou válce nanášejí (vlisují) na povrch polyesterové tkaniny procházející skrz štěrbinu mezi válci. Tloušťku silikonového nánosu určuje vzdálenost válců od sebe.
Nanesená polyesterová tkanina silikonovou směsí (viz obr. 2.10) se musí dále přiložit na nosnou textilii (viz obr. 2.11), která zabrání slepení vrstev nanesené polyesterové tkaniny mezi sebou a následnému poškození při namotávání, které je prováděno pro snadnější manipulaci s nanesenou textilií, v praxi je tento celek nazýván jako tzv. „zábal“.
Obr. 2.9 Navádění polyesterové tkaniny do štěrbiny mezi válci
- 24 -
Obr. 2.10 Nanesená polyesterová tkanina silikonovou směsí
Obr. 2.11 Nanesená polyesterová tkanina naváděná na nosnou textilii
- 25 -
Obr. 2.12 Nanesená polyesterová tkanina „zábal“
2.4.3 KONFEKCE SILIKON-TEXTILNÍ SPOJKY
Před samotnou konfekcí pracovník přípravy převezme nanesenou textilii (viz obr. 2.12) u které provede kontrolu tloušťky a pomoci rotačního nože jí rozřízne na požadovaný rozměr podle příslušného „Dokumentačního listu výrobku“ (viz obr. 2.13).
.
Obr. 2.13 Řezání naneseného materiálu
- 26 -
Konfekce silikon-textilní spojky spočívá v omotávání silikonové textilie, vyrobené rozřezáním nanesené textilie na potřebný tvar dle druhu výrobku, na tvarový (konečný) nebo přípravný trn. Výsledným produktem je polotovar pro následující operaci řezání na požadovaný rozměr nebo polotovar pro přetvarování za pomocí tvarovacího (konečného) trnu. Pracoviště se skládá z konfekčního stroje, PE fólie, válečku, bandáže a přípravného trnu (viz obr. 2.14).
Obr. 2.14 Pracoviště pracovníka konfekce
1 – konfekční stroj, 2 – PE fólie, 3 – váleček, 4 – bandáž, 5 – přípravný trn
Prvním krokem při konfekci silikon-textilní spojky je upnutí přípravného trnu do konfekčního stroje. Poté je na přípravný trn navinuta PE folie, která je k trnu přilepena lepicí páskou. PE fólie zabraňuje přilepení silikonové textilie k přípravnému trnu a usnadňuje sundání namotané silikonové textilie z trnu. Dále je na přípravný trn přiložen silikonový pásek, který zabraňuje možnému vystoupení polyesterové tkaniny v dutině silikon-textilní spojky a následné degradaci výrobku nasáknutím glykolu do tkaniny. Následuje zakládání silikonové textilie na střed podložného silikonového pásku (viz obr. 2.15) a poté slabé válečkování po celé délce založené přípravy, aby nedošlo k viditelnému protlačení textilní výztuhy (např. polyesterové tkaniny) do blízkosti přípravného trnu (viz obr. 2.16). V dalším kroku dochází k navíjení silikonové textilie
1
2 3 4 5
- 27 -
na přípravný trn. Dle parametrů výrobku se navíjí opakovaně na sebe 2 až 5 vrstev silikonové textilie. Poté se navíjí po celé délce silikonové textilie tzv. „bandáž“
(viz obr. 2.17). Tato operace slouží k lepšímu přilnutí jednotlivých vrstev silikonové textilie mezi sebou a zamezení nežádoucích separací mezi vrstvami silikonové textilie.
Pro tuto operaci se používá biaxiálně orientovaná polyethylentereftalátová (BOPET) fólie. Po cca 10 minutách dojde k odvinutí bandáže (viz obr. 2.18).
Obr. 2.15 Zakládání přípravy na kovový trn
Obr. 2.16 Válečkování po celé délce silikonové textilie
- 28 -
Obr. 2.17 Navíjení „bandáže“ po cele délce silikonové textilie
Obr. 2.18 Odvinutí BOPET fólie
- 29 -
Následně dojde k „svlečení“ polotovaru z přípravného trnu a z vnitřní strany se odvine PE fólie. Následuje navlečení polotovaru na tvarový trn upnutý ve svěráku. Před samotným převléknutím polotovaru na tvarový trn je třeba trn potřít vhodným separátem pro snadnější následné sejmutí polotovaru z tvarového trnu po předvulkanizaci. Pro zabránění poškození vnitřní strany polotovaru při převlékání na tvarový trn je třeba vnitřní stranu polotovaru potřít vhodným lubrikačním prostředkem pomocí molitanové houbičky nebo štětce (viz obr. 2.19 a obr. 2.20).
Obr. 2.19 Nanášení separátu na tvarový Obr. 2.20 Navlékání polotovaru na trn tvarový trn
V dalším kroku následuje předvulkanizace v sušárně (viz obr. 2.21) při teplotě TP = 160 °C ± 10 °C po dobu 20 min podle příslušného „Dokumentačního listu výrobku“. Po uplynutí předvulkanizační doby dojde k vyjmutí tvarového trn ze sušárny a následuje ochlazení ve vodní lázni (viz obr. 2.22) a poté svlečení dílu z trnu (viz obr.
2.23).
- 30 -
Obr. 2.21 Předvulkanizace polotovaru v sušárně
Obr. 2.22 Vodní lázeň
- 31 -
Obr. 2.23 Svlečení polotovaru z tvarového trnu
Odstranění nízkomolekulárních těkavých podílů z polymeru a zplodin rozkladu peroxidů, optimalizace fyzikálně-mechanických vlastností výrobků (zejména trvalé deformace) a jejich rozměrová stabilizace je zajištěna dovulkanizací, která probíhá v dovulkanizační peci (viz obr. 2.24) při teplotě TD = 180 °C ± 10°C po dobu 8 hod podle příslušného „Dokumentačního listu výrobku“ /1/.
Obr. 2.24 Dovulkanizační stojan s výrobky v peci
- 32 - 2.4.4 DOKONČOVACÍ OPERACE
Po dovulkanizaci je už polotovar zbaven těkavých látek a zplodin z rozkladu peroxidů a došlo k rozměrové stabilizaci výrobků. Při technologické operaci opracování, je třeba docílit požadovaného finálního rozměru dílu za pomocí odlamovacích nožů nebo skalpelů bez vzniku otřepů. Pracovník na pozici opracování změří a označí délku výrobku či délku ramen v měřícím přípravku (viz obr. 2.25), popřípadě ocelovým metrem. Následně daný polotovar podle předešlého značení opracuje (uřízne), viz obr. 2.26.
Obr. 2.25 Měřící přípravek pro označení délky výrobku
Obr. 2.26 Opracování polotovaru
- 33 -
Další dokončovací operací při výrobě silikon-textilní spojky je značení, kde dle požadavků zákazníka dojde k popsání výrobku měsícem a rokem výroby, číslem výrobku, logem výrobce a zákazníka, značkou směsi, označením umístění hadicové spony atd., vše dle požadavků zákazníka. Technologie značení je dvojího druhu:
tampoprintové a laserové (viz obr. 2.27).
Obr. 2.27 Laserové značení /3/
Poslední operací při výrobě silikon-textilní spojky je výstupní kontrola, jenž je spojená s dodatečnými operacemi. Kontrolou prochází všechny silikon-textilní spojky a zkontrolují se vzhledové vady, to znamená, zda není na výrobku povrchová prasklina či bublina (viz obr. 2.28). Také se kontrolují možné separace mezi vrstvami, které jsou nežádoucí nebo zaříznutí pásky při bandáži (viz obr. 2.29). Nakonec je zkontrolováno správné označení silikon-textilní spojky. Pokud je na výrobku objevena vada, která výrobek nijak neznehodnocuje, provede se její odstranění (např. drobné zašpinění).
V případě výskytu neodstranitelné vady, např. povrchové vady atd. je siliko-textilní spojka vyřazena z výrobního cyklu. Nakonec je silikon-textilní spojka zabalena dle požadavků zákazníka podle balícího předpisu a expedována. Tím je ukončen výrobní proces silikon-textilní spojky.
- 34 -
Obr. 2.28 Vada na výrobku – povrchová bublina
Obr. 2.29 Vada na výrobku – zaříznutá „bandáž“
- 35 -
3 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST
V experimentální části bakalářské práce byly zvoleny 4 druhy silikonových směsí ke zkoušení a porovnání jejich chemických a fyzikálně-mechanických vlastností (dvě nové a dvě stávající, viz tab. 3.1). První dvě byly vybrány ze směsí aktuálně používaných ve firmě Sico Rubena s.r.o. (označeny A a B, směs A je míchána na základě receptury ve firmě Sico Rubena s.r.o., směs B je dodávána firmou Dow Corning GmbH.). Jako třetí byla použita směs vhodná k výrobě silikon-textilních spojek nabízená firmou Momentive Performance Materials Inc (označení C). Čtvrtá směs (označení D) byla vybrána na základě vývoje oddělením technologie a chemie ve firmě Sico Rubena s.r.o., kde je míchána z komponent dodávaných firmou Wacker Chemie AG.
Tab. 3.1 Charakteristika silikonových směsí
Označení
směsi Poznámka Dodavatel VMQ Recept / kaučuková směs
A
aktuálně používaná směs - míchána v Sico Rubena s.r.o.
Bleustar Silicones France
SAS.
silikonový kaučuk MF 8160 (26,5 kg) + MF 8170 (13,5 kg) +
MF 670 (10 kg);
perkadox PD-50SPS (0,75 kg);
stabilizátor R (0,75 kg);
modré barvivo (2,9 kg) B
aktuálně používaná směs - nakupována
od dodavatele
Dow Corning GmbH.
S 3264/E BLUE (obchodní označení směsi)
C směs od dodavatele
Momentive Performance Materials Inc.
LP65A BLUE 79 (obchodní označení směsi)
D směs navržena v Sico Rubena s.r.o.
Wacker Chemie AG.
silikonový kaučuk R401/70 S (35kg) + 701/80 OH (15kg);
perkadox PD-50SPS (0,75 kg);
stabilizátor R(0,85 kg);
modré barvivo (2,9 kg)
- 36 -
Samotné zkoušení chemických a fyzikálně-mechanických vlastností bylo rozděleno do dvou skupin. První druh zkoušek byl prováděn na tělesech připravených z vybraných směsí a druhý typ již na hotových výrobcích (dílech). Na zkušebních tělesech připravených z příslušné směsi byla prováděna analýza následujících vlastností:
stanovení hustoty směsi dle ČSN 62 1405, stanovení účinku kapaliny dle ČSN EN ISO 1817, stanovení tvrdosti směsi dle ČSN ISO 7619-1, stanovení trvalé deformace v tlaku dle ČSN ISO 815 a tahových vlastností dle ČSN ISO 37. Vlastnosti silikon-textilního spojovacího prvku byly stanoveny a hodnoceny dle následujících norem: zkouška hydrostatickým tlakem dle ČSN EN ISO 1402, zkouška únavy pulzujícím tlakem a měření adheze mezi textilií a směsí dle předpisů firmy Sico Rubena s.r.o. Všechny použité metody by měly pomoci vyhodnotit jak užitné vlastnosti směsí, tak vlastnosti spojovacího prvku. Jako kritérium pro vhodnost dané směsi byly použity požadavky na směsi a výrobky dle interních předpisů firmy Sico Rubena s.r.o. (viz tab. 3.2). Důvodem tohoto rozhodnutí bylo, že požadavky na směsi a výrobky firmy Sico Rubena s.r.o. se ve většině případů shodují s požadavky předních světových výrobců na silikon-textilní spojky a snahou firmy Sico Rubena s.r.o. je se na tyto trhy prosadit.
Vybrané vlastnosti silikonových směsí jsou hodnoceny nejen za standardních podmínek 23/50, ale s ohledem na jejich aplikace také za zvýšených teplot, kterým jsou vystaveny předepsanou dobu a za podmínek, kdy byly vystaveny účinku kapaliny.
Kapaliny mohou mít za následek změny fyzikálních a chemických vlastností silikonové směsi a tudíž změny jejich pevnosti v tahu, tažnosti a tvrdosti silikonové směsi, takže měření těchto vlastností po působení kapaliny na silikon je rovněž důležité. Je třeba upozornit také na skutečnost, že přestože v některých ohledech mohou tyto zkoušky simulovat provozní podmínky, nelze předpokládat přímou souvislost s chováním za provozu.
- 37 -
Tab. 3.2 Požadované vlastnosti silikonových směsí pro výrobu silikon-textilních spojek podmínky kondicionování vlastnosti předpis požadavek na
výsledné hodnoty
teplota [°C]
čas
[dny] médium hustota ČSN 62 1405 1,25 - 1,35 [g/ cm3]
standardní prostředí 23/50 účinek kapaliny ČSN ISO 1817 změna hmotnosti a
objemu do +/- 5%
tvrdost Shore A ČSN ISO 7619-1
65 - 75 Shore A standardní prostředí 23/50 změna 0 : 6 Shore A 200 21 vzduch změna 0 : 10 Shore A 220 21 vzduch
změna -/+ 5 Shore A 115 21
75 % Paraflu + 25 % destilované
vody trvalá
deformace v tlaku
ČSN ISO 815-1
< 30 % 150 7 vzduch
< 35 % 175 7 vzduch
pevnost v tahu ČSN ISO 37
min. 8 MPa standardní prostředí 23/50
< 20 % 200 21 vzduch
< 30 % 220 21 vzduch
< 35 % 115 21
75 % Paraflu + 25 % destilované
vody
tažnost ČSN ISO 37
min. 200 % standardní prostředí 23/50
< 30 % 200 21 vzduch
< 50 % 220 21 vzduch
< 30 % 115 21
75 % Paraflu + 25 % destilované
vody
- 38 -
3.1 STANOVENÍ VLASTNOSTÍ SILIKONOVÉ SMĚSI (VMQ)
3.1.1 STANOVENÍ HUSTOTY SMĚSIHustota je definována jako hmotnost tělesa dělená jeho objemem. Hustota umožňuje zjistit rozdíl ve složení směsi, způsobený např. při navažování složek a rozdíly při míchání silikonové směsi. Měření hustoty lze užít jako jednoduchou a přitom účinnou metodu ke kontrole kvality jednotlivých šarží silikonových směsí /2/.
Zkouška stanovení hustoty směsi (v souladu s ČSN 62 1405, metoda A) byla provedena na měřícím zařízení Densitron 2000, které pracuje na principu vážení vzorků na vzduchu a v destilované vodě (imerzní kapalině, která nezpůsobí botnání kaučuku).
Z těchto vah se automaticky vypočítává hustota na 3 desetinná místa s přesností +/- 0,5% podle rovnice (3.1) /6/.
kde je: ρ hustota směsi [g/cm3]
m2 hmotnost držáku se vzorkem na vzduchu [g]
m1 hmotnost držáku na vzduchu [g]
m3 hmotnost držáku se vzorkem ve vodě [g]
m4 hmotnost držáku ve vodě [g]
ρ1 hustota destilované vody [g/cm3]
Zkušební těleso má tvar kotouče o průměru 36 mm lisovaného ve formě nebo vyseknutého ze zesílené části zvulkanizované desky. Dále musí mít hladký povrch bez trhlin a nečistot. Pro daný druh zkoušky se používají od každé směsi dvě zkušební tělesa, která se zváží na vzduchu s přesností na 1 mg a poté se vážení opakuje se zkušebním vzorkem ponořeným v destilované vodě při standardní teplotě (23 +/- 2 °C) . Vzduchové bubliny ulpělé na zkušebním vzorku se odstraní a stanoví se hmotnost na nejbližší mg, přičemž se sleduje ukazatel vah po několik sekund, aby nedocházelo k jeho pohybu v důsledku konvenčního proudění /13/.
- 39 -
Aby zkouška byla považována za vyhovující, musí být hustota směsi v intervalu od 1,25 do 1,35 g/ cm3 (viz tab. 3.2) a v takovém případě výrobek splňuje požadavky kladené na hodnotu hustoty směsi dle /13/. Naměřené hodnoty hustoty jsou pro použité silikonové směsi uvedeny v tab. 3.3.
Tab. 3.3 Hustota silikonových směsí kaučuku
Silikonová směs
Vzorek A
Výsledek
B
Výsledek
C
Výsledek
D
Výsledek
ρ [g/ cm3 ] 1 1,292 + 1,315 + 1,233 - 1,260 +
2 1,274 + 1,306 + 1,238 - 1,253 +
Ø 1,28 ± 0,01 + 1,31 ± 0,01 + 1,24±0,01 - 1,26±0,01 +
Poznámka: výsledek vyhovuje (+), nevyhovuje (-) požadavkům
3.1.2 STANOVENÍ ÚČINKU KAPALINY
Působení kapaliny na silikonový kaučuk (ale také pryž nebo termoplastický elastomer) se projeví absorpcí kapaliny silikonem, extrakcí rozpustných složek ze silikonu a chemickou reakcí kapaliny se silikonem. Následkem působení kapalin na silikon jsou jejich hmotnostní a objemové změny, ale také změny fyzikálních a chemických vlastností. Vliv kapaliny může záviset na povaze a velikosti napětí v materiálu. Proto se účinek kapaliny posuzuje u zkušebních těles bez napětí v souladu s ČSN ISO 1817.
Pro zkoušku byla v souladu s podnikovými předpisy použita směs 75% Paraflu + 25%
destilované vody. Zkušební těleso mělo objem v rozmezí 1 – 3 cm3. Pro zkoušku se použila tři zkušební tělesa, která se před ponořením do kapaliny označila /7/. Tělesa byla ponořená do zkušební kapaliny 21 dní při teplotě Tk3 = 115 °C /13/. Po ponoření do zkušební kapaliny byly sledovány změny hmotnosti (botnání hmotnostní) a objemu (botnání objemové). Zkušební těleso se zvážilo při standardní teplotě před ponořením a po ponoření a z rovnice (3.2) se stanovila procentuální změna hmotnosti Δm100.
- 40 -
kde je: Δm100 změna hmotnosti vzorku [%]
mi hmotnost vzorku po působení kapaliny [g]
mo počáteční .hmotnost vzorku [g]
Při stanovení procentuální změny objemu ΔV100 se zkušební těleso zvážilo při standardní teplotě na vzduchu a poté v destilované vodě. Takto zvážené vzorky se vložily do zkušební kapaliny. Po uplynutí předepsané zkušební doby se vzorky znovu zvážily na vzduchu a v destilované vodě při standardní teplotě. Změna objemu ΔV100
byla stanovena rovnice (3.3). Zkoušky lze považovat za vyhovující, když těleso změní svoji hmotnost a objem maximálně o 5% (viz tab. 3.2). Naměřené hodnoty jsou uvedeny v tab. 3.4 a tab. 3.5.
kde je: ΔV100 změna objemu vzorku [%]
m5 počáteční .hmotnost vzorku na vzduchu [g]
m6 počáteční .hmotnost vzorku v destilované vodě [g]
m7 hmotnost vzorku na vzduchu po působení kapaliny [g]
m8 .hmotnost vzorku v destilované vodě po působení kapaliny [g]
Tab. 3.4 Změny hmotnosti silikonové směsi při účinku kapaliny Silikonová směs
Vzorek A
Výsledek
B
Výsledek
C
Výsledek
D
Výsledek
Δm100
[%]
1 4,2 + 2,5 + 0,5 + -2,0 +
2 4,3 + 2,0 + 0,1 + -2,4 +
3 4,6 + 2,6 + 0,2 + -1,2 +
Ø 4,4 ± 0,2 + 2,4 ± 0,4 + 0,3 ± 0,2 + -1,9 ± 0,7 + Poznámka: výsledek vyhovuje (+), nevyhovuje (-) požadavkům
- 41 -
Tab. 3.5 Změna objemu silikonové směsi při účinku kapaliny Silikonová směs
Vzorek A
Výsledek
B
Výsledek
C
Výsledek
D
Výsledek
ΔV100
[%]
1 0,1 + 2,8 + -0,1 + -2,9 +
2 0,9 + 2,7 + 0,5 + -1,9 +
3 0,6 + 1,8 + 0,6 + -2,6 +
Ø 0,5 ± 0,4 + 2,4 ± 0,6 + 0,3 ± 0,4 + -2,5 ± 0,6 + Poznámka: výsledek vyhovuje (+), nevyhovuje (-) požadavkům
3.1.3 STANOVENÍ TVRDOSTI SMĚSI
Podstatou zkoušky dle ČSN ISO 7619-1 je měření hloubky vtlačení specifikovaného hrotu vtlačovaného do materiálu za stanovených podmínek. Zkušební těleso má tvar kotouče o průměru 36 mm. Nejmenší přípustná tloušťka je 6 mm. Vzdálenost měřících míst navzájem musí být minimálně 5 mm, vzdálenost od hrany zkušebního tělesa musí být minimálně 13 mm. Zkušební těleso se umístí na hladkou podložku tvrdoměru a tvrdoměr se přiloží v kolmém směru tak, aby se opěrná patka dotýkala tělesa a byla se zkušebním tělesem v pevném kontaktu. Měření tvrdosti se provádí nejméně na třech různých místech tak, aby byly dodrženy definované vzdálenosti. Tvrdost se odečítá na stupnici přístroje po uplynutí 3 s. Měřícím zařízením je Digi Test II/Bareiss (viz obr. 3.1), které používá zkušební hrot tvrdoměru typu A (viz obr. 3.2). Pro daný druh zkoušky se použilo od každé směsi jedno zkušební těleso /8/.
Aby zkouška byla považována za vyhovující, musí být tvrdost v intervalu od 65 do 75 Shore A a v takovém případě výrobek splňuje požadavky kladené na hodnotu tvrdosti dle /13/. Tato zkouška je také prováděna na zkušebních tělesech podrobených kondicionování (viz tab. 3.2). Na tělesech měřených po kondicionování je povolená změna tvrdosti takto: na vzduchu při teplotě Tk2 = 200 °C po dobu 21 dní → 0 až 6 Shore A, na vzduchu při teplotě Tk2 = 220 °C po dobu 21 dní → 0 až 10 Shore A a ve směsi (75% Paraflu + 25% destilované vody) při teplotě Tk3 = 115 °C po dobu 21 dní → +/- 5 Shore A dle /13/. Měřené hodnoty tvrdosti jsou uvedeny v tab. 3.6 a tab. 3.7.
- 42 -
Obr. 3.1 Tvrdoměr Shore - Digi Test II/Bareiss /1/
Obr. 3.2 Zkušební hrot tvrdoměru typu A /8/
1 – opěrná patka, 2 – zkušební hrot
- 43 - Tab. 3.6 Tvrdost Shore A silikonové směsi
Silikonová směs
Vzorek A
Výsledek
B
Výsledek
C
Výsledek
D
Výsledek
Shore A
1 70,1 + 70,7 + 69,3 + 69,8 +
2 70,3 + 70,7 + 69,3 + 70,0 +
3 70,1 + 70,6 + 68,6 + 70,3 +
Ø 70,2 ± 0,1 + 70,7 ± 0,1 + 69,1 ± 0,5 + 70 ± 0,3 + Poznámka: výsledek vyhovuje (+), nevyhovuje (-) požadavkům
Tab. 3.7 Tvrdost Shore A silikonové směsi po kondicionování Silikonová směs
Vzorek A B C D
Kondiciování
Shore A
1 73,2 74,1 73,3 75,7
200 °C / 21 dní na vzduchu
2 73,2 74,6 73,6 75,6
3 73,3 74,1 73,2 75,3
Ø 73,2 ± 0,1 74,3 ± 0,3 73,4 ± 0,2 75,5 ± 0,2
1 75,5 77,1 75,0 76,7
220 °C / 21 dní na vzduchu
2 75,4 77,1 75,0 76,5
3 74,9 77,2 75,6 76,1
Ø 75,3 ± 0,4 77,1 ± 0,1 75,2 ± 0,4 76,4 ± 0,3
1 67,7 68,9 69,2 71,6
115 °C / 21 dní směs kapalin
2 67,5 68,6 68,6 72,2
3 67,4 68,6 68,8 72,1
Ø 67,5 ± 0,2 68,7 ± 0,2 68,9 ± 0,3 72,0 ± 0,4
- 44 -
Tab. 3.8 Změna tvrdosti Shore A silikonové směsi po kondicionování Silikonová směs
Vzorek A
Výsledek
B
Výsledek
C
Výsledek
D
Výsledek Kondiciování
Změna tvrdosti Shore A
1 3,0 + 3,4 + 4,2 + 5,7 +
200 °C / 21 dní na vzduchu
2 3,0 + 3,9 + 4,5 + 5,6 +
3 3,1 + 3,4 + 4,1 + 5,3 +
Ø 3,0 ± 0,1 + 3,6 ± 0,3 + 4,3 ± 0,2 + 5,5 ± 0,2 +
1 5,3 + 6,4 + 5,9 + 6,7 +
220 °C / 21 dní na vzduchu
2 5,2 + 6,4 + 5,9 + 6,5 +
3 4,7 + 6,5 + 6,5 + 6,1 +
Ø 5,1 ± 0,4 + 6,4 ± 0,1 + 6,1 ± 0,4 + 6,4 ± 0,3 +
1 -2,5 + -1,8 + 0,1 + 1,6 +
115 °C / 21 dní směs kapalin
2 -2,7 + -2,1 + -0,5 + 2,2 +
3 -2,8 + -2,1 + -0,3 + 2,1 +
Ø -2,7 ± 0,2 + -2,0 ± 0,2 + -0,2 ± 0,3 + 2 ± 0,4 + Poznámka: výsledek vyhovuje (+), nevyhovuje (-) požadavkům
3.1.4 STANOVENÍ TRVALÉ DEFORMACE V TLAKU
Trvalá deformace v tlaku je ukazatel, který je velmi často používán pro posouzení chování silikonových výrobků při dlouhodobě deformované aplikaci za různých teplotních podmínek. Podstatou zkoušky stanovení trvalé deformace v tlaku je, že zkušební těleso předepsaných rozměrů je stlačeno na stanovenou deformaci, která je po stanovenou dobu při dané teplotě udržována. Po uvolnění deformace a zotavení při daných podmínkách, se stanoví změna výšky zkušebních těles. Je-li silikonová směs ve stlačeném stavu, mohou nastat fyzikální nebo chemické změny, bránící po zrušení deformačních sil návratu silikonové směsi do původního rozměru. Zkušebním tělesem v tomto případě je váleček o Ø 29 mm + 0,5 mm a tloušťce 12,5 + 0,5 mm. Pro silikonové kaučuky o tvrdosti do Shore A = 80 se používá konstantní deformace 25 %.
Po uplynutí předepsané doby trvání zkoušky se stlačovací přípravek vyjme ze sušárny,
