Войти
Силиконовый каучук - это эластомер (резиноподобный материал), состоящий из силикона - сам по себе полимер - содержащий кремний вместе с углеродом, водородом и кислородом. Силиконовые каучуки широко используются в промышленности и имеют множество составов. Силиконовые каучуки часто представляют собой одно- или двухкомпонентные полимеры и могут содержать наполнители для улучшения свойств или снижения стоимости. Силиконовый каучук, как правило, не реагирует, стабилен и устойчив к экстремальным условиям окружающей среды и температурам от -55 до 300 ° C (от -67 до 572 ° F), сохраняя при этом свои полезные свойства. Благодаря этим свойствам и простоте изготовления и формования силиконовый каучук можно найти в широком спектре продуктов, включая: изоляторы линий напряжения, автомобильные приложения; продукты для приготовления, выпечки и хранения продуктов; одежда, такая как нижнее белье, спортивная одежда и обувь; электроника; медицинские приборы и имплантаты; и в домашнем ремонте и оборудовании с такими продуктами, как силиконовые герметики.
В неотвержденном виде Состояние, силиконовый каучук представляет собой гель или жидкость с высокой адгезией. Чтобы превратиться в твердое вещество, оно должно быть отвержденным, вулканизированным или катализированным. Обычно это выполняется в виде двухэтапного процесса на этапе производства для придания желаемой формы, а затем в ходе длительного процесса постотверждения. Он также может быть литым под давлением.
Силиконовый каучук может быть отвержден с помощью платиновой -катализируемой системы отверждения, системы отверждения конденсацией, системы отверждения пероксидом или оксим система лечения. Для системы отверждения, катализируемой платиной, процесс отверждения можно ускорить за счет добавления тепла или давления.
В системе отверждения силикона на основе платины, также называемой системой присоединения (поскольку ключевым полимером, вызывающим реакцию, является реакция присоединения ), гидрид - и винил -функциональный силоксановый полимер реагируют в присутствии катализатора платинового комплексного с образованием этил мостик между ними. В реакции нет побочных продуктов. Такие силиконовые каучуки отверждаются быстро, хотя скорость или даже способность к отверждению легко подавляется в присутствии элементарного олова, серы и многих соединений амина.
Системы конденсационного отверждения могут быть однокомпонентными или двухкомпонентными. В однокомпонентной системе или системе RTV (вулканизации при комнатной температуре), сшивающий агент , подверженный воздействию окружающей влажности (т.е. воды), подвергается стадии гидролиза и остается с гидроксильная или силанольная группа. Силанол далее конденсируется с другой гидролизуемой группой на полимере или сшивающем агенте и продолжается до полного отверждения системы. Такая система отверждается сама по себе при комнатной температуре и (в отличие от системы аддитивного отверждения на основе платины) ее нелегко подавить при контакте с другими химическими веществами, хотя на процесс может повлиять контакт с некоторыми пластиками или металлами и может не произойти. вообще при контакте с уже затвердевшими силиконовыми компаундами. Сшивающие агенты, используемые в системах отверждения конденсацией, обычно представляют собой алкокси, ацетокси, сложноэфирные, енокси или оксимсиланы, такие как метилтриметоксисилан для систем отверждения алкокси и метилтриацетоксисилан для систем отверждения ацетокси. Во многих случаях добавляется дополнительный катализатор конденсации, чтобы полностью отвердить систему RTV и получить нелипкую поверхность. Органотитанатные катализаторы, такие как тетраалкоксититанаты или хелатные титанаты, используются в системах, отвержденных алкоксигруппой. Оловянные катализаторы, такие как дибутилоловодилаурат (DBTDL), можно использовать в системах, отвержденных оксимом и ацетоксигруппой. Ацетокси конденсация олова - это один из старейших химикатов отверждения, используемых для отверждения силиконового каучука, и тот, который используется в бытовой ванной герметик. В зависимости от типа отщепленной молекулы можно классифицировать силиконовые системы как кислотные, нейтральные или щелочные.
Обзор наиболее часто используемых силиконовых систем Двухкомпонентные системы конденсации объединяют сшивающий агент и катализатор конденсации в одной части, в то время как полимер и любые наполнители или пигменты находятся во второй части. Смешивание двух частей вызывает отверждение.
После полного отверждения конденсационные системы эффективны в качестве герметиков и герметиков в сантехнике и строительстве, а также в качестве форм для литья полиуретана, эпоксидных и полиэфирных смол, восков, гипса и металлов с низкой температурой плавления, таких как свинец. Обычно они очень гибкие и обладают высокой прочностью на разрыв. Они не требуют использования разделительного агента, поскольку силиконы обладают антипригарными свойствами.
Отверждение перекисью широко используется для отверждения силиконового каучука. В процессе отверждения остаются побочные продукты, которые могут быть проблемой при контакте с пищевыми продуктами и в медицинских целях. Однако эти продукты обычно обрабатывают в печи постотверждения, что значительно снижает содержание продуктов разложения пероксида. Один из двух основных используемых органических пероксидов, дикумилпероксид (сравните гидропероксид кумола ), имеет основные продукты распада ацетофенона и фенил-2-пропанола. Другой - дихлорбензоилпероксид, основными продуктами распада которого являются дихлорбензойная кислота и дихлорбензол.
Сшивка органическими пероксидами Первые силиконовые эластомеры были разработаны в поисках для лучших изоляционных материалов для электродвигателей и генераторов. Стекловолокно, пропитанное смолой, было в то время самым современным материалом. Стекло было очень термостойким, но фенольные смолы не выдерживали более высоких температур, которые встречаются в новых электродвигателях меньшего размера. Химики из Corning Glass и General Electric исследовали термостойкие материалы для использования в качестве смолистых связующих, когда они синтезировали первые силиконовые полимеры, продемонстрировали, что они работают хорошо, и нашли способ их производства. коммерчески.
Термин «силикон» на самом деле неправильный. Суффикс -one используется химиками для обозначения вещества с атомом кислорода с двойной связью в его основной цепи. Когда впервые было обнаружено, что силикон ошибочно считал, что атомы кислорода связаны таким образом. Технически правильным термином для различных силиконовых каучуков является полисилоксаны или полидиметилсилоксаны.
Corning Glass в совместном предприятии с Dow Chemical, образованном Dow Corning В 1943 году изготовили этот новый класс материалов. Поскольку уникальные свойства новых силиконовых продуктов были изучены более подробно, была предусмотрена их возможность для более широкого использования, и GE открыла собственный завод по производству силиконов в 1947 году. GE Silicones была продана в 2006 году. Wacker Chemie также начал производство силиконов в Европе в 1947 году. Японская компания Shin-Etsu Chemical начала массовое производство силикона в 1953 году.
Силиконовый каучук обладает хорошей стойкостью. до экстремальных температур, возможность нормальной работы от −100 до 300 ° C (от −148 до 572 ° F). Силиконовый каучук имеет низкую прочность на разрыв, плохие свойства износостойкости. Некоторые свойства, такие как удлинение, ползучесть, прочность на разрыв, остаточная деформация при сжатии, диэлектрическая прочность (при высоком напряжении), теплопроводность, огнестойкость и в некоторых случаях прочность на разрыв при экстремальных температурах могут быть - при экстремальных температурах - намного выше, чем у органических каучуков в целом, хотя некоторые из эти свойства все еще ниже, чем у некоторых специальных материалов. Силиконовый каучук является предпочтительным материалом в промышленности, когда требуется сохранение первоначальной формы и механической прочности при высоких тепловых нагрузках или минусовых температурах. Органический каучук имеет углеродно-углеродную основу, что может сделать его восприимчивым до озона, UV, тепла и других факторов старения, которые силиконовая резина может хорошо противостоять. Это делает силиконовый каучук одним из предпочтительных эластомеров во многих экстремальных условиях. Силикон значительно более проницаем для газов, чем большинство других каучуков, что ограничивает его использование в некоторых областях.
Силиконовый каучук очень инертен, не вступает в реакцию с большинством химикатов и не может участвовать в биологических процессах, что позволяет использовать его во многих медицинских областях, включая медицинские имплантаты. Он биосовместим, гипоаллергенен, что делает его пригодным для продуктов по уходу за детьми и для контакта с пищевыми продуктами в целом. Силиконовый каучук является надежным решением (в отличие от каучука и термопластичных эластомеров ) для проблем миграции или взаимодействия между основными активными ингредиентами. Его химическая стабильность предотвращает его воздействие на любой субстрат, с которым он контактирует (кожа, вода, кровь, активные ингредиенты и т. Д.).
| Свойство | Значение |
|---|---|
| Внешний вид | |
| Твердость, Shore A | 25–90 |
| Предел прочности при растяжении | 1,400–10,300 кПа (200–1,500 фунтов на кв. Дюйм) |
| Удлинение после разрушения в% | ≥ 700% максимальная |
| Плотность | Может быть составлена от 0,95 до более 1,20 г / см |
Для производства силикона атомы кремния должны быть изолированы от соединения диоксида кремния кремнезем. Это достигается путем нагревания больших объемов кварцевого песка до чрезвычайно высоких температур, часто до 1800 ° C. Отсюда есть несколько процессов, в которых кремний соединяется с хлористым метилом и нагревается. Затем он перегоняется в полимеризованный силоксан, известный как полидиметилсилоксан. Затем полидиметилсилоксан может быть полимеризован. Это делается с использованием различных методов в зависимости от использования конечного продукта. Неочищенное силиконовое соединение затем часто объединяют с пигментами, любыми необходимыми добавками и объединяют с катализатором для литья под давлением или экструзии. Отверждение - завершающий этап производственного процесса.
Цепь из силиконового каучука Полисилоксаны отличаются от других полимеров тем, что их основная цепь состоит из звеньев Si – O – Si, в отличие от многих других полимеров, которые содержат углеродные скелеты. Полисилоксан очень гибок из-за больших углов и длин связей по сравнению с теми, которые содержатся в более основных полимерах, таких как полиэтилен. Например, звено основной цепи C – C имеет длину связи 1,54 Å и угол связи 112 °, тогда как звено основной цепи силоксана Si-O имеет длину связи 1,63 Å и валентный угол 130 °.
Повторяющийся элемент силиконового каучука Силоксановая основная цепь является более гибким полимером, чем основная углеродная цепь, поскольку боковые группы расположены дальше друг от друга. Полимерные сегменты могут двигаться дальше и легко менять форму, что делает материал гибким. Полисилоксаны, как правило, более стабильны и менее химически активны, поскольку для разрыва связи кремний-кислород требуется больше энергии. Хотя кремний является родственным углеродом, имеющим такую же конфигурацию электронных связей, кремниевые аналоги углеродных соединений обычно проявляют разные свойства. Разница в общем заряде и массе между углеродом с 6 протонами и 6 нейтронами и кремнием с 14 протонами и 14 нейтронами вызывает дополнительный слой электронов, и их экранирующий эффект изменяет электроотрицательность между двумя элементами. Например, связь кремний-кислород в полисилоксанах значительно более стабильна, чем связь углерод-кислород в полиоксиметилене, структурно подобном полимере. Разница частично объясняется более высокой энергией связи, энергией, необходимой для разрыва связи Si-O, а также тем, что полиоксиметилен разлагает формальдегид, который является летучим и не способствует ускорению разложения, но содержащие Si продукты разложения силикона менее летучие.
| Механические свойства | (Polymax 2005) |
|---|---|
| Твердость, по Шору A | 10–90 |
| Предел прочности на разрыв | 11 Н / мм |
| Относительное удлинение при разрыве | 100–1100% |
| Максимальная температура | 300 ° C |
| Минимальная температура | -120 ° C |
Существует множество специальных сортов и форм силиконового каучука, в том числе: паростойкость,, обнаруживаемый металл, высокая прочность на разрыв, экстремально высокая температура, экстремально низкая температура, электропроводность, химический / маслостойкий / кислотный / газовый, с низким уровнем дымообразования и огнестойкий. В силиконовой резине можно использовать различные наполнители, хотя большинство из них не армируют и имеют более низкий предел прочности на разрыв ..
Силиконовый каучук доступен с различными уровнями твердости, выраженными как Shore A или IRHD от 10 до 100, причем большее число означает более твердое соединение. Он также доступен практически в любом цвете и может быть подобран по цвету.
Жидкий силиконовый каучук 
Кисточка для кондитерских изделий из силиконового каучука. После смешивания и окрашивания силиконовый каучук можно экструдировать в трубки, полосы, твердый шнур или нестандартные профили в соответствии со спецификациями производителя. Шнур можно соединить, чтобы получить уплотнительные кольца, а экструдированные профили можно соединить для образования уплотнений. Из силиконового каучука можно придать индивидуальные формы и дизайн. Производители работают над установлением промышленных допусков при экструзии, резке или соединении профилей из силиконовой резины. В Великобритании это BS 3734, самый плотный уровень для экструзии - E1, а самый широкий - E3.
Силиконовый каучук используется в автомобильной промышленности, во многих продуктах для приготовления пищи, выпечки и хранения пищевых продуктов, в одежде, включая нижнее белье, спортивную одежду и обувь, в электронике, в домашнем ремонте и производстве оборудования, а также во многих других областях применения.
Жидкий силиконовый каучук также производится для естествознания (поршни шприцев, крышка для системы дозирования, прокладки для регулятора потока внутривенного введения, респираторные маски, имплантируемые камеры для внутривенного введения), косметические продукты ( Кисть для туши, упаковка для макияжа, аппликатор для макияжа и формы для губной помады) и товары для оптики (круглые линзы, коллиматоры, линзы Френеля и).
Freeze- Устойчивые солнечные водонагревательные панели используют эластичность силикона, чтобы многократно выдерживать расширение воды при замерзании, в то время как его экстремальная устойчивость к температуре поддерживает отсутствие хрупкости при температуре ниже точки замерзания и отличную устойчивость к температурам, превышающим 150 ° C (302 ° F). Его свойство не иметь углеродного каркаса, а химически стойкого кремниевого каркаса, снижает его потенциал в качестве источника пищи для опасных водных бактерий, таких как Legionella.
неокрашенная лента из силиконового каучука с утюгом ( III) добавка оксида (придающая ленте красно-оранжевый цвет) широко используется в авиационной и космической проводке в качестве сращивания или оберточной ленты из-за ее негорючей природы. Добавка оксида железа увеличивает теплопроводность, но не меняет высокие электроизоляционные свойства силиконового каучука. Самоамальгамирующаяся лента этого типа соединяется или плавится сама с собой, так что при натяжении и намотке вокруг кабелей, электрических соединений, шлангов и труб она склеивается в прочный бесшовный резиновый электроизоляционный и водонепроницаемый слой, хотя и не клейкий..
С добавлением углерода или другого проводящего вещества в качестве порошкового наполнителя силиконовый каучук можно сделать электропроводящим, сохранив при этом большинство других своих механических свойств. Таким образом, он используется для гибких контактов, которые замыкаются при нажатии, используется во многих устройствах, таких как компьютерные клавиатуры и трубки дистанционного управления.
В 2007 году силиконовый каучук сформировал матрицу первого автономного самовосстанавливающегося эластомера. Материал на основе микрокапсул был способен восстанавливать почти всю первоначальную прочность на разрыв. Кроме того, этот материал имел улучшенные усталостные свойства, что было оценено с помощью испытания на усталость при кручении.
