Резинка

Силиконовый каучук - это эластомер (резиноподобный материал), состоящий из силикона, который сам по себе является полимером, содержащего 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 -70 до 570 ° F), сохраняя при этом свои полезные свойства. Благодаря этим свойствам, а также простоте изготовления и формования силиконовый каучук можно найти в широком спектре продуктов, включая изоляторы для линий напряжения; автомобильные приложения; продукты для приготовления пищи, выпечки и хранения продуктов; одежда, такая как нижнее белье, спортивная одежда и обувь; электроника; медицинские приборы и имплантаты; и в домашнем ремонте и оборудовании, в таких продуктах, как силиконовые герметики.

Лечение [ править ]

В неотвержденном состоянии силиконовый каучук представляет собой гель или жидкость с высокой адгезией. Чтобы превратиться в твердое вещество, его необходимо отвердить , вулканизировать или катализировать . Обычно это выполняется в двухэтапном процессе на этапе производства для придания желаемой формы, а затем в процессе длительного постотверждения. Он также может быть отлит под давлением .

Силиконовый каучук может быть вылечен с помощью платиновой системы -catalyzed вулканизации, системы отверждения конденсации, в перекиси системы вулканизации, или оксят систему отверждения. Для системы отверждения, катализируемой платиной, процесс отверждения можно ускорить путем добавления тепла или давления.

Система лечения на основе платины [ править ]

В основе платины системы силикона вулканизации, также называется аддитивной системы (так как ключ реакционно-строительный полимер представляет собой реакцию присоединения ), в гидрид - и винилового -функционала силоксан полимер реагирует в присутствии платинового комплекса катализатора, создавая этиловый мост между ними. ^[1] В реакции нет побочных продуктов. Такие силиконовые каучуки отверждаются быстро, хотя скорость или даже способность к отверждению легко замедляется в присутствии элементарного олова , серы и многих соединений аминов . ^[2]

Система конденсации [ править ]

Системы конденсационного отверждения могут быть однокомпонентными или двухкомпонентными . ^[3] В однокомпонентной системе или системе RTV (вулканизации при комнатной температуре) сшивающий агент, подвергающийся воздействию окружающей влажности (например, воды), подвергается стадии гидролиза и остается с гидроксилом или силанолом.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 конденсационного отверждения, 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 для полного отверждения системы RTV и получения нелипкой поверхности.Органотитанатные катализаторы, такие как тетраалкоксититанаты или хелатные титанаты, используются в системах, отвержденных алкоксигруппой. Оловянные катализаторы, такие как дибутилоловодилаурат (DBTDL), могут использоваться в системах, отвержденных оксимом и ацетоксигруппой. Ацетоксите олово конденсация является одним из старейших отверждений химий , используемых для отверждения силиконового каучука, и это одна используется в бытовой ванной затыкает . В зависимости от типа отделенной молекулы силиконовые системы можно разделить на кислотные, нейтральные или щелочные. ^[4]

Двухкомпонентные системы конденсации упаковывают сшивающий агент и катализатор конденсации вместе 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 системы конденсации эффективны в качестве герметиков и герметиков в сантехнике и строительстве, а также в качестве форм для литья полиуретана, эпоксидных и полиэфирных смол, воска, 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.

Система отверждения перекисью [ править ]

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 . ^[5]

История [ править ]

Первые силиконовые эластомеры были разработаны в поисках лучших изоляционных материалов для электродвигателей и генераторов. Стекловолокно, пропитанное смолой, в то время было 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 хорошо работают, и нашли способ их коммерческого производства.

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 правильное название различных силиконовых каучуков - полисилоксаны или полидиметилсилоксаны . ^[2]

Corning Glass в рамках совместного предприятия с Dow Chemical основала Dow Corning в 1943 году для производства материалов этого нового класса. Поскольку уникальные свойства новых силиконовых продуктов были изучены более подробно, предполагалась их возможность более широкого использования, и GE открыла собственный завод по производству силиконов в 1947 году. GE Silicones была продана Momentive Performance Materials в 2006 году. ^[6] Wacker Chemie также начала производство силиконов в Европе в 1947 году. Японская компания Shin-Etsu Chemical начала массовое производство силикона в 1953 году.

Свойства [ править ]

Силиконовый каучук обладает хорошей устойчивостью к экстремальным температурам и может нормально работать при температуре от −100 до 300 ° C (от −150 до 570 ° F). Силиконовый каучук имеет низкую прочность на разрыв, плохие износостойкие свойства. ^[7] Некоторые свойства , такие как удлинение , ползучесть , циклический изгиб , прочность на разрыве , остаточная деформации при сжатии , диэлектрическая прочность (при высоком напряжении), теплопроводность , огнестойкость , а в некоторых случаях Предела прочности на разрывепри экстремальных температурах они могут быть намного лучше органических каучуков в целом, хотя некоторые из этих свойств 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 отрицательных температурах. ^{[8] [9] [10]} Органический каучук имеет углерод-углеродную основу, что делает его чувствительным к озону , ультрафиолетовому излучению , нагреванию и другим факторам старения, которым силиконовый каучук может хорошо противостоять. Это делает силиконовый каучук одним из предпочтительных эластомеров во многих экстремальных условиях. Силикон значительно более проницаемый к газам, чем большинство других каучуков, что ограничивает его использование в некоторых областях.

Силиконовый каучук очень инертен и не вступает в реакцию с большинством химикатов и не может участвовать в биологических процессах, что позволяет использовать его во многих медицинских приложениях, включая медицинские имплантаты . Он биосовместим , гипоаллергенен , что делает его подходящим для продуктов по уходу за детьми и для контакта с пищевыми продуктами в целом. Силиконовый каучук - надежное решение (в отличие от каучука и термопластичных эластомеров ) для проблем миграции или взаимодействия между основными активными ингредиентами. Его химическая стабильность не позволяет ему воздействовать на любой субстрат, с которым он контактирует (кожа, вода, кровь, активные ингредиенты и т. Д.). ^[11]

Имущество	Значение
Появление
Твердость по Шору А	25–90
Напряжение разрушения при растяжении, предельное	1,400–10,300 кПа (200–1,500 фунтов на кв. Дюйм)
Относительное удлинение после разрушения в%	≥ 700% максимум
Плотность	Может смешиваться от 0,95 до более 1,20 г / см 3

Производство [ править ]

Чтобы сделать силикон, атомы кремния должны быть изолированы от диоксида кремния кремнезема . 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 можно полимеризовать . Это делается с использованием различных методов в зависимости от использования конечного продукта. ^[12] Необработанное силиконовое соединение комбинируют с любыми желательными добавками, которые могут включать пигменты и катализатор. Затем он подвергается литью под давлением или экструзии. Отверждение - завершающий этап производственного процесса.

Структура [ править ]

Полисилоксаны отличаются от других полимеров тем, что их основные цепи состоят из звеньев Si – O – Si, в отличие от многих других полимеров, содержащих углеродные основные цепи. 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 валентный угол 112 °, тогда как звено основной цепи силоксана Si-O имеет длину связи 1,63 Å и валентный угол 130 °.

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 имеют тенденцию быть более стабильными и менее химически активными, поскольку для разрыва связи кремний-кислород требуется больше энергии. Несмотря на то, кремний является конгенером углерода, имеющий такую же конфигурацию электронного сцепления, кремниевые аналоги углеродистых соединений обычно обладают различными свойствами. 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 ускользает от ускорения разложения, но содержащие Si продукты разложения силикона менее летучие. ^[13]

Механические свойства	(Polymax 2005) [ необходима ссылка ]
Твердость по шкале А	10–90
Предел прочности	11 Н / мм 2
Относительное удлинение при разрыве	100–1100%
Максимальная температура	300 ° С
Минимальная температура	-120 ° С

Особые оценки [ править ]

Существует много специальных сортов и форм силиконового каучука, в том числе: паростойкий , обнаруживаемый металл, высокая прочность на разрыв, экстремально высокая температура, экстремально низкая температура, электропроводность , химическая / масляная / кислотная / газовая стойкость, низкое выделение дыма и пламя. замедлитель. В силиконовой резине можно использовать различные наполнители, хотя большинство из них не армируют и снижают предел прочности .

Силиконовый каучук доступен с различными уровнями твердости, выраженными как Shore A или IRHD, от 10 до 100, причем большее число означает более твердый состав. Он также доступен практически в любом цвете и может быть подобран по цвету.

Приложения [ править ]

После смешивания и окраски силиконовый каучук можно экструдировать в трубки, полосы, твердый шнур или нестандартные профили в соответствии с размерами, указанными производителем. Шнур можно соединить для образования уплотнительных колец, а экструдированные профили можно соединить для образования уплотнений. Из силиконовой резины можно придать индивидуальную форму и дизайн. Производители работают над установлением отраслевых допусков при экструзии, резке или соединении профилей из силиконовой резины. В Великобритании это BS 3734, самый плотный уровень для экструзий - 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 оборудовании, а также во многих других областях применения.

Жидкий силиконовый каучук также производится для применения в биологических науках (поршни шприцев, крышка для системы дозирования, прокладки для регулятора потока внутривенного введения, респираторные маски, имплантируемые камеры для внутривенного введения), косметических продуктов (кисть для туши, упаковка для макияжа, аппликатор для макияжа. и помада формы) и оптика изделие (круглая линза, коллиматоры , линзы Френеля и свободная форма линза ). ^[14]

Морозостойкие солнечные водонагревательные панели используют эластичность силикона, чтобы многократно выдерживать расширение воды при замерзании, в то время как его экстремальная устойчивость к температуре сохраняет отсутствие хрупкости ниже точки замерзания и отличную устойчивость к температурам, превышающим 150 ° C (300 ° F). ). Его свойство не иметь углеродного каркаса, а химически стойкого кремниевого каркаса, снижает его потенциал в качестве источника пищи для опасных бактерий, передающихся через воду, таких как легионелла .

Неокрашенная лента из силиконового каучука с добавкой оксида железа (III) (придающая ленте красно-оранжевый цвет) широко используется в авиационной и космической проводке в качестве сращивания или обертывания ленты из-за ее негорючей природы. Добавка оксида железа увеличивает теплопроводность, но не изменяет 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, резиновый, электрически изолирующий и водонепроницаемый слой, хотя и не клейкий. Как электрический изолятор, силиконовый каучук обладает дополнительным преимуществом: он остается непроводящим при нагревании, что снижает вероятность неконтролируемого искрения.

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 .

Самовосстановление [ править ]

В 2007 году силиконовый каучук сформировал матрицу первого автономного самовосстанавливающегося эластомера . ^[15] Материал на основе микрокапсул был способен восстановить почти всю первоначальную прочность на разрыв. Кроме того, этот материал имел улучшенные усталостные свойства, что было оценено с помощью испытания на усталость при кручении. ^[16]

См. Также [ править ]

• Литье под давлением жидкого силиконового каучука
• Судебная инженерия
• Судебная полимерная инженерия
• Медицинский силикон
• RTV силикон

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

• Бридсон, Джон (1999) Пластмассовые материалы , Баттерворт, 9-е изд.
• Льюис, PR, Рейнольдс, К. и Гагг, К. (2004) Криминалистическая инженерия материалов: тематические исследования , CRC Press