Силиконовая резина

Неосвещенный кусок жидкой силиконовой резины

Силиконовая резина представляет собой эластомер (резиновый материал), состоящий из силикона -его полимер -содержащий кремний вместе с углеродом , водородом и кислородом . Силиконовые каучуки широко используются в промышленности, и есть несколько составов. Силиконовые каучуки часто представляют собой полимеры с одной или двумя частями и могут содержать наполнители для улучшения свойств или снижения стоимости. Силиконовая резина, как правило, нереактивная, стабильная и устойчивая к экстремальным средам и температурам от -55 до 300 ° C (от -70 до 570 ° F), сохраняя при этом свои полезные свойства. Из -за этих свойств и простоты производства и формирования силиконовой резины можно найти в самых разных продуктах, включая изоляторы линии напряжения; Автомобильные приложения; Приготовление пищи, выпечка и продукты для хранения продуктов; одежда, такая как нижнее белье, спортивная одежда и обувь; электроника; медицинские устройства и имплантаты; и в домашнем ремонте и оборудовании, в таких продуктах, как силиконовые герметики.

Выклятый

В своем неосвещенном состоянии силиконовый резина является высококлетным гелем или жидкостью. Чтобы преобразовать его в твердый, он должен быть вылечен , вулканизирован или катализирован . Обычно это осуществляется в двухэтапном процессе в точке производства в желаемой форме, а затем в длительном процессе после излечения. Это также может быть инъекционным формованным или напечатанным 3D .

Силиконовая резина может быть вылечена с помощью платиновой катализируемой системы лечения, системы лечения конденсации, системы лечения перекиси или системы оксима . Для катализируемой платиной системой излечения процесс отверждения можно ускорить путем добавления тепла или давления.

Система лечения на основе платины

В системе силиконового излечения на основе платины, также называемой системой добавления (поскольку ключевой полимер построения реакции является реакцией добавления ), гидрид -и винилово -функциональный полимер силоксанового полимера в присутствии платинового комплексного катализатора, создавая этил мост между двумя. Реакция не имеет побочных продуктов. Такие силиконовые каучуки быстро обрабатывают, хотя скорость или даже способность лечить легко ингибируется в присутствии элементарного олова , серы и многих аминовых соединений.

Система лечения конденсации

Системы отверждения конденсации могут быть в одной части или двух частях . В системе с одной стороны или RTV (вулканизирующей) RTV ( сшитый сшитый, подвергающийся воздействию влажности окружающей среды (то есть вода), испытывает стадию гидролиза и остается с гидроксильной или силанольной группой. Силанол дополняется с другой гидролизуемой группой на полимере или сшивом сшивании и продолжается до тех пор, пока система не будет полностью излечена. Такая система будет вылечить самостоятельно при комнатной температуре, и (в отличие от системы лечения на основе платины) нелегко ингибируется контактом с другими химическими веществами, хотя на этот процесс может повлиять контакт с некоторыми пластиками или металлами и может не иметь места вообще, если поместимся в контакт с уже закрепленными силиконовыми соединениями. Сшитые сшиватели, используемые в системах лечения конденсации, обычно представляют собой алкокси, ацетокси, эфир, энокси или оксим, такие как метилметокси салон для алкокси-капитальных систем и метил триацетоксизилан для систем с ацетокси. Во многих случаях дополнительный катализатор конденсации добавляется для полного лечения системы RTV и достижения поверхности без привлечения. Органотитанатные катализаторы, такие как Tetraalkoxy Titanates или хелатированные титанаты, используются в алкокси, продуманных системах. Оловянные катализаторы, такие как дибутил-дилаут (DBTDL), могут использоваться в системах оксима и ацетокси. Ацетокси оловянная конденсация является одной из старейших химических исследований Cure, используемых для лечения силиконовой резины, и является той, которая используется в домашней ванной комнате . В зависимости от типа отдельной молекулы, можно классифицировать силиконовые системы как кислые, нейтральные или щелочные.

Обзор наиболее часто используемых силиконовых систем

СИСТЕМЫ КОНДЕНТАЦИИ ДВУГОЙ КОНДЕНДАЦИИ ПУКЦИЯ КОГДА-СВОБОДЫ И КАКАЛИСТ ВОДЕРЬ ВСЕГДА В одной части, в то время как полимер и любые наполнители или пигменты находятся во второй части. Смешивание двух частей приводит к тому, что отверстие происходит. Типичным наполнителем является пугающий кремнезем, также известный как пирогенный кремнезем, который используется для контроля свойств потока герметика.

После полного отверждения системы конденсации эффективны в качестве герметиков и герметиков в сантехнике и строительстве зданий, а также в виде формы для литья полиуретановых, эпоксидных и полиэфирных смол, восков, гипса и металлов с низким содержанием температуры, таких как свинец. Они, как правило, очень гибкие и имеют высокую прочность на разрыв. Они не требуют использования агента высвобождения, поскольку силиконы имеют неприщепленные свойства.

Система лечения пероксида

Отверждение пероксида широко используется для лечения силиконовой резины. Процесс отверждения оставляет побочные продукты, что может быть проблемой в контакте с пищевыми продуктами и медицинским применением. Тем не менее, эти продукты обычно обрабатываются в печи с пост -обработкой, которая значительно снижает содержание продукта по расщеплению пероксида. Один из двух основных используемых органических пероксидов , дикумил-перекись (сравнение смесь-гидропероксида ), имеет основные продукты ацетофенона и фенил-2-пропанол. Другим является дихлорбензоилпероксид, чьи основными продуктами разбивки являются дихлорбензойная кислота и дихлорбензол .

Сшивание органическими пероксидами

История

Первые силиконовые эластомеры были разработаны в поисках лучших изоляционных материалов для электродвигателей и генераторов. Прописываемые смол стеклянные волокна были самыми современными материалами в то время. Стекло было очень устойчивым к тепло, но фенольные смолы не будут выдерживать более высокие температуры, которые встречались в новых меньших электродвигателях. Химики в Corning Glass и General Electric исследули теплостойкие материалы для использования в качестве смолистых связующих, когда они синтезировали первые силиконовые полимеры, продемонстрировали, что они работали хорошо и нашли путь для их коммерческого производства.

Термин «силикон» на самом деле неправильно. Суффикс -один используется химиками для обозначения вещества с двойной связью атома кислорода в основе . При первом обнаружении силикон ошибочно считал, что атомы кислорода были связаны таким образом. Технически правильный термин для различных силиконовых каучуков-это полисилоксаны ( полидиметилсилоксаны являются большим подмножества), относящиеся к насыщенной основе Si-O.

Corning Glass в совместном предприятии с Dow Chemical образовало Dow Corning в 1943 году для получения этого нового класса материалов. Поскольку уникальные свойства новых силиконовых продуктов были изучены более подробно, их потенциал для более широкого использования была предусмотрена, и GE открыла свое собственное растение для производства силиконов в 1947 году. Силиконы GE были проданы для мгновенных материалов в 2006 году. Backer Chemie также начал Производство силиконов в Европе в 1947 году. Японская компания Shin-Etsu Chemical начала массовое производство силикона в 1953 году.

Характеристики

Силиконовая резина обеспечивает хорошую устойчивость к экстремальным температурам, способная работать нормально от -100 до 300 ° C (от -150 до 570 ° F). Силиконовая резина имеет низкую прочность на растяжение, плохой износ износ. Некоторые свойства, такие как удлинение , ползучесть , циклическое сгибание , прочность на разрывы , набор сжатия , диэлектрическая прочность (при высоком напряжении), теплопроводность , пожарная стойкость и в некоторых случаях прочность на растяжение может быть - при экстремальных температурах - лучше, превышающие органические раскром в общем. , хотя некоторые из этих свойств все еще ниже, чем для некоторых специальных материалов. Силиконовая резина является материалом, выбранным в промышленности, когда удержание исходной формы и механической прочности требуются при тяжелом тепловом напряжении или температурах по суб-нулю.

По сравнению с органической резиной

Органическая резина имеет основу из углерода до углерода, которая может оставить ее восприимчивым к озону , ультрафиолетовым , тепловым и другим факторам старения, которые силиконовый резина может выдержать хорошо. Это делает силиконовую резину одним из выбора эластомеров во многих экстремальных условиях. Силикон значительно более проницаемый для газов, чем большинство других каучуков, что ограничивает его использование в некоторых областях.

Силиконовый резин очень инертный и не реагирует с большинством химических веществ и не доступен для участия в биологических процессах, позволяющих использовать его во многих медицинских применениях, включая медицинские имплантаты . Он является биосовместимым , гипоаллергенным , что делает его подходящим для продуктов по уходу за ребенком, и в целом контакт с пищевыми продуктами. Силиконовая резина является надежным раствором (в отличие от резиновых и термопластичных эластомеров ) для задач миграции или взаимодействия между основными активными ингредиентами. Его химическая стабильность не позволяет ему влиять на любой субстрат, с которым он находится в контакте (кожа, вода, кровь, активные ингредиенты и т. Д.).

Свойство	Ценить
Появление
Твердость, берег а	25–90
Стресс от неудачи растягивания, Ultimate	1400–10 300 кПа (200–1500 фунтов на квадратный дюйм)
Удлинение после перелома в %	≥ 700% максимум
Плотность	Может быть составлен от 0,95 до более 1,20 г/см 3

Производство

Чтобы сделать силиконовый, атомы кремния должны быть выделены из кремния диоксида диоксида . Это делается путем нагрева больших объемов кварцевого песка до чрезвычайно высоких температур, часто до 1800 ° C. Отсюда есть несколько процессов, в которых кремний объединяется с метилхлоридом и нагревается. Затем он перегоняется в полимеризованный силоксан, известный как полидиметилсилоксан . Полидиметилсилоксан может быть полимеризовать . Это делается с использованием различных методов в зависимости от использования конечного продукта. Необработанное силиконовое соединение сочетается с любыми желаемыми добавками, которые могут включать пигменты и катализатор. Затем он формируется инъекция , экструдирован или 3D . Прекращение является последним этапом производственного процесса.

Структура

Силиконовая резиновая цепь

Повторная единица силиконовой резины

Полисилоксаны отличаются от других полимеров тем, что их основы состоят из единиц Si -O -SI вместо единиц C - C. Большие углы связи и длины связей делают полисилоксаны более гибкими, чем основные полимеры, такие как полиэтилен . Блок основной цепи AC - C имеет длину связи 1,54 Å, а угол связи 112 °, тогда как у единицы основной цепи Si - O - длины связи 1,63 Å и угол связи 130 °. Полимерные сегменты в полисилоксанах могут двигаться дальше и легко изменить конформацию, создавая гибкий материал. требуется больше энергии Полисилоксаны имеют тенденцию быть более стабильными и менее химически активными, потому что для разрушения связей кремниевого кислорода . Хотя кремний является врождением углерода, имея одинаковую конфигурацию электронов, кремниевые аналоги углеродистых соединений, как правило, обладают различными свойствами. Разница в общем заряде и массе между углеродом с 6 протонами и 6 нейтронами, и кремний с 14 протонами и 14 нейтронами вызывает добавленный слой электронов, и их эффект скрининга изменяет Электроотрицательность между двумя элементами. Например, кремниевый кислородный связь в полисилоксанах значительно более стабильна, чем углерод-кислородной связи в полиоксиметилене , структурно сходном полимере. Разница отчасти обусловлена ​​более высокой энергией связи , энергией, необходимой для разрушения связи Si-O, а также из-за того, что полиоксиметилен разлагается формальдегид , который является летучим и избегает разложения, но содержащие Si-содержащие продукты разложения силикона менее изменчивы.

Механические свойства	(PolyMax 2005)
Твердость, берег а	10–90
Предел прочности	11 Н/мм 2
Удлинение при перерыве	100–1100 %
Максимальная температура	300 ° C.
Минимальная температура	−120 ° C.

Специальные оценки

Существует много специальных сортов и форм силиконовой резины, в том числе: устойчивый к пару , обнаруживаемую металл, высокая прочность на разрывы, экстремальную высокую температуру, экстремальную низкую температуру, электрически проводящую , химическое/нефть/кислотное/газостойкое, излучение с низким содержанием дыма и пламени. отсталый. Разнообразие наполнителей может использоваться в силиконовой резине, хотя большинство из них не являются корректирующими и снижают прочность на растяжение .

Силиконовая резина доступна в диапазоне уровней твердости, выраженных как берег А или Ирхд от 10 до 100, тем более высокое число является более сложным соединением. Он также доступен практически в любом цвете и может быть сопоставлен цветом.

Приложения

Силиконовая резина используется в автомобильных применениях, многих продуктах для приготовления пищи, выпечки и хранения продуктов, одежды, включая нижнее белье, спортивную одежду и обувь, электронику, ремонт дома и оборудование, а также множество невидимых применений. Обычно он обрабатывается и формируется следующими методами.

Экструзия

После смешивания и окрашенного силиконовой резины можно экструдировать в трубки, полосы, твердый шнур или пользовательские профили в соответствии со спецификациями по размеру производителя. Шнур можно соединить, чтобы сделать уплотнительные кольца , а экструдированные профили могут быть соединены для изготовления уплотнений.

Инъекционное формование

Силиконовая резина можно отлить в индивидуальные формы и конструкции. Производители работают над тем, чтобы установить промышленные допуски при вытягивании, разрезании или соединении силиконовых резиновых профилей. В Великобритании это BS 3734, для экстразиций самым жестким уровнем является E1, а самым широким является E3.

3D printing

Силиконовый 3D -печать с опорным материалом

Силиконовая резина может быть 3D-печати (LDM моделирования жидкости) с использованием экструзионных систем насоса. К сожалению, стандартные силиконовые составы оптимизированы для использования с помощью экструзионных и инъекционных формованных машин и не применимы в 3D-печати на основе LDM. Реологическое поведение и срок службы горшка должны быть скорректированы.

3D -печать также требует использования съемного опорного материала, который совместим с силиконовой резиной.

Жидкий силиконовый каучук также производится для применений в области науки о жизни (шпримонья, закрытие системы дозирования, прокладки для регулятора потока IV, дыхательные маски, имплантируемые камеры для введения IV), косметические продукты (щетка для туши, упаковку для макияжа, аппликатор макияжа и формы для помады) и оптические продукты (круглые линзы, коллиматоры , линзы Френеля и линзы свободной формы ).

Силиконовая резиновая кондитерская щетка.

Замораживающие солнечные панели, нагревающие воду, эксплуатают эластичность силикона, чтобы неоднократно приспособиться к расширению воды при замораживании, в то время как его экстремальная толерантность к температуре поддерживает недостаток хрустальности ниже нуля и превосходного допуска температуры в избыточном ) Его свойство отсутствия углеродного костяка, но вместо этого химически надежная кремниевая магистраль, уменьшает свой потенциал в качестве источника пищи для опасных водных бактерий, таких как Legionella .

Неукрашенная силиконовая резиновая лента с добавлением оксида железа (III) (изготовление ленты красным оранжевым цветом) широко используется в приложениях авиационной и аэрокосмической проводки в качестве сплайсинга или оберточной ленты из-за его непланимой природы. Аддита оксида железа добавляет высокую теплопроводность, но не изменяет высокую электрическую изоляционную свойство силиконовой резины. Этот тип самосовершенной ленты объединяется или предотвращает себя, так что при растяжении и обертывании вокруг кабелей, электрических суставов, шлангов и труб он соединяется в прочный бесперебойный резиновый электрически изолирующий и водонепроницаемый слой, хотя и не клей. В качестве электрического изолятора силиконовый каучук обладает дополнительной достоинством оставшегося непроводящего при повреждении тепла, снижая вероятность сбежавшего артирования.

С добавлением углерода или другого проводящего вещества в качестве порошкообразного наполнителя, силиконовый резин может быть сделан электрически проводящим при сохранении большинства других его механических свойств. Таким образом, он используется для гибких контактов, которые закрываются при нажатии, используемые во многих устройствах, таких как компьютерные клавиатуры и с дистанционным управлением телефоны .

Электрическая изоляция

Силиконовая резина используется в качестве электрического изолятора в силовых кабелях и кабельных соединениях. Кабели с силиконовым изоляцией выгодны тем, что они могут выдерживать температуры от -90 ° C до 200 ° C и являются очень гибкими. Эти свойства делают их подходящими для поддержания целостности цепи в случае пожара.

Самовосстановление

В 2007 году силиконовая резина сформировала матрицу первого вегетативного эластомера самовосстановления . Материал на основе микрокапсул был способен восстановить практически всю оригинальную прочность на разрыв. Кроме того, этот материал имел улучшенные усталостные свойства, как оценивалось с использованием теста на крутой ботинок.

Смотрите также

• Инъекционное формование жидкого силиконового резины
• Судебно -медицинская экспертиза
• Судебно -медицинская полимерная инженерия
• Медицинский состав силикон
• RTV Силикон

Дальнейшее чтение

• Брайдсон, Джон (1999) Материалы пластмассы , Баттерворт, 9 -е изд.
• Lewis, PR, Reynolds, K и Gagg, C (2004 . )