- Силикон и неопрен: различия и сравнения материалов
- Что такое силикон?
- Что такое неопрен?
- Силикон против неопрена: применение и использование
- Силикон против неопрена: физические свойства
- Силикон против неопрена: возможность вторичной переработки и экологичность
- Силикон против неопрена: стоимость
- Альтернативные материалы силикону и неопрену
Силикон и неопрен: различия и сравнения материалов
Силиконовые каучуки создаются путем сшивания силоксана (короткие цепи силикон-кислород). Будучи в основном минеральными по своей природе, они сильно отличаются от натуральных и синтетических каучуков, в основном из органических источников.
Они чрезвычайно устойчивы к химическим реакциям и высоким температурам (в некоторых случаях выдерживают более 300°C). Силиконовые каучуки также могут быть умеренно прочными, хотя часто легко рвутся.
Силикон доступен в катализируемом гидролизом или взаимореактивном двухкомпонентном химическом составе. Это упругие и высокоэластичные материалы с широким диапазоном твердости от почти гелевых по Шору A 30 до твердых каучуков по Шору A 90+.
Неопрен — это высокоэластичный и стабильный синтетический каучук, впервые разработанный в ответ на нехватку каучука во время Первой мировой войны.
Он изготавливается в виде листов, как частично вулканизированный сыпучий материал для формования, а также в виде вспененных материалов с закрытыми и открытыми порами.
Другой распространенной формой является латекс. Неопреновый латекс получают из коллоидных суспензий частично вулканизированного 𝛂-хлоропрена, который находит применение в покрытиях (краски, растворы и т. д.). Эта форма превращается в полностью вулканизированный µ-хлоропрен при нагревании.
В этой статье мы рассмотрим чем силикон отличаться от неопрена с точки зрения применения, свойств, возможности вторичной переработки и стоимости.
Что такое силикон?
Силиконовые каучуки представляют собой синтетические эластомеры на основе силоксанов. Силоксаны представляют собой кремнийорганические соединения (основные цепи –Si–O–Si–O–) с боковыми R-цепями, присоединенными к атомам кремния.
Химическая формула R2SiO, где R представляет собой либо атом водорода, либо функциональную группу органического радикала.
Полимеризованные силоксаны называются силиконами или силиконовыми каучуками. Наиболее распространенной формой силиконового каучука является полидиметилсилоксан (ПДМС).
Производители могут синтезировать широкий спектр силоксанов и полисилоксанов, что делает силиконовые каучуки обширным семейством с широким спектром вариаций свойств.
Одним из отличий силиконовых каучуков является метод, с помощью которого происходит сшивка:
- Отверждение, катализируемое платиной (или система, катализируемая присоединением), катализирует реакцию между гидрид-силоксаном и винилфункциональным силоксаном с помощью триггерного комплекса платины. Это сшивает два полимера, используя этильную группу, присоединенную между ними.
- Системы конденсационного отверждения могут иметь одно- или двухкомпонентный химический состав. В однокомпонентном типе гидролиз оставляет гидроксильную или силанольную группу, которая конденсируется с гидролизуемым комплексом, встроенным в полимер R-компонента, отверждая эластомер. Двухкомпонентные системы используют ряд органических катализаторов для создания поперечных связей, при этом высвобождая некоторые побочные продукты. Многие такие силиконы выделяют уксусную кислоту при отверждении. Другие выделяют щелочной остаток, а некоторые нейтральны. Узнайте больше: Свойства силиконов.
Что такое неопрен?
Первоначально неопрен был названием продукта DuPont™, но сегодня оно используется повсеместно. Это синтетические каучуки, полученные путем полимеризации хлоропрена.
Они химически известны как полихлоропрен или, альтернативно, как 𝛂- и µ-хлоропрен для обозначения состояния частичной и полной вулканизации. Название IUPAC (Международный союз теоретической и прикладной химии) — 2-хлорбута-1,3-диен. На рис. 1 показан пример неопреновой ткани:
Неопрен обладает впечатляющей химической и термической стабильностью и является прочным каучуком общего назначения.
Пользователи обычно ценят его высокую прочность на растяжение, масло- и огнестойкость, а также нечувствительность к кислороду и озону.
Он легко вспенивается в конфигурациях с открытыми или закрытыми порами с использованием газообразного азота. Он также продается в виде эластичных листов или блоков, в виде частично вулканизированного 𝛂-хлоропрена для компаундирования и формования, а также в виде коллоидных суспензий (латекс) для нанесения покрытий.
Силикон против неопрена: применение и использование
Силиконы широко используются в гелевых формах, а также в качестве загустителей и связующих агентов. Их роль в качестве эластомеров менее распространена, но очень важна в некоторых областях. Некоторые примеры:
- Герметики для строительства/влажных зон — обычно однокомпонентный силикон и отвердитель на основе уксусной кислоты, хотя доступны различные варианты.
- Уплотнения на пищевых контейнерах и оборудовании, таком как комбинированная часть соски/уплотнения детских бутылочек.
- Материалы для крепления стекол и дверные/оконные уплотнители.
- Противоударные ботинки для телефонов и планшетов и декорированные скины.
- Медицинские/косметические имплантаты груди и специальные повязки для ран.
- Удобные прокладки, контактирующие с кожей, для потребительских товаров/носимых устройств (например, наушников).
- Компоненты амортизирующего крепления, требующие исключительной мягкости.
- Экранный/сценический грим и протезирование.
- Изготовление пресс-форм для вакуумного литья уретанов
Неопрен широко используется на различных рынках. Примеры:
- Прокладки, уплотнительные кольца, уплотнения и шланги в автомобильной и других отраслях.
- Гидрокостюмы (пена с открытыми порами) и сухие костюмы (пена с закрытыми порами).
- Изоляция кабеля.
- Приводные ремни машин и двигателей, зубчатые ремни и конвейерные ленты (часто в сочетании с волокнистым слоем).
- Пружины, амортизаторы и эластичные муфты для машин и архитектуры (сейсмозащита, мостовые компенсаторы).
- Текстиль, машинные фильтры и дыхательные фильтры
- Адгезивы, такие как коллоиды 𝛂-хлоропрена (латекс), вулканизация которых до µ-хлоропрена создает прочные связи.
Силикон против неопрена: физические свойства
В таблице 1 показано сравнение физических свойств силикона и неопрена:
| Свойство | Значение силикона (метрическая система) | Стоимость неопрена (метрическая) |
|---|---|---|
|
Плотность
|
1,0-1,5 г/см3
|
1,23-1,25 г/см3
|
|
Твердость по Шору А
|
1-95
|
95-95
|
|
Прочность на растяжение, конечная
|
0,138-165 МПа
|
3,45-20,7 МПа
|
|
Прочность на растяжение, выход
|
7,6-14 МПа
|
Обычно 9 МПа
|
|
Относительное удлинение при разрыве
|
0-900 %
|
100-800 %
|
|
Модуль упругости
|
5×10-6-1,99 ГПа
|
Обычно 1,36 ГПа
|
|
Сопротивление разрыву
|
От плохого до умеренного
|
От умеренного до хорошего
|
|
Диэлектрическая постоянная
|
2,0-35
|
2,0-2,6
|
|
Коэффициент температурного расширения
|
11,0-335 мкм/м°С
|
14,0-25 мкм/м°С
|
|
Максимальная рабочая температура
|
93-316°С
|
250°С
|
Силикон против неопрена: возможность вторичной переработки и экологичность
Ни неопрен, ни силиконовый каучук не подлежат вторичной переработке. Оба они превращаются в эластомеры в результате необратимых и сложных химических изменений, которые коренным образом изменяют структуру материала и делают его химически и термически стабильным.
Неопрен изготавливается из исходных углеводородных материалов, и никаких значимых альтернатив из органических источников разработано не было.
Силиконы имеют условно минеральную структуру и изготавливаются из очищенного кремния, извлеченного из геологических источников.
Материалы-предшественники силиконового каучука производятся с помощью сложных органических химикатов, металлических и органических катализаторов, токсичных процессов и сложной химии. Многие аспекты этого являются энергоемкими и создают загрязнение.
Поскольку ни один из материалов не может быть разрушен неразрушающими средствами, единственным практическим методом утилизации (кроме экологических отходов) является сжигание.
Это может привести к образованию ряда токсичных паров, если не выполняется в высокотемпературной печи при температуре около 5000 ° C с богатой кислородом атмосферой для полного сгорания.
Силикон против неопрена: стоимость
Силиконовый каучук является дорогостоящим материалом и, как правило, используется для изготовления дорогих мягких изделий, детских товаров или медицинских изделий.
Оптовые цены колеблются от 5 000 до 10 000 долларов за метрическую тонну. Высококачественные силиконы для литья или косметических целей можно купить по цене 25 долларов за килограмм и выше.
С другой стороны, неопрен продается в трех формах:
- Литые/катаные и вулканизированные листы — цена: 1000 долларов за лист размером 50 футов x 36 футов x ½ дюйма.
- Листы пенопласта с закрытыми порами — цена: 403 доллара за 39 x 78 x 1 фут.
- 𝛂-хлоропрен как сырье для смешивания и формования — типичный диапазон цен: от 2500 до 9000 долларов за метрическую тонну, в зависимости от марки.
Альтернативные материалы силикону и неопрену
Силиконовые каучуки обладают некоторыми выдающимися характеристиками, такими как химическая и температурная устойчивость.
Однако многие приложения не подходят к этим ограничениям и просто требуют очень привлекательного матового покрытия и ярких цветов.
Точно так же неопрен очень прочен, довольно устойчив к температуре и химическим веществам, поэтому во многих контекстах, не связанных с пищевыми продуктами, силиконовый каучук и неопрен в некоторой степени взаимозаменяемы. Однако необходимо учитывать различия в определенных конструктивных соображениях, таких как минимальная толщина.
Там, где не требуются высокотемпературные характеристики и химическая стабильность, TPE (термопластичный эластомер) предлагает экономичные варианты.
В эластичных каучуках хорошими заменителями являются каучуки EPDM, бутадиен и акрилонитрил. Хотя эти материалы не являются полностью взаимозаменяемыми, они обладают примерно одинаковыми свойствами.
Однако для высокотемпературных применений дорогие эластомеры ПТФЭ, такие как Viton™, обладают очень высокой устойчивостью по всем свойствам. Для некоторых применений, таких как медицинские имплантаты, практической альтернативы силикону не существует.
В этой статье представлены силикон и неопрен, объяснено, что они из себя представляют, и обсуждены области применения и свойства каждого из них.
