- Силикон и полиуретан: различия и сравнения материалов
- Что такое полиуретан?
- Что такое силикон?
- Силикон против полиуретана: применение и использование
- Силикон против полиуретана: физические свойства
- Силикон против полиуретана: возможность вторичной переработки и экологичность
- Силикон против полиуретана: стоимость
- Альтернативные материалы силикону и полиуретану
Силикон и полиуретан: различия и сравнения материалов
Силикон и полиуретан являются термореактивными полимерами. Обычно они обрабатываются в жидкой форме, а затем начинаются внутренние поперечные связи, когда материал охлаждается внутри формы.
В конечном итоге это приводит к тому, что материал схватывается (затвердевает). Хотя оба материала являются термореактивными полимерами, они имеют совершенно разные химические составы и свойства.
Силикон — это неорганический полимер, построенный на кремний-кислородной основе.
Полиуретан, с другой стороны, представляет собой органический полимер, состоящий из полиола и изоцианата с широким диапазоном химических конфигураций.
Силикон обладает отличной термостойкостью и устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, тогда как полиуретан обладает отличной прочностью на растяжение и стойкостью к истиранию.
Каждый из этих полимеров доступен в различных составах, которые обеспечивают широкий диапазон физических и механических свойств позволяя инженеру-конструктору выбрать марку, наиболее подходящую для применения.
В этой статье мы сравним силикон и полиуретан, сравним два материала и обсудим различия между ними в общих чертах.
Что такое полиуретан?
Полиуретаны представляют собой термореактивные органические полимеры. Они состоят из сложных молекулярных цепей, образующих твердые и мягкие сегменты, где мягкие сегменты придают полиуретанам гибкость, а твердые сегменты обеспечивают их прочность.
Термин «полиуретан» охватывает тысячи различных составов материалов, обычно классифицируемых как сложные полиэфиры или простые полиэфиры.
Полиуретаны можно перерабатывать с помощью литья в открытые формы, ротационного литья или реакционного литья под давлением. Поскольку они являются термореактивными материалами, полиуретаны обычно смешивают в жидкой форме.
Форполимер обычно смешивают с катализатором либо при комнатной температуре (для холодного отверждения), либо при повышенной температуре (для горячего отверждения).
При смешивании полиуретан начинает отверждаться в результате экзотермической реакции (с выделением тепла). Полиуретан горячего отверждения имеет лучшие механические свойства, чем полиуретан холодного отверждения.
Полиуретаны обладают превосходной прочностью и стойкостью к истиранию. Они могут производиться с широким диапазоном твердости от 35 A по Шору до 70 D по Шору.
Полиуретан можно использовать только при температуре до 80°C. Он начнет химически разрушаться при более высоких температурах.
Его механические свойства, такие как твердость и сопротивление истиранию, также начинают снижаться при повышенных температурах.
Что такое силикон?
Силикон представляет собой неорганический термореактивный полимер. Он состоит из повторяющихся молекулярных единиц, образующих длинные цепочки.
Эти полимерные цепи состоят из кремний-кислородной основы с углеводородными группами, отходящими от основной кремний-кислородной цепи.
В качестве термореактивного материала силикон обычно смешивают в жидкой форме. При смешивании он начинает отверждаться.
Он подвергается экзотермической химической реакции, в которой соседние ветви полимерных цепей соединяются или сшиваются друг с другом.
Силикон обычно перерабатывается литьем в открытые формы, прессованием или литьем под давлением.
Он подразделяется на три подкатегории: LSR (жидкая силиконовая резина), HCR (резина горячего отверждения) и RTV (вулканизация при комнатной температуре).
Силикон RTV далее подразделяется на типы RTV-1 и RTV-2. RTV-1 обычно выпускается из тюбика и начинает отвердевать при контакте с воздухом.
RTV-2, представляющий собой смесь форполимера и катализатора, начинает отверждаться при комнатной температуре при смешивании двух его компонентов.
Силиконы доступны во многих различных твердостях в пределах шкалы твердости по Шору А, обычно от 10 А по Шору до 90 А по Шору.
Силикон против полиуретана: применение и использование
Полиуретан используется в широком спектре приложений, которые выигрывают от его повышенной прочности и износостойкости. Некоторые типичные приложения перечислены ниже:
- Колеса вилочного погрузчика, колеса для скейтборда и подошвы для обуви.
- Противоударные устройства на железных дорогах и лифтах.
- Футеровка труб, рабочие колеса насосов, кожухи, уплотнения, пресс-формы и конвейерные ленты.
- Футеровки желобов, вибрационные грохоты и циклоны.
- Электрическая заливка или герметизация.
Силикон доступен во многих различных формах с различной степенью механической прочности, термостойкости и биосовместимости. Некоторые типичные приложения перечислены ниже:
- Высокотемпературная посуда, такая как посуда и миски.
- Формы, в некоторых случаях для литья полиуретана.
- Промышленная герметизация и склеивание.
- Катетеры, шланги, импланты.
- Сальники и прокладки.
Силикон против полиуретана: физические свойства
Термины «силикон» и «полиуретан» используются в широком смысле для обозначения семейств, состоящих из сотен различных соединений с широким диапазоном свойств.
Поэтому необходимо консультироваться с поставщиками сырья по свойствам любой конкретной рецептуры. В таблице 1 ниже показано сравнение силикона и полиуретана при одинаковой твердости по Шору:
| Характеристики | Силикон | Полиуретан |
|---|---|---|
|
Тип |
RTV-2 |
Полиэстер |
|
Твердость (по Шору А) |
58 А |
70 А |
|
Стойкость к истиранию (DIN мм3) |
— |
70 |
|
Удлинение (%) |
200 |
675 |
|
Химическая устойчивость |
Устойчив к высокотемпературной воде, соленой воде, тормозной жидкости, хлорированным углеводородам |
Стойкость к топливу, маслу, растворителям и слабым основаниям/кислотам |
|
Температура плавления (°С) |
250 |
80 |
|
Термостойкость |
Отличный |
Бедный |
|
Электрическая изоляция |
Ведет себя как изолятор |
Ведет себя как изолятор, однако может поглощать воду, что отрицательно сказывается на его изоляционных свойствах. |
Силикон против полиуретана: возможность вторичной переработки и экологичность
И силикон, и полиуретан являются термореактивными полимерами, которые распадаются на вредные химические вещества при нагревании выше их максимальных рабочих температур и не затвердевают в полезной форме, как термопласты.
По этой причине, хотя переработка силикона и полиуретана теоретически возможна, это сложно, и большинство предприятий по переработке не имеют возможности экономично перерабатывать эти материалы.
Одним из возможных методов переработки является механическая грануляция, т. е. измельчение материала до мелких частиц. Затем эти гранулы можно использовать в качестве наполнителя.
Силикон и полиуретан не считаются устойчивыми материалами, поскольку они не производятся из возобновляемых ресурсов.
Силикон против полиуретана: стоимость
Силикон и полиуретан — передовые инженерные материалы. Как таковые, они являются дорогостоящими. Стоимость материала зависит от используемого сорта и может варьироваться в широких пределах.
Например, силикон RTV-1 относительно недорог, тогда как силикон RTV-2 значительно дороже. Материалы холодного литья из полиуретана, как правило, дороже, чем материалы горячего литья.
Альтернативные материалы силикону и полиуретану
Силикон и полиуретан являются термореактивными эластомерами, у которых не так много альтернатив. Однако в некоторых случаях в качестве альтернативы можно использовать термопластичные эластомеры (TPE).
Термопластичный каучук (TPR) и термопластичный полиуретан (TPU) могут служить подходящей альтернативой термореактивному силикону и полиуретану и могут обрабатываться с использованием стандартных методов термоформования, таких как литье под давлением, ротационное формование и выдувное формование.
В этой статье были представлены силикон и полиуретан, объяснено, что они собой представляют, и обсуждено, как использовать оба материала в производстве.
