Свойства силиконов

7 свойств силикона

Силиконы представляют собой интересную группу полимерных материалов, доступных в различных формах. Их свойства дают им почти безграничный потенциал для адаптации к строгим требованиям медицинской и аэрокосмической промышленности.

Они могут герметизировать, смазывать и удовлетворять широкий спектр других применений.

В этой статье мы обсудим физические и механические свойства, которые делают силикон таким популярным материалом.

Также будут представлены четыре основные группы силиконовых материалов, затронуты методы производства и объяснено, почему силикон может быть идеальным материалом для вашего применения.

Свойства силикона

В таблице ниже приведены свойства силикона и краткое описание каждого из них:

Свойства силиконаОписание

Химическая реактивность

Обычно нереактивный

Теплопроводность

Естественно низкая теплопроводность; может быть увеличен по мере необходимости путем корректировки рецептуры

Токсичность

Нетоксичен при надлежащем использовании, одобрен FDA для медицинских и пищевых продуктов.

Водоотталкивающие свойства

Высокая водоотталкивающая способность

Способность к запечатыванию

Отличная адгезия к гладким поверхностям; образует водонепроницаемые уплотнения

Стойкость к кислороду, озону и ультрафиолетовому излучению

Чрезвычайно устойчив к деградации как радиацией, так и окислением

Электрическая проводимость

Натуральный изолятор, но добавление наполнителей может сделать силикон токопроводящим.

Газопроницаемость

Высокая проницаемость для молекул газа

Термическая стабильность

Физические и механические свойства остаются стабильными в широком диапазоне температур.

Стойкость к органическим растворителям

Устойчив к воздействию большинства химических веществ.

Силиконы химически неактивны и имеют низкую теплопроводность

Требуется много энергии, чтобы разорвать связи кремний-кислородных цепочек, образующих полимерный скелет молекул силикона. Поскольку большинство химических веществ, с которыми силиконы вступают в контакт, не обладают достаточной энергией для преодоления сопротивления молекулы силикона изменениям, движущая сила химических реакций незначительна.

Таким образом, силикон обычно считается химически неактивным. Эти стабильные силиконовые связи являются основой многих желательных свойств силикона.

Силиконы обычно имеют низкую теплопроводность. Это связано с тем, что молекулярная структура силикона препятствует передаче тепловых колебаний от одной молекулы к другой.

Химические Свойства силиконов

Поликристаллический силикон высокой чистоты

Это может быть желательно для некоторых видов использования силикона, например, для прихваток. Но в других ситуациях невозможность эффективной передачи тепла становится проблемой. В этом случае в состав силикона могут быть добавлены теплопроводные наполнители для улучшения теплопередачи, необходимой для предполагаемого применения.

Токсичность силикона низкая

Силикон считается очень безопасным материалом для здоровья человека. Силиконовые соединения пищевого и медицинского назначения одобрены FDA для использования в контакте с пищей, которую мы едим каждый день, и даже для долгосрочной имплантации в организм человека.

Однако, как и в случае со всеми химическими веществами, важно использовать силиконовые продукты в соответствии с инструкциями производителя для обеспечения высочайшего уровня безопасности.

Силикон обладает способностью отталкивать воду и образовывать водонепроницаемые уплотнения

Силикон — это то, что известно как «гидрофобный» материал. Он отталкивает воду. Это связано с тем, что метильные группы, присоединенные к цепи кремний-кислородного полимера, неполярны по своей природе. Он не притягивается к молекулам воды.

Его низкая поверхностная энергия не позволяет молекулам воды распространяться по поверхности силикона и проникать в нее. Вместо этого вода собирается и стекает.

Эта отличная водоотталкивающая способность в сочетании со способностью силикона образовывать прочную адгезивную связь со многими поверхностями означает, что силиконовые герметики могут образовывать уплотнения, которые служат десятилетиями.

Силикон обладает высокой устойчивостью к кислороду, озону и ультрафиолетовому излучению

Связи кремний-кислород в силиконах более стабильны, чем связи между атомами углерода в цепях органических полимеров. Количество энергии, которое может быть обеспечено УФ-светом, выше, чем необходимо для разрушения связей CC, но недостаточно для повреждения связей Si-O.

Вот почему силиконы более устойчивы к ультрафиолетовому излучению и окислению, чем пластмассы на основе углерода. Силиконы могут использоваться для компонентов, подвергающихся воздействию суровых погодных условий.

Силикон является электроизоляционным, а также проводящим

Стандартный силиконовый каучук, естественно, является изолятором. У него нет свободных электронов, которые могли бы нести положительный или отрицательный заряд. Это идеально подходит для многих применений, особенно в медицинской промышленности, где изоляционные свойства имеют решающее значение.

Но силикон можно уговорить сделать его достаточно проводящим для таких применений, как прокладки и статические экраны. Это достигается путем добавления в силикон наполнителей, таких как углерод, серебро или другие проводящие материалы.

Силикон обладает отличной газопроницаемостью и термической стабильностью

Молекулярные цепи силикона содержат достаточно большие отверстия, через которые могут проходить молекулы газа, но не молекулы воды. Это сочетание водоотталкивающих свойств и газопроницаемости дает покрытия, которые дают нам роскошь водостойких, дышащих тканей.

Ключевым свойством силиконовых каучуков является их термическая стабильность. Силикон сохраняет свои критические механические и физические свойства в определенных проектных пределах в широком диапазоне температур.

В зависимости от конкретной природы силиконового продукта минимальная температура эксплуатации на воздухе может составлять от -136 °C, а максимальная до 316 °C.

Силикон обладает превосходной устойчивостью к растворителям органических соединений.

Силикон устойчив к воздействию большинства химических веществ благодаря своей нереактивной структуре и низкой поверхностной энергии. Однако некоторые неорганические химические вещества, особенно серная и плавиковая кислоты в высоких концентрациях, могут повредить силиконы.

Среди органических соединений, которые могут действовать как растворители, толуол, уайт-спирит, бензин и четыреххлористый углерод вызывают разрушение силиконов только после длительного воздействия.

Преимущества применение силикона

Свойства силикона предлагают многочисленные преимущества. Вот несколько способов, которыми производители и конечные пользователи могут извлечь выгоду из его уникальных характеристик:

  • Силиконы безопасны. Они являются одним из самых популярных материалов для изготовления имплантируемых медицинских устройств.
  • Силиконы обладают хорошей размерной стабильностью. Они сохраняют свою прочность и форму в широком диапазоне температур.
  • Силиконы химически неактивны в большинстве сред. Они не разрушаются под воздействием влаги, топлива и масел, тепла, холода, солевого тумана или ультрафиолетового излучения.
  • Силиконы могут принимать любую форму. Силиконы бывают жидкими, вязкими пастами, эластичными листами и твердыми, похожими на пластик консистенциями. Их можно использовать в качестве покрытий, изготавливать из деталей, полученных литьем под давлением или прессованием, штамповать, формовать в трубы и использовать в качестве смазочных материалов.

Где обычно изготавливают силикон?

Химические заводы производят сырьё из силикона. Эти установки могут перерабатывать необходимые химические прекурсоры и катализаторы в большом количестве, многократно и точно.

На заводе кремнезем (обычно из песка) превращается в кремний в результате высокотемпературной реакции с углеродом. Затем в результате серии сложных химических реакций кремний смешивается с водой и метанолом, образуя базовые силиконовые продукты, упакованные в виде жидкостей, гелей или листов.

Затем производители компонентов применяют соответствующие формовочные или другие промышленные процессы для создания конечных продуктов для клиентов.

Каков химический состав силикона?

Силикон, технически называемый «полисилоксаном», состоит из цепочки чередующихся атомов кремния и кислорода. Атомы кремния, как и атомы углерода, имеют место для четырех ковалентных связей с другими атомами. Два из этих пятен заняты атомами кислорода, по одному с каждой стороны.

Два других пятна будут связаны с другими доступными молекулярными группами. Общая химическая формула силикона [R2SiO]n. «R» указывает на любые группы, присоединенные к атомам кремния.

Наиболее распространенный основной силикон имеет метильные группы (CH3), прикрепленные к доступным слотам, что дает неорганическую (поскольку он не основан на углероде) полимерную структуру. Технически это называется полидиметилсилоксан.

Каковы механические свойства силикона?

Силиконовые каучуки, как правило, прочны и гибки в широком диапазоне температур. По своей конструкции механические свойства силиконовых материалов охватывают широкий диапазон. Таблица 2 ниже дает представление об этой изменчивости:

Механические свойстваДиапазон результатов

Твердость по Шору А 

(Стойкость к вдавливанию)

1,00–95,0

Предел текучести (МПа)

(Напряжение в начале пластической деформации)

0,0448–145

Прочность на растяжение (МПа)

(Стресс при неудаче)

0,138–165

Удлинение при текучести (%)

(деформация образца в точке текучести)

0,000–900

Относительное удлинение при разрыве (%)

(деформация образца при растяжении)

5.00–1490

Модуль упругости (ГПа)

(Мера жесткости материала при растяжении)

0,00000500–1,90 

Модуль сжатия (ГПа)

(Мера жесткости материала при сжатии)

25,0 – 65,0

Коэффициент Пуассона

(Отношение поперечной деформации к осевой при удлинении при растяжении)

0,500

Комплект сжатия (%)

(Постоянная деформация после снятия сжимающей силы)

3.00–200

Набор при растяжении (%)

(Постоянная деформация после снятия растягивающей силы)

2.00–10.0

Прочность на разрыв (кН/м)

(сила, приложенная для распространения трещины)

0,877–125

Каковы различные типы силикона?

Четыре основных физических типа или формы силиконовых продуктов перечислены ниже:

  • Вулканизация при комнатной температуре (RTV): эти силиконы отверждаются или затвердевают при комнатной температуре. Они обычно используются для герметизации и склеивания. Составы RTV-1 начинают отвердевать сразу после контакта с влагой воздуха. Силиконы RTV-2 представляют собой два отдельных соединения, которые конечный пользователь должен объединить, чтобы инициировать отверждение. Это делает RTV-2 более гибким для таких применений, как литье и нанесение покрытий.
  • Жидкая силиконовая резина (LSR): LSR состоит из двухкомпонентной системы, причем два соединения объединяются во время использования. Обычно его отверждают при высокой температуре с использованием платинового катализатора. Как используемый процесс формования, так и характеристики конечного продукта LSR можно адаптировать для более широкого спектра применений.
  • Фторсиликоновый каучук (FSR): молекулы FSR состоят из повторяющихся звеньев кремний-кислородной основы с другими местами связывания, занятыми другими группами молекул (метильными и фторалкильными группами). Это придает материалу лучшую стойкость к маслам и топливам. FSR популярен для герметизации в авиации.
  • Высококонсистентная резина (HCR): HCR, также известная как «каучук термоотверждаемой», состоит из цепей силиконового полимера с очень высокой молекулярной массой. Сырье может содержать наполнители и добавки для получения желаемых характеристик. Обычно его подают в частично отвержденном, несколько «липком» виде, свернутом в толстый лист. Он идеально подходит для использования в некоторых медицинских устройствах, включая трубки, баллоны и простыни.

Силиконы могут принимать различные формы, от жидких до твердых. Существует множество вариаций каждого типа, свойства силиконов адаптированы к потребностям конкретных конечных продуктов.

В этой статье мы рассмотрели 7 основных свойств силикона, были представлены химические и физические характеристики материала, а также показаны различные распространенные формы или типы, которые используются в промышленности.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

5 − три =

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: