Esistono diverse terminologie utilizzate per riferirsi ai materiali utilizzati nella fabbricazione di prodotti a base di silicone. Pertanto, può essere piuttosto confuso se si sta cercando di comprendere un determinato materiale per scopi decisionali. Uno di questi termini è elastomeri siliconici. In questo articolo, imparerai tutto ciò che devi sapere su questo termine.
Che cosa è un elastomero siliconico?
La definizione di un elastomero siliconico può essere costruita da due parti: silicone ed elastomero. Innanzitutto, il silicone è tecnicamente una plastica. Tuttavia, la sua formazione, struttura molecolare e proprietà sono diverse dalle normali plastiche. Chimicamente, può essere classificato come un polimero sintetico fatto di composti di silicio-ossigeno con gruppi metilici ripetuti.
Gli elastomeri, d'altro canto, sono materiali simili alla gomma. Chimicamente, sono polimeri ma hanno composti scarsamente reticolati. Questo è ciò che conferisce loro una natura elastica. La gomma sintetica è un esempio di elastomero.
Con questo in mente, possiamo dedurre che gli elastomeri siliconici sono polimeri sintetici reticolati debolmente. La differenza principale tra elastomeri siliconici e plastica è che il processo di polimerizzazione crea un legame permanente che non può essere modificato sotto alte temperature.
In altre parole, i termini silicone ed elastomero siliconico possono essere usati in modo intercambiabile per indicare la stessa cosa. Nella scienza dei materiali, i termini Polisilossani e Silossani sono usati anche per riferirsi agli elastomeri siliconici. Infine, la comunità internazionale usa VMQ, PMQ e PVMQ come abbreviazioni standard del silicone.
Panoramica degli elastomeri siliconici
Il silicone ha diverse proprietà e caratteristiche che lo distinguono dagli altri tipi di polimeri sintetici. Ha qualità uniche che lo rendono adatto all'uso in ambienti specifici. Esploriamo queste proprietà.
Proprietà chimiche degli elastomeri siliconici
La proprietà chimica di una sostanza indica come la sua struttura molecolare viene influenzata quando sottoposta a determinate condizioni. La formula degli elastomeri siliconici ha le seguenti proprietà chimiche.
Resistenza chimica
La resistenza chimica del silicone è la sua capacità di resistere ad ambienti corrosivi senza degradarsi. È anche nota come inerzia. In genere, gli elastomeri siliconici sono compatibili con molti prodotti chimici. Ciò significa che la loro tolleranza chimica è elevata. Tuttavia, vale la pena notare che ci sono certi limiti in cui la resistenza si esaurisce.
UN grafico resistente è utilizzato per indicare i livelli di resistenza del silicone alle sostanze chimiche. Questa tabella delinea le sostanze chimiche a cui il silicone è resistente e in quale misura. In generale, le sostanze chimiche possono essere trovate in acidi, grassi, oli e composti organici. È possibile determinare la tolleranza specifica del silicone in base all'ambiente in cui si intende utilizzare il materiale.
Resistenza termica
Sebbene gli elastomeri siano tecnicamente insensibili al calore, ci sono limiti in cui un prodotto a base di silicone può sostenere l'energia termica. Ad esempio, gli elastomeri siliconici possono rimanere indeformati a temperature fino a 150lo C. La maggior parte dei polimeri della stessa classe di materie plastiche fondono a temperature notevolmente basse.
L'eccellente resistenza termica o al calore del silicone lo rende adatto alla fabbricazione di prodotti utilizzati in ambienti ad alta temperatura. Un buon esempio è utensili da cucina.
Resistenza ai raggi ultravioletti
Un altro termine usato per riferirsi alla resistenza ai raggi UV è la resistenza alle intemperie. Determina il comportamento del silicone quando esposto ai raggi ultravioletti, principalmente dal sole. La resistenza ai raggi UV è fondamentale, a condizione che la maggior parte dei prodotti in silicone siano realizzati per applicazioni esterne.
La capacità di resistere alla luce UV è essenziale per garantire che la struttura molecolare del silicone rimanga intatta. Una lunga esposizione alla luce UV influisce sull'elasticità degli elastomeri siliconici che sono utili per realizzare sigillanti e guarnizioni statiche. Fortunatamente, gli elastomeri siliconici sono altamente resistenti alla degradazione UV.
Resistenza all'olio e ai solventi
Oli e solventi sono compatibili con gli elastomeri siliconici e hanno un impatto minimo sulla loro struttura e forma. In altre parole, questo materiale non è influenzato dagli agenti chimici di struttura presenti negli oli minerali e nei composti organici polari. In particolare, il silicone ha un'eccellente resistenza alla maggior parte degli oli inferiori a 100loC.
Tuttavia, vale la pena notare che il silicone si gonfia quando non è esposto a composti organici non polari come benzene, toluene e benzina. La buona notizia è che il rigonfiamento scomparirà dopo che sarà stato ritirato dal composto.
Resistenza alla corrente elettrica
Il silicio, un elemento del silicone, è un cattivo conduttore di elettricità. Pertanto, suggerisce che il silicone abbia un'elevata resistenza alla corrente elettrica. Questa proprietà chimica lo rende un eccellente materiale isolante per apparecchiature elettriche. La resistenza è raramente influenzata da fattori esterni come la temperatura e i conduttori elettrici come l'acqua. Per questo motivo, l'elastomero siliconico può essere considerato un materiale dielettrico.
Proprietà meccaniche degli elastomeri siliconici
Queste proprietà dimostrano come si comportano gli elastomeri siliconici quando sottoposti a stress esterno sotto forma di forza. Nella maggior parte dei casi, vengono misurate su elastomeri siliconici polimerizzati per ottenere i valori effettivi che i prodotti esibiranno.
Allungamento a rottura
Se il silicone ha un allungamento eccellente, significa che può sopportare lo stress previsto indotto dallo stiramento di un prodotto in silicone.
L'allungamento a rottura è la lunghezza che l'elastomero estende prima di rompersi. In questo caso, maggiore è la distanza, migliore è la resistenza alla rottura. Diversi elastomeri siliconici hanno percentuali variabili di allungamento a rottura, che sono solitamente elevate. Questa proprietà viene testata insieme alla resistenza allo strappo e alla trazione poiché sono correlate.
Durezza
La durezza è una misura della resistenza alla deformazione sotto pressione di compressione. In altre parole, come fa un elastomero siliconico a sostenere la forza di compressione? Questo è anche chiamato durometro e le sue scale assegnate sono diverse in base alla resistenza.
Gli elastomeri siliconici possono essere morbidi o duri. Ciò dipende dalla densità degli agenti di reticolazione e da altre caratteristiche. Il motivo delle diverse scale di durometri è che sia i materiali morbidi che quelli densi sono utili in applicazioni specifiche.
Resistenza allo strappo
La resistenza allo strappo è una misura cruciale di come si comporta il silicone sotto stress meccanico. È una misura della facilità di strappo del silicone che è stato scheggiato. Poiché il silicone richiede meno forza per strapparsi, ciò implica che abbia una scarsa resistenza allo strappo.
Questa proprietà simula le condizioni di usura e lacerazione previste quando un prodotto in silicone è in uso. Maggiore è la resistenza, più il prodotto può sostenere ambienti ad alta tensione. La resistenza allo strappo è misurata in libbre per pollice (ppi).
Resistenza alla trazione
La forza necessaria per rompere il silicone quando è sotto tensione è chiamata resistenza alla trazione. Quando un materiale ha un'elevata resistenza alla trazione, significa che è necessaria molta forza per romperlo. Questo è il caso del silicone. Mentre la resistenza generale è solitamente elevata, la forza specifica dipenderà dal tipo specifico di elastomero siliconico in questione.
Resistenza all'abrasione
Mentre alcuni tipi di elastomeri hanno un'eccellente resistenza all'abrasione, il silicone non è in grado di sostenere ambienti abrasivi. L'abrasione è l'usura causata dall'aggressione ripetuta della superficie esterna di un materiale.
Gli elastomeri siliconici hanno una scarsa resistenza all'abrasione a causa della bassa resistenza allo strappo. Ecco perché il silicone è consigliato per prodotti che sono per lo più statici piuttosto che dinamici. Se il movimento del prodotto è limitato, il silicone può funzionare in modo ottimale senza doversi consumare rapidamente.
La chimica di un elastomero siliconico
Comprendere il silicone a livello molecolare è utile in molti modi. Innanzitutto, apprezzerai il modo in cui il materiale viene sintetizzato. In secondo luogo, distinguerai facilmente tra le varie forme di siliconi.
Nella definizione di elastomeri siliconici, abbiamo già stabilito che i siliconi sono polimeri con composti silicio-ossigeno e gruppi metilici. Il silicio esiste naturalmente in varie rocce e viene estratto utilizzando processi speciali.
Il silicio si combina con l'ossigeno per formare biossido di silicio (SiO2). In laboratorio, questo composto subisce una polimerizzazione, che comporta l'aggiunta di gruppi metilici, per formare silicone o polimero di silicone. Questa è la spiegazione di base di come viene sintetizzato il silicone. Ovviamente, subisce altre procedure di purificazione e raffinazione per renderlo utilizzabile.
Elastomeri termoplastici (TPE) vs termoindurenti
Gli enti normativi che supervisionano l'uso di polimeri sintetici hanno ideato una classificazione per distinguere le varie forme di elastomeri. In questo contesto, abbiamo due classi strettamente correlate ma diverse. Si tratta di elastomeri termoplastici e termoindurenti. Entrambi hanno proprietà della gomma come l'allungamento.
La differenza principale tra queste due classi di elastomeri è che gli elastomeri termoplastici possono essere deformati dal calore, mentre i termoindurenti no. In altre parole, i termoplastici possono fondersi a determinate temperature.
La tecnica di reticolazione utilizzata per legare gli elastomeri termoindurenti crea un legame covalente permanente durante la polimerizzazione. Questo legame è lasco per renderlo flessibile ma abbastanza forte da impedire la deformazione ad alte temperature.
Elastomeri siliconici come termoindurenti
Le caratteristiche dei termoindurenti di cui abbiamo parlato sopra definiscono gli elastomeri siliconici. Se non altro, il silicone è uno dei tanti esempi di termoindurenti. Gli elastomeri siliconici sono un tipo speciale di plastica nota come plastica termoindurente. Ciò che li distingue dalle normali plastiche è il processo di polimerizzazione.
Durante il processo di polimerizzazione del silicone, gli agenti di polimerizzazione alterano la struttura molecolare e il legame sui vari gruppi. Il legame covalente creato è permanente, il che significa che è difficile da modificare, a differenza dei termoplastici. Fondamentalmente, questo è il motivo per cui il silicone è quasi impossibile da fondere o ha un'elevata tolleranza alla temperatura.
Test dell'elastomero siliconico
La presenza di proprietà del silicone deve essere verificata prima che inizino i processi di fresatura o fabbricazione. Inoltre, ci sono altri test effettuati durante i processi di fabbricazione.
Norme di prova ASTM per elastomeri siliconici
ASTM è un ente internazionale che regola gli standard per la gestione di vari materiali, tra cui il silicone. Questo ente ha linee guida per i test degli elastomeri siliconici che indicano i valori approvati e altre misure normative.
Gli standard di prova per gli elastomeri siliconici si trovano sotto standard di gomma. Fornisce linee guida generali per i test. I test specifici saranno determinati in base al tipo particolare di elastomero siliconico utilizzato.
Principali test sulle proprietà degli elastomeri siliconici
L'applicazione, il processo di fabbricazione e il tipo di silicone sono principalmente ciò che determina i test appropriati. Questo perché questi test confermeranno le proprietà necessarie e detteranno il metodo di fabbricazione.
Un altro motivo per cui i test sono ristretti è che ci sono tanti test disponibili quante sono le proprietà del silicone. Per spiegare, virtualmente tutte le proprietà possono essere testate usando più test. Ad esempio, la sola resistenza ai raggi UV può essere testata in più test chimici e fisici. Fai clic qui per esplorare Standard di prova di resistenza ai raggi UV per il silicone.
I test generali condotti su tutti gli elastomeri siliconici includono durometro, modulo di elasticità e modulo di allungamento. Questi test sono accurati nel simulare come il prodotto siliconico gestirà lo stress meccanico.
Fattori che influenzano le prestazioni degli elastomeri siliconici
Sebbene il silicone sia pressoché immune a molti fattori di stress, ci sono circostanze che mettono a dura prova le sue prestazioni. Ci sono fattori che determinano quanto buone o cattive sarebbero le prestazioni di un prodotto in silicone. Ecco alcuni di questi fattori.
Acceleratori di invecchiamento e degradazione
Nel tempo, la qualità di un prodotto in silicone si deteriora. Questo indipendentemente dal fatto che sia in uso o in magazzino. La perdita di qualità può essere accelerata o rallentata dall'ambiente, dalle condizioni di magazzino e dalla qualità.
Condizioni sfavorevoli possono far invecchiare prematuramente un prodotto in silicone. Per chiarire, se il silicone viene utilizzato in un ambiente in cui non tollera, invecchierà e si degraderà più velocemente del previsto. Allo stesso modo, se viene conservato in un ambiente con determinati fattori di stress come l'ozono, tende a diminuire a una velocità molto più elevata. In altre parole, le sue proprietà diminuiscono.
Il tipo di elastomero siliconico
Esistono diversi tipi di elastomeri siliconici. Quelli più comuni includono la gomma ad alta consistenza (HCR), la vulcanizzazione a temperatura ambiente (RTV) e la gomma siliconica liquida (LSR). Ognuno di questi tipi ha i suoi punti di forza basati sulla sua composizione molecolare e sulle sue proprietà uniche.
Il tipo di elastomero influenza le sue prestazioni in molti modi. Ad esempio, diversi tipi hanno diversi metodi di polimerizzazione durante la produzione. Come abbiamo visto in precedenza, la polimerizzazione influenza le proprietà della gomma. Inoltre, il tipo determina il prodotto che può essere realizzato, il che a sua volta controlla l'ambiente in cui verrà utilizzato. Le prestazioni sono influenzate dall'ambiente circostante.
Processo di stagionatura e produzione
Gli elastomeri siliconici vengono polimerizzati in diversi modi. I sistemi di polimerizzazione più comuni includono: sistemi al perossido, catalizzati al platino, a condensazione e sistemi ossima. Questi sistemi di polimerizzazione vengono potenziati aggiungendo calore o pressione.
Poiché la polimerizzazione è finalizzata all'indurimento dell'elastomero, può avere impatti negativi o positivi sulle sue prestazioni. Il tipo di sistema di polimerizzazione utilizzato ha un impatto sulla stabilità del silicone a livello molecolare. Ciò si riflette sulle proprietà del prodotto finale. Fortunatamente, la stabilità può essere migliorata eseguendo la post-polimerizzazione su un prodotto in silicone.
Fattori ambientali
I prodotti in silicone sono realizzati per varie applicazioni. Ciò significa che il materiale può essere sottoposto a situazioni difficili o favorevoli durante la sua vita. Il silicone mantiene le sue prestazioni a seconda della gravità delle condizioni esterne.
Fattori di stress come temperatura, luce UV e tensione riducono le proprietà meccaniche del silicone. Tuttavia, se il prodotto in silicone può essere riparato, seguire le pratiche consigliate per ottenere i migliori risultati.
Compatibilità con altri materiali
La capacità di essere compatibile con altri materiali è un aspetto importante che influisce sulle prestazioni degli elastomeri siliconici. Compatibilità in questo caso significa la capacità di coesistere o interagire con altri materiali senza perdere le sue proprietà. In genere, il silicone è compatibile con la maggior parte dei materiali come acidi e basi inorganici diluiti e oli minerali.
Per quanto sia compatibile, la misura in cui può sostenere o tollerare determinati materiali è limitata. Questa limitazione può avere un impatto negativo sulle sue prestazioni. Pertanto, è buona norma utilizzare silicone compatibile con l'ambiente circostante per prestazioni prolungate.
Vantaggi degli elastomeri siliconici
Il silicone è il materiale di riferimento per molte ragioni. In particolare, ha diversi vantaggi che lo rendono superiore ad altri materiali nella sua categoria. La maggior parte dei vantaggi si osserva nelle sue proprietà supreme. Riassumiamoli come segue;
- Materiale di alta qualità: Il silicone ha molte proprietà che sono desiderabili per varie applicazioni. La sua qualità è adatta per l'uso in ambienti ostili e ad alte prestazioni poiché è piuttosto resistente.
- Durevole: Ciò implica che il silicone può funzionare in regioni esigenti per lunghi periodi di tempo senza perdere le sue proprietà. I materiali durevoli sono convenienti e rispettosi dell'ambiente.
- Versatile: In termini di applicazione, gli elastomeri siliconici sono versatili in quanto possono essere utilizzati in molteplici casi d'uso. La versatilità è fondamentale poiché significa che le proprietà del silicone possono essere estese a molte aree.
Si noti che la maggior parte di questi benefici dipenderà dal tipo di elastomero siliconico utilizzato. Ciò significa che i benefici varieranno da un tipo all'altro.
Svantaggi degli elastomeri siliconici
Sebbene questo materiale sia piuttosto utile, ha i suoi svantaggi. Ci sono diversi svantaggi che ne limitano l'uso, l'accessibilità e l'idoneità. Alcuni di questi demeriti includono quanto segue;
- Relativamente costoso: Grazie alle sue proprietà premium, il silicone ha un prezzo elevato. In particolare, il costo iniziale sostenuto con il silicone è elevato. Tuttavia, il lato positivo è che questo costo è compensato dalle sue prestazioni ottimali con basse esigenze di manutenzione.
- Mancanza di compatibilità: Sebbene il silicone sia compatibile con alcuni materiali, può perdere le sue proprietà nel corso di periodi prolungati. Inoltre, alcuni materiali deformano completamente la natura del silicone quasi istantaneamente dopo il contatto.
La maggior parte degli svantaggi del silicone possono essere migliorati o prevenuti nel processo di fabbricazione. Ad esempio, alcune proprietà come la resistenza allo strappo possono essere migliorate utilizzando determinati sistemi di polimerizzazione.
Come scegliere l'elastomero siliconico giusto
Con così tante opzioni tra cui scegliere e tanti fattori da considerare, può essere difficile scegliere il tipo di silicone adatto per i tuoi prodotti. Se è così, puoi basare la tua decisione sui seguenti fattori;
- Durezza: Il silicone ha due scale di durezza: morbida e rigida. La morbidezza o la rigidità del tuo prodotto saranno determinate da queste scale. Pertanto, ha senso selezionare la durezza appropriata.
- Resistenza chimica: Abbiamo discusso del fatto che il silicone è selettivamente resistente a certe sostanze chimiche. Il motivo per cui questo fattore è vitale è che la maggior parte degli ambienti ha una combinazione di sostanze chimiche naturali o sintetiche che possono avere un impatto sul silicone.
- Metodo di stagionatura: Il produttore del tuo prodotto in silicone decide il metodo di polimerizzazione in base alle sue conoscenze. Tuttavia, puoi influenzare questa decisione chiedendo un sistema specifico, purché sia applicabile.
- Linee guida e regolamenti: Diversi enti come ASTM, FDA e altri stabiliscono misure normative che controllano l'uso del silicone. Ad esempio, la FDA approva gradi specifici di silicone per la fabbricazione di prodotti alimentari in silicone. È necessario seguire queste linee guida per scopi di conformità.
L'elenco di considerazioni di cui sopra è appena esaustivo. In ogni caso, non abbiamo parlato di budget e disponibilità di materiali, tutti ugualmente cruciali. Tutto sommato, basare le tue decisioni su questi fattori è una garanzia di risultati positivi.
Diversi tipi di elastomero siliconico per diversi usi
- Polvere di elastomero siliconico
- Elastomero siliconico in cosmetica
- Lenti a contatto in elastomero siliconico
- Catetere in elastomero siliconico
- Miscela di elastomeri siliconici
- Scheda di sicurezza elastomero siliconico
- Gel elastomero siliconico
- Fogli di elastomero siliconico
- Kit elastomero siliconico
Conclusione
Questo articolo completo ti ha fornito uno sguardo approfondito alle definizioni, proprietà, vantaggi, svantaggi e condizioni che influenzano le prestazioni degli elastomeri siliconici. Ora hai una migliore comprensione di questo materiale e di tutto ciò che riguarda. Contattaci per maggiori informazioni sugli elastomeri siliconici.
Ulteriori risorse:
17 applicazioni dell'elastomero siliconico per dispositivi elettronici nell'industria moderna – Fonte: Legenday