一部のポリマー材料には、類似した特性があります。それでも、それぞれを特徴づける独自の特性があります。シリコンとゴムは、こうしたポリマーの例です。どちらもエラストマーであるため、類似点があります。ただし、分子レベルでは異なり、特定の用途があります。この記事では、これらの相違点と類似点について説明します。
エラストマー材料としてのシリコンとゴム
高分子科学では、分子力、原料、合成方法などの要素に基づいて物質を分類します。分子力はポリマーの分類に広く使用されています。この分類により、エラストマーなどのポリマーの種類が生まれます。
一般的に、エラストマーという用語は、 粘弾性ポリマーこれらは、変形せずに伸びて元の形に戻ることができるポリマーです。エラストマーには、モノマー結合を保持する分子間架橋があります。これらの結合は弱いため、引っ張られるとエラストマーが伸びます。
エラストマーは天然または合成です。ゴムは天然エラストマーの完璧な例と考えられていますが、シリコンは合成エラストマーの優れた例です。この記事全体を通してわかるように、その特性を考えると、この 2 つには多くの類似点と相違点があります。
シリコンとは何ですか?
シリコンの化学用語はポリシロキサンです。つまり、シリコンはシロキサンの繰り返し単位でできたポリマーです。これらのシロキサンはシリコンと酸素元素でできた合成化合物です。したがって、シリコンはシリコン酸素化合物でできた合成ポリマーであると言えます。
ここで説明したのはベースです シリコン素材つまり、合成方法や添加元素に応じて、シリコーンには多くのバリエーションがあります。たとえば、特定の条件に耐えられるように製造されたシリコーンには、いくつかのグレードがあります。
シリコーンはどのように合成されるのでしょうか?
珪砂はシリコン合成の主成分です。さまざまなプロセスを使用して、この砂からシリコン化合物を抽出します。
シリコンは、塩化メチルの添加、蒸留、水和、そして最後に重合という一連の反応を経ます。このプロセスには標準的な手順がありますが、主に製造元によって異なります。最後の手順は重合で、ポリシロキサン、つまりシリコンポリマーが生成されます。
製造されたシリコーンは、特定の温度での弾力性を向上させるために加硫処理されます。また、この最後のステップでは、シリコーンの等級分けと、シリコーンベースの製品の粉砕の準備が行われます。
ゴムとは何ですか？
この記事では、ゴムとは 天然ゴム。 違いを明確にするために、これを明記することが重要です。これは、シリコンがゴムの一種であると考えられるためです。
ゴムは、広く言えば、多くの望ましい特性を持つ弾性材料です。ゴムは、様々な樹木から抽出したラテックスの中に自然に存在します。歴史的に、最初に発見されたのは パラゴムノキブラジル原産の樹木。
天然ゴムポリマーは、イソプレンモノマーの繰り返し単位で構成されています。このため、天然ゴムはポリイソプレンとも呼ばれています。
ラテックスがゴムに変わる仕組み
天然ゴムの製造工程は、樹皮からラテックス懸濁液を採取することから始まります。 パラゴムノキ。 乳白色の水性物質を洗浄し、ラテックスに含まれるゴム粒子を凝固させるために酸を加えます。この初期プロセスは、従う製造基準に応じて異なる場合があります。
凝固したゴムは、弾力性を高めるために素練りされ、さらに固有の特性を高めるために特定の化学物質が添加されますが、この段階では最終製品はまだ不安定な状態です。
最後のステップは加硫です。このステップでは、カレンダー加工したゴムを硫黄と熱で処理して硬化させます。加硫は、硬いゴムを必要とする用途に十分な強度を持たせるために必要です。ただし、このプロセスは天然ゴムの弾力性には影響しません。
シリコンとゴム：共通特性の比較
シリコンとゴムの違いを理解するには、共通する特性を比較するのが一番です。つまり、両方のエラストマーに共通する特徴がありますが、それぞれの特性には程度があります。類似点と相違点を比較すると、これがより明確になります。
弾性
エラストマーは粘弾性があることで知られています。つまり、引っ張ると伸びるということです。シリコーンがゴムと比べてどの程度弾性があるかを見てみましょう。
シリコーン
シリコンは非常に弾力性と伸縮性に富んでいます。この高い弾力性は、シリコン分子のらせん構造によって実現されています。モノマーの架橋により円錐形または円筒形が形成されます。簡単に言えば、シリコンの弾力性はその分子構造に由来しています。
シリコンは低温でも高温でも弾力性を維持するため、シリコンに適した高応力用途の範囲が広がります。
シリコンの弾性は、弾性係数またはヤング率 (E) と呼ばれるテストを使用して測定されます。弾性率はメガパスカル (MPa) で表され、値はテスト条件と使用されるシリコンのグレードに応じて異なります。
ゴムの弾性は、そのほとんどの特性と同様に、合成中に強化できることは注目に値します。したがって、高ストレス環境でシリコーンを使用する場合は、カスタムの弾性を得ることができます。
ゴム
天然ゴムストラップのようなエラストマーが弾力性を持つ主な理由は、そのポリマー構造がモノマーの長い鎖で構成されているからです。また、加硫剤によって作られる架橋も弾力性に寄与しています。
ゴムは弾力性が高く、伸ばしても物理的にも分子レベルでも形状が変形しません。このゴムの機械的特性により、動きが避けられない状況で使用するのに非常に望ましい素材となっています。
ゴムの弾性は、材料が外力を受けたときに観察されます。このような場合、材料はかなりの長さに引き伸ばされ、変形したり、長さが増加したりします。力が解放されると、材料は損傷することなく元の状態に戻ります。
ゴムには、破断時の伸びで測定される伸び限界があります。これは、ゴムが切れるまでに維持できる長さの増加率を表します。破断時の伸びは、引張強度や引裂強度などの要因に依存します。特に、ゴムの破断時の伸びは 700% です。
違い
シリコンとゴムの弾力性の主な違いは、標準的な構成ではゴムの方がシリコンよりも弾力性と伸縮性が高いことです。シリコンの分子組成を化学的に変化させると、破断時の伸びが劇的に増加し、シリコンの弾力性が高まります。
弾性に関するこれら 2 つのエラストマーのその他の違いは次のとおりです。
- シリコーンは、天然ゴムに比べて伸ばすと硬くなります。
- シリコンの弾力性は温度変化の影響を受けますが、ゴムはあらゆる条件下で伸縮性を維持します。
- 天然ゴムはシリコンに比べて、伸ばした後、元の物理的形状をより良く、より速く回復します。
- シリコンの弾力性は化学物質の影響を受けませんが、天然ゴムは化学物質によって大きく影響を受ける可能性があります。
類似点
シリコンとゴムは、張力に耐えるのに十分な弾力性を持っています。また、どちらも粘弾性があると考えられるため、弾力性は同じ基準で測定されます。これが、両者のヤング率が異なる理由です。分子組成と合成方法が異なるため、類似点はあまりありません。
耐久性
耐久性は、ゴムまたはシリコンが主要な特性を失うまでの時間の尺度です。これらのエラストマーは耐久性において相違点と類似点を示します。
シリコーン
の特徴の一つは シリコーン シリコンは、長期間にわたって耐性を失うことなく過酷な条件に耐える能力があります。特に、ある研究では、シリコンは最高200℃の温度に耐え、1万時間以上も溶けないことが明らかになりました。これが、シリコンが自動車のエンジンに使用される理由です。 自動車 そして 航空宇宙 産業.
シリコンの耐久性は、シリコン製品が最小限のメンテナンスで済むことからもわかります。この特性は、このエラストマーの合成時に適用される革新的なエンジニアリングから生まれています。
研究者たちは、シリコンの化学的性質と分子的性質を微調整し、過酷な条件に耐えられるようにするためにリソースを費やしています。さらに、シリコンの基本成分であるシリカは天然の耐久性があり、最終製品も同様に耐久性があります。
ゴム
天然ゴムは、特定の条件下では耐久性が限られています。たとえば、高温では、しばらくするとゴムが溶けてしまいます。天然ゴムが変形せずに耐えられる最高温度は、長期間使用した場合で約 80°C です。
このエラストマーは、腐食性化学物質のある環境に長期間さらされると、急速に劣化します。その他の劣化要因としては、ゴムの摩耗を加速させる高張力などがあります。
天然ゴムは主に生分解性で有機的なため、これらの条件に耐えることができません。言い換えれば、その化学物質は非合成または無機物です。また、その特性は人工的に変更できません。つまり、ゴムはその成分の自然な特性に固執しているということです。
違い
明らかに、シリコンは天然ゴムに比べて耐久性に優れています。シリコンに含まれるシリコン元素がこの物質に優れた特性を与えています。引張強度で比較すると、ゴムはシリコンよりも高いスコアを示します。ゴムの低硬度と高弾性が、その高い引張強度に大きく貢献しています。
類似点
基本的に、どちらのエラストマーも耐久性があると考えられています。どちらもある程度の耐久性があります。シリコンはほとんどの条件に耐えることができますが、ゴムは特定の環境条件に制限されます。
耐熱性
温度は分子構成に応じてエラストマーにさまざまな影響を与えます。この点では、シリコンとゴムは温度の影響をそれぞれ異なります。
シリコーン
耐熱性とは、その名の通り、極端な温度下でも形状と性質を維持する能力のことです。
シリコンは、低温から高温まで、あらゆる温度に耐えます。シリコンの温度耐性を見るときは、2 つの要素を考慮する必要があります。1 つは、熱が材料に与える影響です。2 つ目は、熱伝導率または熱伝達係数を考慮する必要があります。
この素材は、室温、低温、高温のいずれの環境でも、物理的にも化学的にもその形状を維持します。
シリコンは優れた断熱材でもあり、物体間の熱伝導を抑制します。この特性により、シリコンは次のような製品の製造に最適な素材となっています。 電子製品.
ゴム
天然ゴムの耐熱性は、ガラス転移抵抗 (Tg) と呼ばれる値によって決まります。Tg は、天然ゴムが熱にさらされたときに硬い状態から脆い状態に変化する点です。
天然ゴムの耐熱性は低いため、Tg も通常非常に低く、-70°C 程度と推定されます。ゴムが耐熱性を持たないことが、ゴムの用途範囲を制限する要因となっています。つまり、ゴムは極端な温度が予想される用途には適していません。
違い
明らかに、シリコンとゴムの耐熱性には差があります。シリコンは熱に耐えるために必要な分子構成を持っていますが、ゴムには限界があります。また、シリコンはゴムに比べて熱安定性に優れています。基本的に、耐熱性に関してはシリコンがゴムより優れています。
類似点
どちらのエラストマーも、広い温度範囲に対応できるという利点があります。つまり、エラストマーが耐えられる温度範囲があるということです。耐熱性はエラストマーにとって不可欠かつ望ましい特性です。
耐薬品性
耐薬品性は化学反応性の反対です。これは、化学物質による腐食や摩耗に抵抗する材料の能力を表します。エラストマーの耐性はさまざまな程度です。これは要因によって決まります。
シリコーン
化学物質にさらされたシリコーンの安定性は、期間、化学物質の種類、反応レベルなどの要因によって異なります。化学物質は自然界にさまざまな化合物として存在します。たとえば、酸はシリコーンがさらされる腐食性の化合物です。
一般的に、シリコンはほとんどの酸の影響を受けません。この特性は化学的不活性とも呼ばれます。シリコンは、酸やその他の発生源に含まれる化学物質による酸化や溶解に対して耐性があります。
しかし、シリコンは完全に不活性というわけではありません。つまり、長期間の暴露により、特定の化学物質の影響を受ける可能性があります。特に、合成化学物質や硫酸などの反応性の高い酸は、シリコンの外面を腐食させる可能性があります。幸いなことに、フルオロシリコンなどのシリコンハイブリッドは耐薬品性が向上しています。
ゴム
既知の化学物質は膨大な数に上ります。そのため、ゴムのこれらの化学物質に対する耐性を判断するのは困難です。 この抵抗チャート 天然ゴムの耐性レベルを示します。
天然ゴムはナフサやテレピン溶液と接触すると溶解します。ベンゼンも、長時間さらされるとゴムに多大なダメージを与えます。この化学物質はゴムの膨張、変色、ひび割れを引き起こし、その機械的特性に影響を与えます。
違い
化学薬品に対する耐性のレベルは、2 つのエラストマーによって異なります。当然のことながら、合成ゴムは化学的に強化され、耐性が強化されています。これにより、シリコン製品は、腐食性や反応性の高い化合物が大量に存在する環境でも最適な性能を発揮できます。
類似点
どちらのエラストマーも化学的な妨害に耐性があり、剛性を完全に失うことなく化学薬品に耐えることができます。
シリコンとゴムの耐薬品性は、分子の組成と構造によって左右されます。また、モノマー単位を保持する分子間結合の種類によっても耐薬品性が左右されます。
抗張力
エラストマーの場合、引張強度は、材料を引き伸ばしたときに破断するために必要な応力の量として定義されます。この特性は、シリコンまたはゴムがどの程度の力に耐えられるかを示すため重要です。
シリコーン
シリコンには多くの種類があり、それぞれに独自の引張強度があります。この力はメガパスカル (MPa) で表され、引裂強度や破断時の伸びなどの他の特性に影響します。これらの特性は、テストされるシリコンの種類に応じて最小値と最大値を持ちます。
HTV と LSR は、一般的に使用されているシリコーンです。一般的に、LSR は HTV よりも引張強度に優れています。これは主に、圧縮永久歪みが低いためです。圧縮永久歪みは、シリコーンに圧縮力が加えられた後にシリコーンがどれだけ速く回復するかを示すパラメータです。シリコーンは、他のシリコーンに比べてデュロメータ (硬度) も高くなっています。
ゴム
ほとんどのエラストマーと同様に、引張強度は加硫または硬化後に測定されます。ゴムは比較的優れた引張強度を持ち、ある程度の張力に耐えることができます。
天然ゴムの引張強度に関連する具体的な値を以下に示します。
| 財産 | 価値観 |
| デュロメーター硬度範囲 | 30 – 90 ショアA |
| 引張強度の範囲 | 500 – 3600 PSI |
| 破断伸び（%） | 300 – 900% |
ゴムが低張力条件で使用されることを意図している場合、これらの値は信頼できます。つまり、この材料は、破断したり破損したりすることなく、圧縮力と張力に耐えることができます。
違い
ゴムはシリコンよりも引張強度に優れています。これは、ゴムの分子構造がシリコンよりも高密度であるためです。ゴムの架橋は、そのデュロメーターを強化する強力な分子間結合でできています。シリコンは、伸ばしても破損しにくいですが、ゴムほどではありません。
類似点
引張強度と抵抗に関しては、シリコンとゴムの間にはそれほど多くの類似点はありません。しかし、どちらのエラストマーも非常に伸縮性があり、柔軟性があります。この特性により、張力に耐えることができます。
リバウンド回復力
弾力性は、力が加えられた後にエラストマーが示す回復速度を示します。技術的には、この特性は、力によって変形が発生した後に発揮されるエネルギーと消散されるエネルギーの比率として表されます。
シリコーン
シリコンの反発弾性を考慮することは賢明な選択です。これにより、その材料が意図した用途に適しているかどうかを判断するのに役立ちます。
この特性は、使用されるモノマーの重量や比率を含むポリマーの仕様などの要因によって影響を受けます。
シリコンは反発弾性が低いです。これはシリコンの架橋が構造内の分子の自由な動きに影響を与えるためです。この制限により、力による衝撃からの回復速度が遅くなります。ただし、この特性はシリコンの分子組成を調整することで改善できます。
ゴム
天然ゴムのポリマー構造は、ほとんどが直線状です。そのため、分子が自由に動き回ることができます。その結果、この動きが回復速度の高速化に貢献します。つまり、ゴムは優れた反発弾性を持っています。
違い
主な違いは、天然ゴムはシリコンよりも反発弾性が高いことです。天然ゴムは分子構造が線形であるため、回復が速いです。シリコンの非線形分子構造は分子の動きを制限し、変形後の回復速度を妨げます。
類似点
シリコンとゴムは、変形後に形状を回復する能力を持っています。言い換えれば、両方とも弾力性があります。また、この特性は同様の方法で測定されます。テストは特殊なツールを使用した物理的なものです。国際的には、テストは次のように説明されています。 ISO 4662:2009.
老化と耐候性
科学者たちは、合成エラストマーと天然エラストマーの老化を調べるために、放射線照射などのさまざまなテストを実施してきました。テストにより、シリコンとゴムがどのように老化するかを知ることができる興味深い結果が明らかになりました。
シリコーン
これ 勉強 シリコンは 1000 時間の放射線に耐えることができ、表面は変化しないことが示されました。ただし、表面はかなり多孔質になりましたが、機能にはあまり影響しません。
合成エラストマーであるシリコンは、放射線やその他の外部ストレスによる風化を防ぐためのほぼ完璧な分子構成を持っています。温度もエラストマーの老化を促進する要因の 1 つです。シリコンは高温と低温の条件に耐えられるため、温度によってわずかに老化します。
ゴム
ゴムはシリコンよりも早く劣化します。また、風化の速度も速くなります。劣化はさまざまな方法で定義できます。ゴムの場合、長時間日光にさらされて硬化することが劣化とみなされます。
いくつかの 研究で明らかになった ゴムは長時間太陽光線にさらされると硬化します。この硬化により破断時の伸びが低下し、その結果、材料が脆くなり、伸縮性が低下します。
変色はゴムに見られるもう 1 つの老化現象です。基本的に、ほとんどの環境要因が天然ゴムの構造的完全性に影響を及ぼします。
違い
シリコンは天然ゴムよりも劣化が遅くなります。たとえば、放射線の影響はシリコンよりもゴムの方がはるかに大きくなります。これは、ゴムとは異なり、シリコンの無機元素であるシリコンは放射線の影響に耐性があるためです。
類似点
シリコンとゴムの主な類似点は、どちらも寿命があることです。シリコンは優れた特性を持っているため、ゴムよりも寿命が長いのです。標準的な配合では、赤外線に過度にさらされると影響を受けます。
シリコンとゴム：利点と欠点
ゴムやシリコンにはどのような利点と欠点があるのでしょうか。これは、これらの素材をビジネスに利用することを検討している場合に自問する必要がある質問です。エラストマーの特性に基づいて、これらの長所と短所を表にまとめてみましょう。
シリコンとゴムの長所と短所を比較する
| 利点 | デメリット | |
| シリコーン | – 高温耐性
– 高い耐薬品性 – 高い耐水性 – 変形後も形状を維持できる – 長寿命 – メンテナンスは最小限で済む – 高い熱安定性 – 高い電気抵抗 |
– 比較的高価
– 引張強度、引裂強度、伸びが低い |
| ゴム | – 700%の破断伸びが高い
– 高い反発抵抗 – 優れた引張強度 – 生分解性 – 価格効率が良い |
– 在庫数に限りがあります
– 老化が早い – 化学的不活性度が低い – 耐熱性が低い – オゾン層破壊を起こしやすい |
あなたにぴったりの素材はどれですか?
シリコンとゴムのどちらを選ぶかは難しいかもしれません。これは、どちらにも長所と短所があるからです。より直接的なアプローチは、意図する用途に基づいて長所と短所を評価することです。
たとえば、使用環境で高い耐熱性が求められる場合、シリコンが最適です。ほとんどの場合、基本要素として特性を考慮する必要があります。
他に同様に重要な要素は、使用例です。業界によっては、毒性の低い材料の方がメリットが大きい場合があります。たとえば、キッチン用品を製造している場合は、毒性が低いシリコン製品を検討する必要があります。さらに、シリコンの熱安定性は、この用途に役立ちます。
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結論
この包括的な記事では、シリコンと天然ゴムの特性を比較しました。両方のエラストマーには相違点と類似点があることが明らかになりました。何よりも、それぞれに長所と短所があります。どちらかといえば、特定のエラストマーは独自の特性によって定義されます。
その他のリソース:
シリコーンエラストマーとは – 出典: LEGENDAY