シリコンベースの製品の製造に使用される材料を指す用語はいくつかあります。そのため、意思決定のために特定の材料を理解しようとすると、非常に混乱することがあります。これらの用語の 1 つがシリコン エラストマーです。この記事では、この用語について知っておく必要のあるすべてのことを学びます。
シリコーンエラストマーとは何ですか?
シリコン エラストマーの定義は、シリコンとエラストマーの 2 つの部分から成ります。まず、シリコンは技術的にはプラスチックです。ただし、その形成、分子構造、特性は通常のプラスチックとは異なります。化学的には、メチル基が繰り返されるシリコン酸素化合物でできた合成ポリマーとして分類できます。
一方、エラストマーはゴムのような材料です。化学的にはポリマーですが、架橋結合が不十分な化合物です。これがエラストマーに弾性を与えるものです。合成ゴムはエラストマーの一例です。
これを念頭に置くと、シリコーン エラストマーは緩く架橋された合成ポリマーであると推測できます。シリコーン エラストマーとプラスチックの主な違いは、硬化プロセスによって、高温でも変更できない永久的な結合が形成されることです。
言い換えれば、シリコーンとシリコーン エラストマーという用語は同じ意味で互換的に使用できます。材料科学では、ポリシロキサンとシロキサンという用語はシリコーン エラストマーを指すためにも使用されます。最後に、国際社会では、シリコーンの標準略語として VMQ、PMQ、および PVMQ が使用されています。
シリコーンエラストマーの概要
シリコンには、他の種類の合成ポリマーとは異なる特性や特徴がいくつかあります。シリコンには、特定の環境での使用に適した独自の性質があります。これらの特性について詳しく見ていきましょう。
シリコーンエラストマーの化学的性質
物質の化学的性質は、特定の条件にさらされたときにその分子構造がどのような影響を受けるかを示します。シリコーン エラストマーの配合には、次の化学的性質があります。
耐薬品性
シリコンの耐薬品性は、腐食環境でも劣化しないという性質です。不活性とも呼ばれます。一般的に、シリコン エラストマーは多くの化学物質と互換性があります。つまり、耐薬品性が高いということです。ただし、耐性がある程度失われる点には注意が必要です。
あ 耐性チャート は、シリコーンの化学物質に対する耐性レベルを示すために使用されます。この表は、シリコーンが耐性を持つ化学物質とその程度を概説しています。一般的に、化学物質は酸、グリース、油、有機化合物に含まれています。シリコーンの特定の耐性は、材料を使用する環境に基づいて決定できます。
熱抵抗
エラストマーは技術的には熱の影響を受けませんが、シリコーンベースの製品には熱エネルギーに耐える程度があります。たとえば、シリコーンエラストマーは150℃までの温度でも変形しません。o C. 同じクラスのプラスチックのほとんどのポリマーは、かなり低い温度で溶けます。
シリコーンは耐熱性に優れているため、高温環境で使用される製品の製造に適しています。良い例は次のとおりです。 キッチン用品.
紫外線耐性
UV 耐性を表す別の用語は耐候性です。耐候性は、主に太陽からの紫外線にさらされたときのシリコンの挙動を示します。ほとんどのシリコン製品は屋外での使用を前提としているため、UV 耐性は非常に重要です。
紫外線に対する耐性は、シリコーンの分子構造を損なわないために不可欠です。紫外線に長時間さらされると、静的シーラントやガスケットの製造に有用なシリコーンエラストマーの弾性に影響を及ぼします。幸いなことに、シリコーンエラストマーは紫外線による劣化に対して非常に耐性があります。
耐油性および耐溶剤性
オイルや溶剤はシリコーンエラストマーと相性がよく、構造や形状への影響は最小限です。言い換えれば、この材料は鉱油や極性有機化合物に含まれる化学構造剤の影響を受けません。特に、シリコーンは100℃以下のほとんどのオイルに対して優れた耐性を持っています。oC.
ただし、シリコンはベンゼン、トルエン、ガソリンなどの非極性有機化合物にさらされると膨張することに注意してください。幸いなことに、化合物から化合物が除去されると膨張は消えます。
電流抵抗
シリコンの成分であるシリコンは、電気伝導性が低いため、電流抵抗が高いと考えられます。この化学的性質により、シリコンは電気機器の絶縁材として最適です。抵抗は、温度などの外部要因や水などの電気伝導体によってほとんど影響を受けません。このため、シリコン エラストマーは誘電体とみなすことができます。
シリコーンエラストマーの機械的性質
これらの特性は、力という形で外部応力を受けたときにシリコーン エラストマーがどのように動作するかを示します。ほとんどの場合、製品が示す実際の値を取得するために、硬化したシリコーン エラストマーで測定されます。
破断時の伸び
シリコンが優れた伸び率を持っているということは、シリコン製品の伸張によって生じる予想されるストレスに耐えられることを意味します。
破断時の伸びとは、エラストマーが破断するまでに伸びる長さです。この場合、距離が長いほど、破断に対する耐性が高くなります。シリコン エラストマーの種類によって破断時の伸び率は異なりますが、通常は高くなります。この特性は、引き裂き強度と引張強度に関連しているため、一緒にテストされます。
硬度
硬度は、圧縮圧力下での変形に対する抵抗の尺度です。言い換えれば、シリコン エラストマーはどのようにして圧縮力を維持するのでしょうか。これはデュロメーターとも呼ばれ、抵抗に基づいて異なるスケールが割り当てられています。
シリコン エラストマーは、柔らかい場合も硬い場合もあります。これは、架橋剤の密度やその他の特性によって異なります。デュロメーターのスケールが異なるのは、特定の用途では柔らかい材料と密度の高い材料の両方が有用であるためです。
引裂強度
引き裂き強度は、シリコンが機械的ストレス下でどのように機能するかを示す重要な指標です。これは、欠けたシリコンの引き裂きやすさの指標です。シリコンは引き裂くのにそれほど力を必要としないため、引き裂き耐性が低いことを意味します。
この特性は、シリコン製品の使用時に予想される摩耗状態をシミュレートします。耐性が優れているほど、製品は高張力環境に耐えることができます。引裂強度は、ポンド/インチ (ppi) で測定されます。
抗張力
張力がかかった状態でシリコンを破壊するために必要な力を引張強度といいます。材料の引張強度が高い場合、破壊するのに大きな力が必要であることを意味します。シリコンの場合がこれに該当します。一般的な強度は通常高いですが、具体的な力はシリコン エラストマーの種類によって異なります。
耐摩耗性
一部のタイプのエラストマーは優れた耐摩耗性を備えていますが、シリコンは摩耗環境に耐えることができません。摩耗とは、材料の外面が繰り返し攻撃を受けることで生じる摩耗のことです。
シリコンエラストマーは引き裂き抵抗が低いため、耐摩耗性に劣ります。このため、シリコンは主に動的ではなく静的な製品に推奨されます。製品の動きが制限されている場合、シリコンはすぐに摩耗することなく最適に機能します。
シリコーンエラストマーの化学
シリコンを分子レベルで理解することは、多くの点で有益です。まず、この物質がどのように合成されるかがわかります。次に、シリコンのさまざまな形態を簡単に区別できるようになります。
シリコーンエラストマーの定義では、シリコーンがケイ素酸素化合物とメチル基を含むポリマーであることがすでに述べられています。ケイ素はさまざまな岩石に自然に存在し、特別なプロセスを使用して抽出されます。
シリコンは酸素と結合して二酸化ケイ素 (SiO2) を形成します。実験室では、この化合物はメチル基の付加を伴う重合を経て、シリコーンまたはシリコーンポリマーを形成します。これがシリコーンの合成方法の基本的な説明です。もちろん、シリコーンは使用可能にするために他の精製および精製手順を経ます。
熱可塑性エラストマー（TPE）と熱硬化性樹脂
合成ポリマーの使用を監視する規制機関は、さまざまな形態のエラストマーを区別するための分類を考案しました。この文脈では、密接に関連しながらも異なる 2 つのクラスがあります。それは、熱可塑性エラストマーと熱硬化性エラストマーです。どちらも伸縮性などのゴム特性を備えています。
これら 2 種類のエラストマーの主な違いは、熱可塑性エラストマーは熱によって変形できるのに対し、熱硬化性エラストマーは変形できないことです。言い換えると、熱可塑性エラストマーは特定の温度で溶けることがあります。
熱硬化性エラストマーを結合するために使用される架橋技術は、硬化中に永久的な共有結合を形成します。この結合は柔軟にするために緩やかですが、高温下での変形を防ぐのに十分な強度があります。
熱硬化性樹脂としてのシリコーンエラストマー
上で説明した熱硬化性樹脂の特性は、シリコーン エラストマーを定義します。シリコーンは、熱硬化性樹脂の多くの例の 1 つです。シリコーン エラストマーは、熱硬化性プラスチックと呼ばれる特殊なタイプのプラスチックです。通常のプラスチックと異なるのは、硬化プロセスです。
シリコンの硬化プロセスでは、硬化剤が分子構造とさまざまなグループの結合を変えます。生成された共有結合は永久的であるため、熱可塑性プラスチックとは異なり、変化しにくいです。基本的に、これがシリコンがほとんど溶けず、温度に対する耐性が高い理由です。
シリコーンエラストマー試験
シリコンの特性は、粉砕または製造プロセスを開始する前に検証する必要があります。さらに、製造プロセス中に他のテストも実行されます。
シリコーンエラストマーのASTM試験規格
ASTM は、シリコンを含むさまざまな材料を扱うための規格を規制する国際機関です。この機関は、シリコン エラストマー試験のガイドラインを定め、承認値やその他の規制措置を示しています。
シリコーンエラストマーの試験基準は以下に記載されています。 ゴム規格試験に関する一般的なガイドラインを提供します。具体的な試験は、使用されるシリコーン エラストマーの種類に基づいて決定されます。
主なシリコーンエラストマー特性試験
適切なテストは主に、用途、製造プロセス、およびシリコンの種類によって決まります。これらのテストによって必要な特性を確認し、製造方法を決定するためです。
試験が絞り込まれるもう一つの理由は、シリコーンの特性と同じ数の試験が利用できるからです。詳しく言うと、事実上すべての特性は複数の試験で試験できます。たとえば、紫外線耐性だけでも、複数の化学的および物理的試験で試験できます。 紫外線耐性試験基準 シリコン用。
すべてのシリコン エラストマーに対して実施される一般的なテストには、デュロメーター、弾性係数、および伸長係数が含まれます。これらのテストは、シリコン製品が機械的ストレスにどのように対処するかを正確にシミュレートします。
シリコーンエラストマーの性能に影響を与える要因
シリコンは多くのストレス要因に対してほぼ耐性がありますが、その性能に大きく影響する状況があります。シリコン製品のパフォーマンスの良し悪しを左右する要因がいくつかあります。以下にその要因をいくつか挙げます。
老化および劣化促進剤
時間が経つにつれて、シリコン製品の品質は劣化します。これは、使用中か保管中かに関わらず起こります。品質の低下は、環境、保管条件、品質によって早まったり遅くなったりすることがあります。
不利な条件により、シリコン製品は早期に劣化する可能性があります。明確に言えば、シリコンが耐えられない環境で使用された場合、予想よりも早く劣化し、劣化します。同様に、オゾンなどの特定のストレス要因のある環境で保管された場合、シリコンははるかに速い速度で劣化する傾向があります。つまり、特性が低下します。
シリコーンエラストマーの種類
シリコーン エラストマーにはいくつかの種類があります。一般的なものには、高稠度ゴム (HCR)、室温加硫ゴム (RTV)、液状シリコーンゴム (LSR) などがあります。これらのタイプはそれぞれ、分子組成と固有の特性に基づいて長所を持っています。
エラストマーの種類は、さまざまな方法でその性能に影響します。たとえば、製造時に硬化方法が異なる種類があります。前述のように、硬化はゴムの特性に影響します。また、種類によって製造できる製品が決まり、それが使用される環境を制御します。性能は周囲の環境によって影響を受けます。
硬化および製造プロセス
シリコーン エラストマーはさまざまな方法で硬化します。一般的な硬化システムには、過酸化物システム、白金触媒、縮合、オキシム システムなどがあります。これらの硬化システムは、熱や圧力を加えることで強化されます。
硬化はエラストマーを硬くすることを目的としているため、エラストマーの性能に悪影響または好影響を与える可能性があります。使用する硬化システムの種類は、分子レベルでのシリコーンの安定性に影響を与えます。これは最終製品の特性に反映されます。幸いなことに、シリコーン製品に後硬化を行うことで安定性を高めることができます。
環境要因
シリコン製品はさまざまな用途向けに作られています。つまり、シリコン製品はその寿命中に厳しい状況にも好ましい状況にもさらされる可能性があるということです。シリコンは外部条件の厳しさに応じてその性能を維持します。
温度、紫外線、張力などのストレス要因により、シリコンの機械的特性が低下します。ただし、シリコン製品をメンテナンスできる場合は、最良の結果を得るために推奨される手順に従ってください。
他の材料との互換性
他の材料との互換性は、シリコーン エラストマーの性能に影響を与える重要な要素です。この場合の互換性とは、特性を失うことなく他の材料と共存または相互作用する能力を意味します。一般的に、シリコーンは、希釈された無機酸や塩基、鉱油など、ほとんどの材料と互換性があります。
互換性があるとはいえ、特定の材料に耐えられる範囲は限られています。この制限により、パフォーマンスに悪影響が出る可能性があります。したがって、パフォーマンスを向上するには、周囲環境と互換性のあるシリコンを使用することをお勧めします。
シリコーンエラストマーの利点
シリコンは、さまざまな理由で頼りになる素材です。特に、シリコンには、同じカテゴリの他の素材よりも優れているいくつかの利点があります。利点のほとんどは、その優れた特性に見られます。以下にまとめてみましょう。
- 高品質の素材： シリコンには、さまざまな用途に適した多くの特性があります。その品質は、非常に耐久性が高いため、高性能で過酷な環境での使用に適しています。
- 耐久性: これは、シリコンがその特性を失うことなく、長期間にわたって厳しい領域で機能できることを意味します。耐久性のある材料はコスト効率が高く、環境にも優しいです。
- 多用途: 用途の面では、シリコーンエラストマーはさまざまな用途に使用できるという点で汎用性があります。汎用性は、シリコーンの特性を多くの分野に広げることができることを意味するため、非常に重要です。
これらの利点のほとんどは、使用されるシリコン エラストマーの種類によって異なることに注意してください。つまり、利点はタイプによって異なります。
シリコーンエラストマーの欠点
この素材は非常に有益ですが、欠点もあります。その使用、アクセス性、適合性を制限する欠点がいくつかあります。これらの欠点には、次のようなものがあります。
- 比較的高価: シリコンは優れた特性を持つため、価格が高くなります。特に、シリコンの初期費用は高額です。しかし、良い面としては、メンテナンスの必要性が少なく、パフォーマンスが優れているため、このコストは相殺されます。
- 互換性の欠如: シリコンはいくつかの素材と相性が良いのですが、長期間使用すると特性が失われることがあります。さらに、素材によっては、接触するとほぼ瞬時にシリコンの性質が完全に変化してしまうものもあります。
シリコンの欠点のほとんどは、製造工程で改善または防止できます。たとえば、引き裂き強度などの特性は、特定の硬化システムを使用することで強化できます。
適切なシリコーンエラストマーの選び方
選択できるオプションや考慮すべき要素が多数あるため、製品に適したシリコンの種類を選択するのは非常に困難です。その場合は、次の要素に基づいて決定することができます。
- 硬度： シリコンには、柔らかいものと硬いものの 2 つの硬度スケールがあります。製品の柔らかさや硬さは、これらのスケールによって決まります。したがって、適切な硬度を選択することが重要です。
- 耐薬品性: シリコンは特定の化学物質に対して選択的に耐性があることについて説明しました。この要素が重要である理由は、ほとんどの環境にはシリコンに影響を与える可能性のある天然化学物質または合成化学物質が混在しているからです。
- 硬化方法： シリコン製品の製造元は、自社の知識に基づいて硬化方法を決定します。ただし、適用可能な場合は、特定のシステムを要求することで、この決定に影響を与えることができます。
- ガイドラインと規制: ASTM、FDA などの複数の機関が、シリコンの使用を管理する規制措置を定めています。たとえば、FDA はシリコン食品の製造用に特定のグレードのシリコンを承認しています。コンプライアンスのためには、これらのガイドラインに従う必要があります。
上記の検討事項のリストは、ほとんど網羅的ではありません。いずれにしても、予算や材料の入手可能性については触れていませんが、これらはすべて同様に重要です。全体として、これらの要素に基づいて決定を下すと、良い結果が保証されます。
用途に応じたさまざまなタイプのシリコーンエラストマー
- シリコーンエラストマーパウダー
- 化粧品のシリコーンエラストマー
- シリコンエラストマーコンタクトレンズ
- シリコンエラストマーカテーテル
- シリコンエラストマーブレンド
- シリコンエラストマーSDS
- シリコンエラストマーゲル
- シリコンエラストマーシート
- シリコンエラストマーキット
結論
この包括的な記事では、シリコーン エラストマーの定義、特性、利点、欠点、および性能に影響を与える条件について詳しく説明しました。これで、この材料とそれに関連するすべてのものについて理解が深まりました。 お問い合わせ シリコーンエラストマーに関する詳細については、こちらをご覧ください。
その他のリソース:
17 現代産業における電子機器向けシリコーンエラストマーの用途 – 出典: Legenday