Существует несколько терминологий, используемых для обозначения материалов, используемых при производстве изделий на основе силикона. Таким образом, это может быть довольно запутанным, если вы пытаетесь понять определенный материал для принятия решений. Один из таких терминов — силиконовые эластомеры. В этой статье вы узнаете все, что вам нужно знать об этом термине.
Что такое силиконовый эластомер?
Определение силиконового эластомера можно построить из двух частей — силикон и эластомер. Во-первых, силикон технически является пластиком. Однако его формирование, молекулярная структура и свойства отличаются от обычных пластиков. Химически его можно классифицировать как синтетический полимер, изготовленный из соединений кремния и кислорода с повторяющимися метильными группами.
С другой стороны, эластомеры — это резиноподобные материалы. Химически они являются полимерами, но имеют слабо сшитые соединения. Это то, что придает им эластичную природу. Синтетический каучук — пример эластомера.
Имея это в виду, мы можем сделать вывод, что силиконовые эластомеры являются слабосшитыми синтетическими полимерами. Главное отличие силиконовых эластомеров от пластика заключается в том, что процесс отверждения создает постоянную связь, которая не может быть изменена под воздействием высокой температуры.
Другими словами, термины «силикон» и «силиконовый эластомер» могут использоваться взаимозаменяемо, обозначая одно и то же. В материаловедении термины «полисилоксаны» и «силоксаны» также используются для обозначения силиконовых эластомеров. Наконец, международное сообщество использует VMQ, PMQ и PVMQ в качестве стандартных сокращений для слова «силикон».
Обзор силиконовых эластомеров
Силикон обладает рядом свойств и характеристик, которые отличают его от других типов синтетических полимеров. Он обладает уникальными качествами, которые делают его пригодным для использования в определенных условиях. Давайте рассмотрим эти свойства.
Химические свойства силиконовых эластомеров
Химическое свойство вещества показывает, как его молекулярная структура подвергается воздействию определенных условий. Формула силиконовых эластомеров имеет следующие химические свойства.
Химическая стойкость
Химическая стойкость силикона — это его способность выдерживать коррозионные среды без ухудшения свойств. Она также известна как инертность. Как правило, силиконовые эластомеры совместимы со многими химикатами. Это означает, что их химическая толерантность высока. Однако стоит отметить, что существуют определенные пределы, в которых стойкость снижается.
А диаграмма устойчивости используется для указания уровней устойчивости силикона к химикатам. В этой таблице указаны химикаты, к которым устойчив силикон, и в какой степени. В целом, химикаты можно обнаружить в кислотах, смазках, маслах и органических соединениях. Вы можете определить конкретную устойчивость силикона на основе среды, в которой вы собираетесь использовать материал.
Тепловое сопротивление
Хотя эластомеры технически не подвержены воздействию тепла, существуют пределы, в которых силиконовый продукт будет выдерживать тепловую энергию. Например, силиконовые эластомеры могут оставаться недеформированными при температурах до 150о C. Большинство полимеров в одном классе пластмасс плавятся при значительно низких температурах.
Отличная термическая или термостойкость силикона делает его пригодным для производства изделий, используемых в условиях высоких температур. Хорошим примером является кухонные принадлежности.
Устойчивость к ультрафиолетовому излучению
Другой термин, используемый для обозначения устойчивости к УФ-излучению, — это атмосферостойкость. Она определяет поведение силикона при воздействии ультрафиолетовых лучей, в первую очередь солнечных. Устойчивость к УФ-излучению имеет решающее значение, поскольку большинство силиконовых изделий предназначены для наружного применения.
Способность противостоять УФ-излучению необходима для обеспечения целостности молекулярной структуры силикона. Длительное воздействие УФ-излучения влияет на эластичность силиконовых эластомеров, которые полезны при изготовлении статических герметиков и прокладок. К счастью, силиконовые эластомеры обладают высокой устойчивостью к УФ-деградации.
Устойчивость к маслам и растворителям
Масла и растворители совместимы с силиконовыми эластомерами и оказывают минимальное влияние на их структуру и форму. Другими словами, этот материал не подвержен влиянию химических структурных агентов, содержащихся в минеральных маслах и полярных органических соединениях. В частности, силикон обладает превосходной устойчивостью к большинству масел ниже 100оС.
Однако стоит отметить, что силикон не разбухает при воздействии неполярных органических соединений, таких как бензол, толуол и бензин. Хорошей новостью является то, что разбухание исчезнет после его изъятия из соединения.
Сопротивление электрическому току
Кремний, элемент в силиконе, является плохим проводником электричества. Поэтому это говорит о том, что силикон имеет высокое сопротивление электрическому току. Это химическое свойство делает его отличным изоляционным материалом для электрооборудования. На сопротивление редко влияют внешние факторы, такие как температура и электрические проводники, такие как вода. По этой причине силиконовый эластомер можно считать диэлектрическим материалом.
Механические свойства силиконовых эластомеров
Эти свойства демонстрируют, как ведут себя силиконовые эластомеры при воздействии внешнего напряжения в форме силы. В большинстве случаев они измеряются на вулканизированных силиконовых эластомерах, чтобы получить фактические значения, которые будут демонстрировать продукты.
Удлинение при разрыве
Если силикон обладает отличной растяжимостью, это означает, что он может выдерживать ожидаемые нагрузки, возникающие при растяжении силиконового изделия.
Удлинение при разрыве — это длина, которую эластомер растягивает до разрыва. В этом случае, чем больше расстояние, тем лучше сопротивление разрыву. Различные силиконовые эластомеры имеют различные проценты удлинения при разрыве, которые обычно высоки. Это свойство испытывается вместе с прочностью на разрыв и растяжение, поскольку они связаны.
Твёрдость
Твердость — это мера сопротивления деформации под давлением сжатия. Другими словами, как силиконовый эластомер выдерживает силу сжатия? Это также называется дюрометром, и ему присваиваются различные шкалы в зависимости от сопротивления.
Силиконовые эластомеры могут быть мягкими или твердыми. Это зависит от плотности сшивающих агентов и других характеристик. Причина различных шкал дюрометров заключается в том, что как мягкие, так и плотные материалы полезны в определенных областях применения.
Прочность на разрыв
Прочность на разрыв — это важнейшая мера того, как силикон ведет себя при механическом напряжении. Это мера легкости разрыва силикона, который был расколот. Поскольку силикону требуется меньшая прочность на разрыв, это означает, что он имеет низкую устойчивость к разрыву.
Это свойство имитирует условия износа, которые ожидаются при использовании силиконового продукта. Чем лучше сопротивление, тем больше продукт может выдерживать высоконапряженные среды. Прочность на разрыв измеряется в фунтах на дюйм (ppi).
Предел прочности
Сила, необходимая для разрыва силикона, когда он находится под напряжением, называется пределом прочности на разрыв. Когда материал имеет высокий предел прочности на разрыв, это означает, что для его разрыва требуется большое усилие. Это касается силикона. Хотя общая прочность обычно высока, удельная сила будет зависеть от конкретного типа рассматриваемого силиконового эластомера.
Стойкость к истиранию
В то время как некоторые типы эластомеров обладают превосходной стойкостью к истиранию, силикон не способен выдерживать абразивные среды. Истирание — это износ, вызванный повторяющейся агрессией внешней поверхности материала.
Силиконовые эластомеры имеют низкую устойчивость к истиранию из-за низкого сопротивления разрыву. Вот почему силикон рекомендуется для изделий, которые в основном статичны, а не динамичны. Если движение изделия ограничено, силикон может функционировать оптимально, не изнашиваясь быстро.
Химия силиконового эластомера
Понимание силикона на молекулярном уровне полезно во многих отношениях. Во-первых, вы поймете, как синтезируется материал. Во-вторых, вы легко сможете различать различные формы силиконов.
В определении силиконовых эластомеров мы уже установили, что силиконы — это полимеры с кремний-кислородными соединениями и метильными группами. Кремний существует в природе в различных горных породах и извлекается с помощью специальных процессов.
Кремний соединяется с кислородом, образуя диоксид кремния (SiO2). В лаборатории это соединение подвергается полимеризации, которая включает добавление метильных групп, образуя силикон или силиконовый полимер. Это основное объяснение того, как синтезируется силикон. Очевидно, что он подвергается другим процедурам очистки и рафинирования, чтобы сделать его пригодным для использования.
Термопластичные эластомеры (ТПЭ) против термореактивных материалов
Регулирующие органы, контролирующие использование синтетических полимеров, разработали классификацию для различения различных форм эластомеров. В этом контексте у нас есть два тесно связанных, но разных класса. Это термопластичные эластомеры и термореактивные материалы. Оба обладают свойствами резины, такими как растяжение.
Главное различие между этими двумя классами эластомеров заключается в том, что термопластичные эластомеры могут деформироваться под воздействием тепла, а термореактивные — нет. Другими словами, термопласты могут плавиться при определенных температурах.
Метод сшивания, используемый для связывания термореактивных эластомеров, создает постоянную ковалентную связь во время отверждения. Эта связь является рыхлой, что делает ее гибкой, но достаточно прочной, чтобы предотвратить деформацию при высоких температурах.
Силиконовые эластомеры как термореактивные материалы
Характеристики термореактивных материалов, которые мы обсудили выше, определяют силиконовые эластомеры. Если говорить точнее, то силикон — это один из многих примеров термореактивных материалов. Силиконовые эластомеры — это особый тип пластика, известный как термореактивный пластик. От обычных пластиков их отличает процесс отверждения.
В процессе отверждения силикона отвердители изменяют молекулярную структуру и связь различных групп. Созданная ковалентная связь является постоянной, что означает, что ее трудно изменить в отличие от термопластиков. По сути, именно поэтому силикон практически невозможно расплавить или он имеет высокую устойчивость к температуре.
Испытание силиконового эластомера
Наличие свойств силикона необходимо проверить до начала процессов фрезерования или производства. Кроме того, в ходе производственных процессов проводятся и другие испытания.
Стандарты испытаний ASTM для силиконовых эластомеров
ASTM — это международный орган, который регулирует стандарты для работы с различными материалами, включая силикон. Этот орган имеет руководящие принципы для испытаний силиконовых эластомеров, которые указывают одобренные значения и другие нормативные меры.
Стандарты испытаний силиконовых эластомеров можно найти в разделе стандарты резины. Он содержит общие указания по испытаниям. Конкретные испытания будут определяться на основе конкретного типа используемого силиконового эластомера.
Основные испытания свойств силиконового эластомера
Применение, процесс изготовления и тип силикона в первую очередь определяют соответствующие испытания. Это связано с тем, что эти испытания подтвердят необходимые свойства и определят метод производства.
Другая причина, по которой тесты сужаются, заключается в том, что существует столько же доступных тестов, сколько и свойств силикона. Если говорить проще, то практически все свойства можно проверить с помощью нескольких тестов. Например, устойчивость к УФ-излучению можно проверить с помощью нескольких химических и физических тестов. Нажмите здесь, чтобы изучить Стандарты испытаний на устойчивость к ультрафиолетовому излучению для силикона.
Общие испытания, которые проводятся для всех силиконовых эластомеров, включают дюрометр, модуль упругости и модуль удлинения. Эти испытания точно моделируют, как силиконовый продукт будет справляться с механическим напряжением.
Факторы, влияющие на эксплуатационные характеристики силиконовых эластомеров
Хотя силикон практически невосприимчив ко многим стрессовым факторам, существуют обстоятельства, которые серьезно ставят под сомнение его эффективность. Существуют факторы, которые определяют, насколько хорошей или плохой будет эффективность силиконового продукта. Вот некоторые из этих факторов.
Ускорители старения и деградации
Со временем качество силиконового продукта ухудшается. Это не зависит от того, используется он или хранится. Потеря качества может быть ускорена или замедлена окружающей средой, условиями хранения и качеством.
Неблагоприятные условия могут преждевременно состарить силиконовый продукт. Для ясности, если силикон используется в среде, которую он не переносит, он будет стареть и разрушаться быстрее, чем ожидалось. Аналогично, если он хранится в среде с определенными стрессорами, такими как озон, он имеет тенденцию к ухудшению с гораздо большей скоростью. Другими словами, его свойства ухудшаются.
Тип силиконового эластомера
Существует несколько типов силиконовых эластомеров. Распространенные включают высококонсистентный каучук (HCR), вулканизацию при комнатной температуре (RTV) и жидкий силиконовый каучук (LSR). Каждый из этих типов имеет свои сильные стороны, основанные на его молекулярном составе и уникальных свойствах.
Тип эластомера влияет на его эксплуатационные характеристики многими способами. Например, разные типы имеют разные методы вулканизации во время производства. Как мы видели ранее, вулканизация влияет на свойства резины. Кроме того, тип определяет продукт, который может быть изготовлен, что в свою очередь контролирует условия, в которых он будет использоваться. Эксплуатационные характеристики зависят от окружающей среды.
Процесс отверждения и производства
Силиконовые эластомеры отверждаются разными способами. Распространенные системы отверждения включают: пероксидные системы, платиновые катализируемые, конденсационные и оксимные системы. Эти системы отверждения усиливаются добавлением тепла или давления.
Поскольку отверждение направлено на затвердевание эластомера, оно может иметь как отрицательное, так и положительное влияние на его эксплуатационные характеристики. Тип используемой системы отверждения влияет на стабильность силикона на молекулярном уровне. Это отражается на свойствах конечного продукта. К счастью, стабильность можно повысить, выполнив пост-отверждение силиконового продукта.
Факторы окружающей среды
Изделия из силикона изготавливаются для различных применений. Это означает, что материал может подвергаться как суровым, так и благоприятным ситуациям в течение своего срока службы. Силикон сохраняет свои эксплуатационные характеристики в зависимости от суровости внешних условий.
Такие стрессоры, как температура, УФ-излучение и напряжение, снижают механические свойства силикона. Однако, если силиконовое изделие можно обслуживать, следуйте рекомендуемым практикам для достижения наилучших результатов.
Совместимость с другими материалами
Совместимость с другими материалами является важным аспектом, который влияет на работу силиконовых эластомеров. Совместимость в данном случае означает способность сосуществовать или взаимодействовать с другими материалами без потери своих свойств. Как правило, силикон совместим с большинством материалов, таких как разбавленные неорганические кислоты и основания, а также минеральные масла.
Насколько он совместим, настолько же ограничена степень, в которой он может выдерживать или переносить определенные материалы. Это ограничение может негативно повлиять на его производительность. Поэтому для продления производительности рекомендуется использовать силикон, совместимый с окружающей средой.
Преимущества силиконовых эластомеров
Силикон — это материал, к которому обращаются по многим причинам. В частности, у него есть несколько преимуществ, которые делают его превосходным по сравнению с другими материалами в своей категории. Большинство преимуществ наблюдаются в его превосходных свойствах. Давайте обобщим их в следующем виде;
- Высококачественный материал: Силикон обладает многими свойствами, которые желательны для различных применений. Его качество подходит для высокопроизводительного использования и использования в агрессивной среде, поскольку он достаточно устойчив.
- Прочный: Это означает, что силикон может функционировать в сложных регионах в течение длительного времени, не теряя своих свойств. Прочные материалы являются экономически эффективными и экологически чистыми.
- Универсальный: С точки зрения применения силиконовые эластомеры универсальны, поскольку их можно использовать в различных вариантах использования. Универсальность имеет решающее значение, поскольку она означает, что свойства силикона могут быть распространены на многие области.
Обратите внимание, что большинство этих преимуществ будут зависеть от типа используемого силиконового эластомера. Это означает, что преимущества будут различаться от одного типа к другому.
Недостатки силиконовых эластомеров
Хотя этот материал весьма полезен, у него есть свои недостатки. Существует ряд недостатков, которые ограничивают его использование, доступность и пригодность. Некоторые из этих недостатков включают следующее;
- Относительно дорого: Благодаря своим превосходным свойствам силикон имеет высокую цену. В частности, первоначальная стоимость силикона высока. Однако, с другой стороны, эта стоимость компенсируется его оптимальной производительностью при низких требованиях к обслуживанию.
- Отсутствие совместимости: Хотя силикон совместим с некоторыми материалами, он может потерять свои свойства в течение длительного времени. Более того, некоторые материалы полностью деформируют природу силикона почти мгновенно после контакта.
Большинство недостатков силикона можно улучшить или предотвратить в процессе производства. Например, некоторые свойства, такие как прочность на разрыв, можно улучшить, используя определенные системы отверждения.
Как правильно выбрать силиконовый эластомер
При наличии множества вариантов выбора и множества факторов, которые следует учитывать, выбор подходящего типа силикона для ваших продуктов может стать ошеломляющим. Если это так, вы можете основывать свое решение на следующих факторах;
- Твёрдость: Силикон имеет две шкалы твердости — мягкую и жесткую. Мягкость или жесткость вашего продукта будет определяться этими шкалами. Поэтому имеет смысл выбрать правильную твердость.
- Химическая стойкость: Мы обсуждали, что силикон избирательно устойчив к определенным химикатам. Причина, по которой этот фактор имеет жизненно важное значение, заключается в том, что большинство сред имеют комбинацию природных или синтетических химикатов, которые могут воздействовать на силикон.
- Метод отверждения: Изготовитель вашего силиконового продукта принимает решение о методе отверждения на основе своих знаний. Однако вы можете повлиять на это решение, запросив конкретную систему, если она применима.
- Руководящие принципы и положения: Несколько органов, таких как ASTM, FDA и другие, устанавливают нормативные меры, которые контролируют использование силикона. Например, FDA одобряет определенные марки силикона для производства силиконовых пищевых продуктов. Вам необходимо следовать этим рекомендациям для соблюдения требований.
Приведенный выше список соображений едва ли является исчерпывающим. В любом случае, мы не говорили о бюджетах и доступности материалов, которые одинаково важны. В целом, принятие решений на основе этих факторов гарантированно даст положительные результаты.
Различные типы силиконового эластомера для различных целей
- Силиконовый эластомерный порошок
- Силиконовый эластомер в косметике
- Контактные линзы из силиконового эластомера
- Катетер из силиконового эластомера
- Смесь силиконового эластомера
- Силиконовый эластомер sds
- Силиконовый эластомерный гель
- Листы силиконового эластомера
- Комплект силиконового эластомера
Заключение
Эта всеобъемлющая статья предоставила вам глубокий взгляд на определения, свойства, преимущества, недостатки и условия, которые влияют на производительность силиконовых эластомеров. Теперь вы лучше понимаете этот материал и все, что с ним связано. Связаться с нами для получения дополнительной информации о силиконовых эластомерах.
Дополнительные ресурсы:
17 применений силиконового эластомера для электронных устройств в современной промышленности – Источник: Legenday