Силикон – это разновидность синтетического каучука. Его основу составляют чередование атомов кислорода и кремния. Кремний-кислородные связи более высокоэнергетические по сравнению с водородными, которые служат основой обычной резины. Такой состав делает силикон чрезвычайно стойким к воздействию температур.
Химический состав и производство
Силиконовую резину получают из кремнийорганических соединений, преимущественно полисилоксанов. Основным элементом, входящим в ее состав, является кремний (Si), который составляет основу полисилоксановой цепи. Кремний связан с атомами кислорода, углерода и водорода, что придаёт материалу его уникальные свойства.
Силиконовая смесь состоит из следующих компонентов:
- синтетический каучук – основа композиции;
- усилитель для обеспечения прочности после отвердевания;
- пластификаторы, обеспечивающие эластичность;
- вулканизатор, придающий вязкость;
- краситель для придания какого-либо цвета.
В состав силиконовой смеси могут включаться разные наполнители для получения определенных свойств. Например, в состав силиконовых герметиков входят праймеры для повышения их адгезийной способности.
Процесс производства состоит из нескольких этапов:
- Синтез силоксанов: на этом этапе кремнийорганические соединения проходят реакции полимеризации с образованием полисилоксанов. Этот процесс включает гидролиз и конденсацию кремнийорганических мономеров.
- Добавление наполнителей и катализаторов: для улучшения свойств силиконовой резины в неё добавляют различные наполнители (например, диоксид кремния), а также катализаторы, ускоряющие процесс вулканизации.
- Вулканизация: этот процесс заключается в образовании поперечных связей между полисилоксановыми цепями, что придаёт материалу эластичность и прочность. Вулканизация может осуществляться при помощи тепла, ультрафиолетового излучения или катализаторов.
- Формование и отверждение: на заключительном этапе резину формуют в изделия нужной формы и проводят окончательное отверждение для достижения необходимых свойств.
Свойства силиконовой резины
Силикон обладает рядом уникальных свойств, которые делают его незаменимым в различных сферах применения:
- Термостойкость: данный эластомер способен выдерживать широкий диапазон температур — от -60 до +250 и выше. Это делает её подходящим для использования в экстремальных температурных условиях.
- Химическая стойкость: материал устойчив к воздействию множества химических веществ, включая кислоты, щелочи, масла, растворители. Это позволяет использовать её в агрессивных средах.
- Эластичность: силикон сохраняет свои эластичные свойства при различных температурах и условиях эксплуатации. Она обладает высокой прочностью на растяжение или разрыв.
- Устойчивость к ультрафиолетовому излучению и озону: силиконовая резина не теряет своих свойств при длительном воздействии солнечного света и озона. Поэтому она остается долговечной и подходит для наружного применения.
- Биосовместимость: материал безопасен для использования в медицинских изделиях, так как она не вызывает аллергических реакций и не токсична.
- Электроизоляционные свойства: При температуре в +100 электроизоляционные показатели силикона превышают аналогичные параметры других эластомеров. Поэтому материал обладает исключительными электроизоляционными свойствами, является идеальным для использования в электротехнике, в электронике.
Основные виды силикона
Существует несколько видов силиконовой резины, каждый из которых обладает своими специфическими свойствами для применения в разных условиях:
- Высокотемпературная: этот вид резины обладает повышенной термостойкостью и используется в условиях высоких температур.
- Жидкая(LSR): этот материал имеет высокую текучесть, что позволяет легко формировать изделия сложной формы. Поэтому он подходит для производства медицинских деталей, кухонных принадлежностей, других потребительских товаров.
- Фторсиликоновая: обладает повышенной химической стойкостью к углеводородам, топливам, маслам. Применяется в автомобилестроении, аэрокосмической промышленности.
- Медицинская: биосовместимый материал, использующийся для производства медицинских имплантатов, катетеров, трубок, других медицинских изделий.
Сферы применения силиконовой резины
Благодаря своей уникальности, этот материал стал применяться в различных отраслях промышленности, а также в быту. Рассмотрим основные области её использования:
- Медицина: силикон используется для производства катетеров, имплантатов, медицинских трубок, других изделий. Её биосовместимость и устойчивость к стерилизации делают её идеальным материалом для медицинских целей.
- Автомобильная промышленность: материал применяется для изготовления уплотнительных колец, прокладок, шлангов, других деталей, которые должны выдерживать высокие температуры и агрессивные среды.
- Машиностроение: из силикона производят покрытия погружных валов для линий горячего цинкования.
- Электротехника и электроника: электроизоляционные свойства позволяют использовать силиконовую резину для производства изоляционных покрытий, кабелей, разъемов.
- Строительство: в строительной отрасли этот эластомер применяется для герметизации швов, изготовления уплотнителей, других строительных материалов. Её атмосферостойкость делает её идеальным материалом для наружного применения.
- Бытовые товары:силикон активно используется для производства кухонных принадлежностей (формы для выпечки, коврики, крышки). Они должны быть устойчивы к высоким температурам, а также быть безопасными при контакте с пищей.
- Аэрокосмическая промышленность: в этой отрасли этот эластомер используется для изготовления уплотнителей, которые должны выдерживать экстремальные температуры и условия.
- Производство игрушек: такая резина используется для производства детских игрушек благодаря своей безопасности и гипоаллергенности.
Дополненный список получаемых из силикона изделий примерно может быть следующим:
- герметики;
- клавишные переключатели, которыми входят в конструкцию электронных усилителей;
- кабельные и проводные оболочки, в которых вулканизированная форма силикона служит электроизолятором;
- мембраны, клапаны;
- уплотнительные детали;
- шланги, шнуры;
- транспортёрные ленты для конвейеров;
- изделия для фармацевтической отрасли.
Преимущества и недостатки
У силиконовой резины существуют свои положительные как плюсовые свойства, так и немного отрицательных, которые важно учитывать при ее выборе.
- Преимущества:
- Широкий диапазон рабочих температур: способность выдерживать экстремально низкие и высокие температуры без потери своих свойств.
- Химическая инертность: устойчивость к воздействию большинства химических веществ.
- Долговечность: устойчивость к воздействию ультрафиолетового излучения, озона, других атмосферных факторов. При эксплуатации силиконовых деталей при температуре от -50 до +150 при постоянном доступа воздуха вообще отпадает вопрос о сроке службы.
- Гибкость и эластичность: сохранение эластичности в широком диапазоне температур.
- Биосовместимость: безопасность для использования в медицинских и пищевых целях.
- Недостатки:
- Стоимость: силикона зачастую дороже других видов резины.
- Механическая прочность: несмотря на высокую эластичность, она может быть менее прочной на разрыв по сравнению с другими эластомерами.
- Низкая устойчивость к абразивному износу: в условиях сильного трения и абразивного воздействия материал может быстрее изнашиваться.
Сравнение силикона и резины
Силиконовую резину от обычной резины можно отличить по следующим параметрам, которые даны в сравнительной таблице:
| Параметры | Резина | Силикон |
|---|---|---|
| Минимальная температура | -50/-60 ° | -50 ° |
| Максимальная температура | +140 ° | +300 ° с доступом воздуха |
| Прочность при растяжении | 15-39 МПа | 4-12 МПа |
| Твердость по Шору, А | 30-95 | 30-90 |
| Сопротивление на разрыв, кН/м | 20-170 | 10-45 |
| Эластичность на отскок, % | 35-75 при 20° | 20-50 |
| Эластичность на отскок, % | 40-82 при 100° | 25-50 |
| Плотность, г/см3 | 0.91 | 1.85 |
Существует несколько приемов отличить силикон от резины: по запаху, горению, твердости. Приведем два способа:
- Горящий силикон дает пламя белого цвета с белым же дымом. После сгорания остается белый осадок. Резина при горении начинает плавиться, выделяет черный дым, появляется запах гари.
- При заморозке резина твердеет, а силикон не меняется.
Перспективы развития
С развитием технологий и появлением новых требований к материалам силиконовая резина продолжает совершенствоваться. Одним из перспективных направлений является разработка новых силиконовых смесей и добавок, которые смогут улучшить механические и химические свойства материала.
Кроме того, активно ведутся исследования по улучшению методов переработки и утилизации силикона, что позволяет использовать ее вполне экологично.
Заключение
Силиконовая резина — это высокотехнологичный и многоцелевой материал, который широко используется в разных отраслях. Её термостойкость, химическая стойкость, эластичность и биосовместимость отлично подходят для производства медицинских изделий, автомобильных деталей, электротехнических компонентов, множества других деталей.
Этот эластомер продолжает оставаться востребованным материалом. Его дальнейшее развитие открывает новые возможности для инновационных решений в различных сферах.