• شهرک علمی و تحقیقاتی اصفهان، ساختمان اندیشه 2، واحد 310
  • 09139905473
اصول اولیه لاستیک سیلیکونی

اصول اولیه لاستیک سیلیکونی

دو خانواده ی عمده ی لاستیک سیلیکونی عبارتند از : high consistency rubbr(HCR) وLiquid silicon rubber (LSR)

دو خانواده از لاستیک سیلیکونی هستند. سیلیکون های مایع به طور کلی از سیستم های دو بخشی ساخته می شوند که مخلوط شده و با حرارت پخت می شوند.

LSR ها را می توان به شکل ورق ریخته و یا در  قالب تزریق کرد. HCR ها اغلب مخلوط می شوند و به شکل صمغ در اختیار سازندگان قرار می گیرند تا قالب گیری فشرده یا روتو کیور شوند.

آنچه در ادامه بحث خواهد شد، بررسی کمی دقیق تر سیلیک.ن های با قوام بالا یا همان HCR است.

لاستیک سیلیکونی (VMQ) به طور کلی غیر آلی در نظر گرفته می شود، به این معنی که بخش اصلی آن از کربن تشکیل نشده است. بخش Si-O-Si سیلیکون ها قوی تر، طولانی تر و انعطاف پذیرتر از پیوندهای C-O موجود در مواد لاستیکی آلی هستند. این ستون فقرات Si-O-Si همچنین دمای انتقال شیشه ای پایین و پایداری سیلیکون را در محیط های UV و اوزن به حساب می آورد. بسیاری از الاستومرهای تجاری موجود بر پایه کربن، که گاهی اوقات به آنها “لاستیک سیاه” نیز گفته می شود، در محیط های بیرون نسبتاً سریع تجزیه می شوند، زیرا پیوندهای کربن ضعیف تر از بین می روند.

پلیمرهای سیلیکونی را می‌توان به روش‌های مختلفی برای افزایش ویژگی‌های کلیدی مانند استحکام پارگی، ازدیاد طول، فشرده‌سازی و محدوده دما فرموله کرد.

ترکیبات سفارشی برای افزایش خواص سیلیکون برای برآوردن نیازهای عملکردی محدود فرموله می شوند. این موارد ممکن است شامل پرکننده‌های رسانای الکتریکی برای کاربردهای EMI یا پرکننده‌های سرامیکی باشند.

سیلیکون الاستومر

الاستومرهای سیلیکونی را می توان به سه دسته طبقه بندی کلی تقسیم کرد.

1. پلی دی متیل سیلوکسان ها (به اختصار MQ یا VMQ)،

2.  پلی دی متیل سیلوکسان ها با جایگزین های فنیل (PMQ یا PVMQ) 

3. پلی دی متیل سیلوکسان ها با جایگزین های تری فلوئوروپروپیل (FVMQ، که بیشتر به عنوان فلوئوروسیلیکون شناخته می شود).

“V” در مخفف به مقدار کمی از وینیل متیل سیلوکسان اشاره دارد که به طور کلی در فرآیند پلیمریزاسیون برای افزودن مکان های کراس لینک گنجانده شده است. لاستیک سیلیکونی به ندرت مستقیماً برای استفاده در کاربرد های مختلف به فروش میرسد، مگر توسط سازندگان الاستومر پایه سیلیکونی. به طور کلی، یک پایه سیلیکونی (کاملاً فرموله شده به جز  عامل رنگ و پخت) نقطه شروع برای سازندگان محصولات لاستیکی سیلیکونی قالب‌گیری شده است. این فرآیند آماده سازی سیلیکون پایه و افزودن عوامل مختلف به آن به تجهیزات تولیدی تخصصی نیاز دارد.

انتخاب بین انواع سیلیکون پایه

سیلیکون پایه‌ها را می‌توان در محدوده‌های سختی مختلف  در محدوده 30 تا 80 Shore A  داشت. سیلیکون پایه عموماً برای خواص یا کاربردهای مختلف از پیش فرموله می شوند، برای مصارف عمومی، بدون کیور ثانویه، استحکام بالا،استحکام  پارگی بالا و…. انتخاب پلیمر مناسب گام مهمی در فرمولاسیون موفق است. رایج‌ترین ترکیبات سیلیکونی با پایه های VMQ ساخته می‌شوند و عموما اولین انتخاب هستند ، مگر اینکه الزامات استفاده خلاف آن را ایجاب کند. پلیمرهای خطی حاوی جایگزین های فنیل متیل یا دی فنیل (صمغ PVMQ) مقاومت بیشتری در برابر سفت شدن در دماهای پایین دارند. در حالی که صمغ‌های VMQ در دماهای زیر 45- درجه سانتیگراد متبلور می‌شوند، معرفی گروه‌های5 تا 7  درصد  مولی فنیل از تبلور جلوگیری می‌کند و محدوده دمای مفید را تا 90- درجه سانتی‌گراد افزایش می‌دهد.صمغ  PVMQ در مقایسه با صمغ‌ VMQ مقاومت قابل‌توجهی در برابر تشعشع و تا حدودی مقاومت حرارتی بهتری از خود نشان می‌دهند. این انتخاب موجب افزایش هزینه و کاهش مقاومت روغن است.

پلی (تری فلوئوروپروپیل) متیل سیلوکسان یا فلوروسیلیکون زمانی استفاده می شود که حداکثر مقاومت در برابر روغن و سوخت مورد نیاز باشد. فلوروسیلیکون بسیار گرانتر از VMQ است و مقاومت حرارتی کمی دارد. هر ترکیبی از سه نوع پلیمر سیلیکونی را می توان با هم ترکیب کرد، اما به طور کلی ترکیب سیلیکون در مخلوط با الاستومرهای آلی یا بالعکس دشوار است. برخی از پلیمرهای آلی مایع مانند پلی بوتادین را می توان در مقادیر کم به لاستیک سیلیکونی اضافه کرد، اگرچه آنها به طور کلی مقاومت حرارتی الاستومر را کاهش می دهند.

پرکننده ها

پرکننده ها برای دو کاربرد به سیلیکون اضافه می شوند. یکی از این کاربرد ها برای  کاهش هزینه سیلیکون و دیگری به منظور بهبود خواص به سیلیکون اضافه می شود. این پرکننده ها عبارتند از :  شامل کربنات کلسیم، سولفات باریم، سیلیکات منیزیم، سیلیکات آلومینیوم، خاک دیاتومه، کوارتز آسیاب شده و خاک رس یا کائولن می باشند. از متداول ترین پرکننده ها خاک دیاتومه است که چسبندگی را در برخی ترکیبات کاهش می دهد و کوارتز آسیاب شده که می تواند در مقادیر زیاد با حداقل تلفات در مقاومت حرارتی مورد استفاده قرار گیرد. کوارتز زمینی برای مقاومت در برابر خستگی بسیار مضر است.

پرکننده ‌های تقویت‌کننده در الاستومرهای سیلیکونی باید استفاده شوند، زیرا استحکام کششی یک سیلیکون تقویت‌نشده و پخته‌شده در حد 0.15 مگاپاسکال است. هنگام شروع با یک خمیر تقویت شده یا پایه سیلیکونی، پرکننده های تقویت کننده از قبل به میزان لازم برای دادن استحکام کافی به ترکیب اضافه شده اند. برای افزایش مدول یا سختی ترکیب نهایی می توان پرکننده بیشتری اضافه کرد. از متداول ترین پرکننده های تقویت کننده، فیوم سیلیکا ها هستند. آنها همچنین بهترین مقاومت در برابر رطوبت، مقاومت الکتریکی و شفافیت را ارائه می دهند. فیوم سیلیس تصفیه نشده را می توان تنها در مقادیر کم اضافه کرد ، قبل از اینکه سخت شدن ساختار باعث غیرقابل پردازش شدن ترکیب شود. سیلیکاهای رسوبی تمایل کمتری به سفت شدن و پیری حرارتی بالاتری دارند. خواص در دماهای بالاتر از 200 درجه سانتیگراد، اما از نظر استحکام و مجموعه فشاری پایین تر هستند. برای ساخت الاستومرهای سیلیکونی رسانا، می‌توان رنگ‌های کربنی ، به ویژه  استیلن ‌های سیاه را اضافه کرد.

عوامل بهبود دهنده خواص پرکننده ها

شامل هر ماده ای است که مانع  سخت شدن لاستیک در اثر افزودن مواد پر کننده می شود. به طور کلی، این مواد ترجیحاً روی سطح سیلیکا جذب می‌شوند و محل‌های واکنشی را که در غیر این صورت با پلیمر سیلیکون واکنش می‌دهند، می‌بندند. این عوامل  موثر حاوی گروه های واکنشی (به طور کلی سیلانول) هستند که جذب قوی را با سطح سیلیکا افزایش می دهند. دو ماده بسیار موثر دی فنیل سیلان دیول و هگزامتیل دیسیلازان (HMDS) هستند. هنگام استفاده از سیلیس آبگریز ، نیاز به این عامل کاهش می یابد یا حذف می شود. سیلیس های آماده شده سطحی که از قبل با HMDS یا با دی متیل دی کلروسیلان واکنش داده شده اند به صورت تجاری در دسترس هستند.

تثبیت کننده های حرارتی

آنتی اکسیدان های سنتی در الاستومرهای سیلیکونی استفاده نمی شوند، اما تثبیت کننده های حرارتی به طور کلی گنجانده شده اند. یکی از بهترین و ارزانترین آنها اکسید آهن قرمز است (1 تا 2 phr). سایر تثبیت کننده های مهم عبارتند از: باریم زیرکونات (4 phr) که به ویژه در استوک های سفید یا رنگی مفید است و مشکی حرارتی که در 0.1 تا 0.5 phr استفاده می شود. اکثر پایه های سیلیکونی از قبل دارای تثبیت کننده های حرارتی هستند و نیازی به افزودن بیشتر ندارند.

دو سیستم پخت رایج

دو سیستم پخت اصلی برای کیورینگ سیلیکون مورد استفاده قرار می گیرد: پخت افزودنی و پخت پراکسید. سیلیکون های معمولاً کاتالیز شده با پلاتین، اغلب برای ساختن لاستیک تمیز در دستگاه های پزشکی یا فرآوری مواد غذایی استفاده می شود، فرموله می شوند. سیستم های پخت با پلاتین معمولاً با LSR ها مرتبط هستند اما در HCR ها نیز به راحتی در دسترس هستند.

  • پخت پراکسید

پلیمرهایی که حاوی وینیل نیستند باید با پراکسیدهایی که قادر به جذب هیدروژن هستند پخت شوند. پراکسیدهای آریل مانند بنزوئیل پراکسید یا دی کلروبنزوئیل پراکسید رایج ترین نمونه های پراکسیدهای انتزاعی هیدروژن هستند. با مونومر وینیل که در پلیمر سیلیکون گنجانده شده است، آلکیل و آرالکیل پراکسیدها ممکن است مورد استفاده قرار گیرند و برای بسیاری از کاربردها مانند مهر و موم ترجیح داده می شوند زیرا در بررسی خواص compression set معمولاً بهتر است. با این حال، مقاومت به پارگی اغلب ضعیف تر از زمانی است که از پراکسیدهای آریل استفاده می شود. متداول‌ترین روش پخت مورد استفاده برای ولکانیزه کردن سیلیکون در دمای بالا (HTV) شامل واکنش‌های رادیکال آزاد، جفت شدن و افزودن با گروه‌های متیل یا وینیل در زنجیره پلیمری است. واکنش بهبود به طور کلی با پراکسیدهای آلی و گرما آغاز می شود.

پخت‌های پس از ولکانیزاسیون یا پس از بهبود، فرآیند پخت را کامل نمی‌کنند، اما اغلب برای سیلیکون‌های پخت شده با پراکسید توصیه می‌شوند تا الاستومر پخته شده را از گونه‌های سیلیکونی با وزن مولکولی کم و محصول تجزیه پراکسید خلاص کنند. انتخاب پراکسید یک تصمیم بسیار مهم است. برخی از پراکسیدها اجازه ولکانیزاسیون بدون فشار و بدون تخلخل را می دهند. برخی دیگر استفاده از کربن سیاه را به عنوان پرکننده مجاز می دانند. از آنجا که تجزیه پراکسیدهای مختلف با دما متفاوت است، انتخاب پراکسید تا حدودی محدوده دمای پخت را تعیین می کند.

پراکسیدهای دی آریل کمترین دمای تجزیه و سریعترین سرعت تجزیه را در بین پراکسیدهای رایج دارند. آنها معمولاً در دمای زیر 125 درجه سانتیگراد کار می کنند. دی کلروبنزوئیل پراکسید دارای دمای تجزیه بسیار پایین و محصولات تجزیه با فشار بخار کم است که آن را برای پخت بدون فشار، مانند هوای گرم مداوم، ایده آل می کند. دی آریل پراکسیدها را نمی توان با ترکیبات حاوی کربن سیاه استفاده کرد زیرا رنگ سیاه در واکنش پخت اختلال ایجاد می کند. دی آلکیل پراکسیدها به دمای پخت بالاتر (140 تا 180 درجه سانتیگراد) نیاز دارند و از آنجا که محصولات تجزیه در دماهای پخت فرار هستند، ترکیبات باید تحت فشار پخت شوند تا از تخلخل جلوگیری شود. آنها مخصوصاً برای قطعات ضخیم که باید به آرامی پخت شوند مناسب هستند. دی آرالکیل پراکسیدها، مانند دی کومیل پراکسید، از نظر خواص مشابه پراکسیدهای دی آلکیل هستند، اگرچه بوی قوی دارند، به خصوص اگر پس از بهبود حذف شود.

  • پخت پلاتین

مکانیسم پخت مهم دیگر با کاتالیزورهای پلاتین است. الاستومرهای پخت شده با مواد افزودنی کاتالیز شده پلاتین، چقرمگی و استحکام کششی استثنایی، چسبندگی سطحی محکم و شفافیت بدون زرد شدن را نشان می‌دهند. سیلیکون های پخت شده با پلاتین برای تکمیل فرآیند اتصال عرضی نیاز به پس کیورینگ دارند. یکی از معایب این نوع سیستم پخت این است که باعث ماندگاری بسیار کوتاه تر ترکیب کاتالیز شده نسبت به زمانی که از پراکسیدها استفاده می شود، می شود. کیورهای پلاتینیوم برای مهار آلودگی با مقادیر کمی از مواد شیمیایی خاص مانند گوگرد یا آمین ها که معمولاً در الاستومرهای آلی استفاده می شوند کاملاً حساس هستند.

پخت RTV

لاستیک سیلیکونی RTV توسط یک تراکم یا یک واکنش افزودن به هم متصل می شود. در واکنش تراکم، یک کاتالیزور، معمولاً دی‌بوتیل قلع دیلاورات یا قلع اکتوات، باعث می‌شود که سیلانول انتهایی (Si-OH) یک پلی‌دی‌متیل سیلوکسان پایان‌یافته با سیلانول با مقادیر کمی از سیلان‌های چند عملکردی واکنش دهد. واکنش افزودن شامل افزودن سیلیکون هیدرید چند عملکردی (Si-H) به گروه های غیر اشباع (معمولا گروه های وینیل) در زنجیره پلی سیلوکسان از طریق واکنش هیدروسیلیلاسیون است. این واکنش با استفاده از یک کمپلکس پلاتین مانند اسید کلروپلاتینیک کاتالیز می شود.

 

 

 

اشتراک گذاری این مقاله

ارسال نظر

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

جستجو در سایت


آخرین مقالات