Какви са причините за отличното устойчивост на силиконовата гума към високи и ниски температури?

Причини за отличната устойчивост на силиконовата гума към високи и ниски температури

Силиконовата гума (Silicone Rubber) е полимерен материал, основно съставен от силоксанови (Si-O-Si) връзки. Тя проявява изключителна устойчивост както към високи, така и към ниски температури, запазвайки гъвкавост при екстремално ниски температури и издържайки продължително време на високи температури без значително стареене или намаляване на качеството. По-долу са основните причини за отличната устойчивост на силиконовата гума към високи и ниски температури:

1. Уникална молекулярна структура

• Стабилност на силоксановите връзки (Si-O): Основата на силиконовата гума се състои от чередащи се атоми на кремик (Si) и кислород (O), формиращи силоксанови (Si-O-Si) връзки. Тези връзки имат много висока енергия на връзка (приблизително 450 кДж/мoл), много по-висока от въглерод-въглеродните (C-C) връзки (приблизително 348 кДж/мoл). Това прави силоксановите връзки много устойчиви към разрушаване при високи температури, което допринася за изключителната термална стабилност на силиконовата гума.

• Голям ъгъл на връзка: Ъгълът на връзката в силоксановите връзки е относително голям (около 140°), което предоставя на молекулната верига висока гъвкавост. Този голям ъгъл на връзката предотвратява замразяването на молекулните вериги при ниски температури, позволявайки на силиконовата гума да запази своята гъвкавост и еластичност дори при екстремално ниски температури.

• Ниска температура на стъклопреход (Tg): Температурата на стъклопреход (Tg) на силиконовата гума обикновено е около -120°C, много по-ниска от тази на повечето органични гуми (например нитрилна гума или неопрен). Това означава, че силиконовата гума остава мека и еластична при много ниски температури, избягвайки хрупкостта.

2. Слаби ван дер Ваалсови сили

• Слаби междумолекулярни взаимодействия: Ван дер Ваалсовите сили между молекулите на силиконовата гума са относително слаби, позволявайки на молекулните вериги да се движат свободно. Дори при ниски температури, молекулните вериги не замразяват поради силни междумолекулярни взаимодействия, като запазват добра гъвкавост.

• Ниска плътност на сцепната енергия: Поради слабите междумолекулярни сили, силиконовата гума има ниска плътност на сцепната енергия, което предотвратява залепването или топенето й при високи температури, запазвайки механичните й свойства.

3. Изключителна устойчивост към оксидация

• Висока химическа стабилност: Силоксановите връзки в силиконовата гума са изключително устойчиви към оксидация от кислород и озон, което ги прави по-малко склонни към химическо разложениe. В сравнение, въглерод-въглеродните връзки са по-склонни към оксидация при високи температури, водейки до стареене на материала и намаляване на качеството му. Изключителната устойчивост на силиконовата гума към оксидация й позволява да издържа продължително използване в среда с високи температури без значително разложениe.

• Устойчивост към УФ лъчи и озон: Силиконовата гума проявява изключителна устойчивост и към ултравиолетовите (UV) лъчи и озон, предотвратявайки разложениe или пукане при дълго излагане на открито.

4. Нисък коефициент на термично разширение

Малко термично разширение: Силиконовата гума има нисък коефициент на термично разширение, приблизително половината до една трета от този на обикновените органични гуми. Това означава, че силиконовата гума претърпява минимални размерни промени при излагане на вариации на температурата, намалявайки напреженията и деформациите, причинени от термично разширяване и съкращаване. Това допълнително подобрява стабилността и надеждността й в екстремални температурни условия.

5. Устойчивост към химическа корозия

Широка химическа стабилност: Силиконовата гума е изключително устойчива към широк спектър от химикали, включително киселини, бази и растворители, особено при високи температури. Това я прави подходяща за индустриални приложения, където трябва да издържа сурови химически условия, запазвайки физическите и механичните си свойства.

6. Изключителни диелектрични свойства

Висока диелектрична пробивна сила: Силиконовата гума притежава изключителни диелектрични свойства, запазвайки стабилна диелектрична пробивна сила дори при високи и ниски температури. Това я прави широко използвана в електроенергийната и електронната промишленост, особено в приложения, изискващи както устойчивост към температурата, така и диелектрична изолация.

Области на приложение

Благодарение на тези изключителни характеристики, силиконовата гума е широко използвана в следните области:

• Авиация: За производство на герметизиращи устройства, прокладки и облекла за кабели, които трябва да функционират надеждно в екстремални температурни условия.

• Автомобилна промишленост: За герметизиращи устройства, шланги и защита на жиците в двигателния отсек, където трябва да издържа високите и ниски температури, генерираны от двигателя.

• Електроника: За изолиращи материали, герметизиращи устройства и термални подложки, които трябва да запазват диелектричната изолация и механичните си свойства при различни температури.

• Строителна индустрия: За герметизиращи вещества и водонепроницаеми материали, които могат да бъдат използвани на открито за дълъг период, противостоящи климатичните промени.

Резюме

Изключителната устойчивост на силиконовата гума към високи и ниски температури е основно дължаща се на уникалната й молекулярна структура, слабите междумолекулярни сили, изключителната устойчивост към оксидация и ниския коефициент на термично разширение. Тези свойства позволяват на силиконовата гума да запазва отлични механични свойства, гъвкавост и еластичност в широк диапазон от температури, правейки я подходяща за различни изискващи условия на работа.