Jaké jsou důvody vynikající odolnosti silikonového kaučuku vysokým a nízkým teplotám?

Důvody vynikající odolnosti silikonového kaučuku proti vysokým a nízkým teplotám

Silikonový kaučuk (Silicone Rubber) je polymerový materiál, který se hlavně skládá z vazeb siloxanu (Si-O-Si). Vyniká vynikající odolností proti jak vysokým, tak nízkým teplotám, udržuje pružnost při extrémně nízkých teplotách a vydrží dlouhodobé vystavení vysokým teplotám bez významného stárnutí nebo snížení výkonu. Níže jsou uvedeny hlavní důvody pro vynikající odolnost silikonového kaučuku proti vysokým a nízkým teplotám:

1. Unikátní molekulární struktura

• Stabilita vazeb siloxanu (Si-O): Základ silikonového kaučuku tvoří střídavé atomy hořčíku (Si) a kyslíku (O), které tvoří vazby siloxanu (Si-O-Si). Tyto vazby mají velmi vysokou vazebnou energii (asi 450 kJ/mol), což je mnohem více než u vazeb uhlík-uhlík (C-C) (asi 348 kJ/mol). To činí vazby siloxanu velmi odolnými vůči rozpadu při vysokých teplotách, což přispívá k vynikající termické stabilitě silikonového kaučuku.

• Velký vazebný úhel: Vazebný úhel v vazbách siloxanu je relativně velký (asi 140°), což poskytuje molekulárnímu řetězci vysokou flexibilitu. Tento velký vazebný úhel brání molekulárním řetězcům v zamrzání při nízkých teplotách, umožňující silikonovému kaučuku udržovat pružnost a elasticitu i v extrémním chladu.

• Nízká skelná přechodová teplota (Tg): Skelná přechodová teplota (Tg) silikonového kaučuku je obvykle okolo -120°C, což je mnohem nižší než u většiny organických kaučuků (jako například nitrocelulózového kaučuku nebo chloroprenu). To znamená, že silikonový kaučuk zůstává měkký a pružný i při velmi nízkých teplotách, zabránění brittleness (kruchosti).

2. Slabé van der Waalsovy síly

• Slabé mezimolekulární interakce: Van der Waalsovy síly mezi molekulami silikonového kaučuku jsou relativně slabé, což umožňuje molekulárním řetězcům volně se pohybovat. I při nízkých teplotách se molekulární řetězce nezamrzají kvůli silným mezimolekulárním interakcím, takže udržují dobré pružnost.

• Nízká kohezní energie: Díky slabým mezimolekulárním silám má silikonový kaučuk nízkou kohezní energii, což mu brání slepovat se nebo tavit při vysokých teplotách, zachovávající jeho mechanické vlastnosti.

3. Vynikající odolnost proti oxidaci

• Vysoká chemická stabilita: Vazby siloxanu v silikonovém kaučuku jsou velmi odolné vůči oxidaci kyslíkem a ozonem, což je činí méně náchylnými k chemickému degradaci. Naopak, vazby uhlík-uhlík jsou víc náchylné k oxidaci při vysokých teplotách, což vede ke stárnutí materiálu a poklesu výkonu. Vynikající odolnost silikonového kaučuku proti oxidaci mu umožňuje unést dlouhodobé použití v prostředí s vysokými teplotami bez významné degradace.

• Odolnost proti UV a ozonu: Silikonový kaučuk také vyniká odolností proti ultrafialovému (UV) záření a ozonu, což zabrání degradaci nebo trhlinám při dlouhodobém vystavení venkovním podmínkám.

4. Nízký tepelný roztažný koeficient

Malá tepelná roztažnost: Silikonový kaučuk má nízký tepelný roztažný koeficient, přibližně polovinu až třetinu konvenčních organických kaučuků. To znamená, že silikonový kaučuk prochází minimálními rozměrovými změnami při expozici na změny teplot, což snižuje napětí a deformace způsobené tepelnou roztažností a stahu. To dále zlepšuje jeho stabilitu a spolehlivost v extrémních teplotních podmínkách.

5. Odolnost proti chemické korozi

Široká chemická stabilita: Silikonový kaučuk je velmi odolný vůči široké škále chemikálií, včetně kyselin, bází a rozpouštědel, zejména při vysokých teplotách. To ho činí vhodným pro průmyslové aplikace, kde musí odolat tvrdým chemickým podmínkám, zatímco udržuje své fyzikální a mechanické vlastnosti.

6. Vynikající elektroizolační vlastnosti

Vysoká dielektrická síla: Silikonový kaučuk má vynikající elektroizolační vlastnosti, udržující stabilní dielektrickou sílu i při vysokých a nízkých teplotách. To ho činí široce používaným v elektrotechnickém a elektronickém průmyslu, zejména v aplikacích, které vyžadují odolnost proti teplotám a elektroizolaci.

Oblasti použití

Díky těmto vynikajícím vlastnostem je silikonový kaučuk široce používán v následujících oblastech:

• Aerospace: Pro výrobu těsnicích prvků, pásků a pláští kabelů, které musí spolehlivě fungovat v extrémních teplotních podmínkách.

• Automobilový průmysl: Pro těsnicí prvky, hadice a ochranu drátových svazků v motorových prostorech, kde musí odolat vysokým a nízkým teplotám generovaným motorem.

• Elektronika: Pro izolační materiály, těsnicí prvky a tepelné podložky, které musí udržovat elektroizolaci a mechanické vlastnosti při různých teplotách.

• Stavebnictví: Pro těsnicí hmoty a materiály pro vodotěsnost, které lze použít venku po dlouhou dobu, odolávají klimatickým změnám.

Shrnutí

Vynikající odolnost silikonového kaučuku proti vysokým a nízkým teplotám je hlavně způsobena jeho unikátní molekulární strukturou, slabými mezimolekulárními silami, vynikající odolností proti oxidaci a nízkým tepelným roztažným koeficientem. Tyto vlastnosti umožňují silikonovému kaučuku udržovat vynikající mechanické vlastnosti, pružnost a elasticitu v širokém rozmezí teplot, což ho činí vhodným pro různé náročné provozní prostředí.