چه دلایلی باعث مقاومت عالی لاستیک سیلیکون در برابر دمای بالا و پایین می شود

بابهای مقاومت عالی لاستیک سیلیکون در دمای بالا و پایین

لاستیک سیلیکون (Silicone Rubber) یک ماده پلیمری است که از پیوندهای سیلوکسان (Si-O-Si) تشکیل شده است. این ماده مقاومت بسیار خوبی نسبت به دماهای بالا و پایین دارد، به طوری که در دماهای بسیار پایین انعطاف‌پذیری خود را حفظ می‌کند و در مواجهه با دماهای بالا برای مدت طولانی بدون تغییر قابل توجه یا کاهش عملکرد باقی می‌ماند. زیرا علل اصلی مقاومت عالی لاستیک سیلیکون در دماهای بالا و پایین آمده است:

1. ساختار مولکولی منحصر به فرد

• ثبات پیوندهای سیلوکسان (Si-O): بن‌مایه لاستیک سیلیکون از اتم‌های سیلیکون (Si) و اکسیژن (O) متناوب تشکیل شده است که پیوندهای سیلوکسان (Si-O-Si) را می‌سازند. این پیوندها انرژی پیوند بسیار بالایی (حدود 450 کیلوژول/مول) دارند که بسیار بیشتر از پیوندهای کربن-کربن (C-C) (حدود 348 کیلوژول/مول) است. این موضوع باعث می‌شود پیوندهای سیلوکسان در دماهای بالا به سختی بشکنند و به ثبات حرارتی عالی لاستیک سیلیکون کمک می‌کنند.

• زاویه پیوند بزرگ: زاویه پیوند در پیوندهای سیلوکسان نسبتاً بزرگ (حدود 140°) است که به زنجیره مولکولی انعطاف‌پذیری بالایی می‌دهد. این زاویه بزرگ از یخ زدن زنجیره‌های مولکولی در دماهای پایین جلوگیری می‌کند و به لاستیک سیلیکون اجازه می‌دهد حتی در سرماهای شدید هم انعطاف‌پذیری و الاستیسیته خود را حفظ کند.

• دمای تغییر شیشه‌ای پایین (Tg): دمای تغییر شیشه‌ای (Tg) لاستیک سیلیکون معمولاً حدود -120°C است که بسیار پایین‌تر از بیشتر لاستیک‌های آلی (مانند لاستیک نایتریل یا نئوپرن) است. این بدان معناست که لاستیک سیلیکون حتی در دماهای بسیار پایین هم نرم و الاستیک باقی می‌ماند و از سخت شدن جلوگیری می‌کند.

2. نیروهای وان در والس ضعیف

• همکنش‌های میان مولکولی ضعیف: نیروهای وان در والس بین مولکول‌های لاستیک سیلیکون نسبتاً ضعیف است که به حرکت آزاد زنجیره‌های مولکولی اجازه می‌دهد. حتی در دماهای پایین، زنجیره‌های مولکولی به دلیل همکنش‌های میان مولکولی قوی یخ نمی‌زنند و انعطاف‌پذیری خوبی را حفظ می‌کنند.

• چگالی انرژی چسبندگی پایین: به دلیل نیروهای میان مولکولی ضعیف، لاستیک سیلیکون چگالی انرژی چسبندگی پایینی دارد که از چسبیدن یا ذوب شدن آن در دماهای بالا جلوگیری می‌کند و ویژگی‌های مکانیکی آن را حفظ می‌کند.

3. مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون

• ثبات شیمیایی بالا: پیوندهای سیلوکسان در لاستیک سیلیکون مقاومت بسیار بالایی نسبت به اکسیداسیون توسط اکسیژن و اوزون دارند که آنها را کمتر مستعد تخریب شیمیایی می‌کند. در مقابل، پیوندهای کربن-کربن در دماهای بالا به اکسیداسیون بیشتری مستعد هستند که منجر به پیری مواد و کاهش عملکرد می‌شود. مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون لاستیک سیلیکون امکان استفاده طولانی مدت آن در محیط‌های دمای بالا را بدون تخریب قابل توجه فراهم می‌کند.

• مقاومت در برابر UV و اوزون: لاستیک سیلیکون همچنین مقاومت عالی در برابر نور ماوراءبنفش (UV) و اوزون دارد که از تخریب یا پارگی آن در مواجهه با شرایط خارجی برای مدت طولانی جلوگیری می‌کند.

4. ضریب تغییرات گرمایی پایین

تغییرات گرمایی کم: لاستیک سیلیکون ضریب تغییرات گرمایی پایینی دارد که حدود نیم تا یک سوم لاستیک‌های آلی معمولی است. این بدان معناست که لاستیک سیلیکون در مواجهه با تغییرات دما تغییرات ابعادی کمی دارد و تنش و تغییر شکل ناشی از تغییرات گرمایی را کاهش می‌دهد. این موضوع ثبات و قابلیت اطمینان آن را در محیط‌های دماهای شدید افزایش می‌دهد.

5. مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی

ثبات شیمیایی گسترده: لاستیک سیلیکون مقاومت بسیار بالایی نسبت به طیف گسترده‌ای از مواد شیمیایی، از جمله اسیدها، القاعده‌ها و محلول‌ها، به ویژه در دماهای بالا دارد. این موضوع آن را برای کاربردهای صنعتی مناسب می‌کند که باید در محیط‌های شیمیایی سخت تحمل کند و ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی خود را حفظ کند.

6. ویژگی‌های عایق الکتریکی عالی

قدرت عایقی بالا: لاستیک سیلیکون ویژگی‌های عایق الکتریکی عالی دارد و قدرت عایقی پایدار خود را حتی در دماهای بالا و پایین نیز حفظ می‌کند. این موضوع آن را در صنایع برق و الکترونیک گسترده استفاده می‌کند، به ویژه در کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر دما و عایق الکتریکی دارند.

حوزه‌های کاربرد

به دلیل این ویژگی‌های عالی، لاستیک سیلیکون در حوزه‌های زیر گسترده استفاده می‌شود:

• فضا: برای ساخت دیواره‌ها، پوشش‌ها و جکت‌های کابل که باید در محیط‌های دماهای شدید عملکرد قابل اعتمادی داشته باشند.

• صنعت خودرو: برای دیواره‌ها، لوله‌ها و محافظ کابل در فضای موتور که باید توانایی تحمل دماهای بالا و پایین تولید شده توسط موتور را داشته باشد.

• الکترونیک: برای مواد عایق، دیواره‌ها و پد‌های گرما که باید عایق الکتریکی و عملکرد مکانیکی خود را در دماهای مختلف حفظ کنند.

• صنعت ساختمان: برای مواد مسدس و مقاوم در برابر آب که می‌توانند برای مدت طولانی در بیرون استفاده شوند و در برابر تغییرات آب و هوایی مقاوم باشند.

خلاصه

مقاومت عالی لاستیک سیلیکون در دماهای بالا و پایین عمده به ساختار مولکولی منحصر به فرد آن، نیروهای میان مولکولی ضعیف، مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون و ضریب تغییرات گرمایی پایین بستگی دارد. این ویژگی‌ها به لاستیک سیلیکون امکان می‌دهد تا در محدوده گسترده‌ای از دماها عملکرد مکانیکی، انعطاف‌پذیری و الاستیسیته خود را حفظ کند و آن را برای محیط‌های عملکردی سخت متنوع مناسب کند.