چه دلایلی باعث مقاومت بسیار خوب سیلیکون در برابر دمای بالا و پایین می‌شود

دلایل مقاومت بسیار خوب لاستیک سیلیکون در دمای بالا و پایین

لاستیک سیلیکون (Silicone Rubber) یک ماده پلیمری است که عمدتاً از پیوندهای سیلوکسان (Si-O-Si) تشکیل شده است. این ماده مقاومت بسیار خوبی در برابر 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 در سن یا کاهش عملکرد تحمل می‌کند. زیرا دلایل اصلی برای مقاومت بسیار خوب لاستیک سیلیکون در دمای بالا و پایین عبارتند از:

1. ساختار مولکولی منحصر به فرد

• ثبات پیوندهای سیلوکسان (Si-O): پشتیبان لاستیک سیلیکون شامل اتم‌های سیلیکون (Si) و اکسیژن (O) متناوب است که پیوندهای سیلوکسان (Si-O-Si) را تشکیل می‌دهند. این پیوندها انرژی پیوند بسیار بالایی (تقریباً 450 kJ/mol) دارند که بسیار بیشتر از پیوندهای کربن-کربن (C-C) (تقریباً 348 kJ/mol) است. این موضوع باعث می‌شود پیوندهای سیلوکسان در دماهای بالا بسیار مقاوم در برابر شکست باشند و به ثبات حرارتی استثنایی لاستیک سیلیکون کمک می‌کند.

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

• دمای تغییر فاز کم (Tg): دمای تغییر فاز (Tg) لاستیک سیلیکون معمولاً حدود -120°C است که بسیار کمتر از بیشتر لاستیک‌های آلی (مانند لاستیک نایتریل یا نئوپرن) است. این به معنای آن است که لاستیک سیلیکون حتی در دماهای بسیار پایین نرم و الاستیک می‌ماند و از خشکی جلوگیری می‌کند.

2. نیروهای وان در والس ضعیف

• همchsel‌های میان مولکولی ضعیف: نیروهای وان در والس بین مولکول‌های لاستیک سیلیکون نسبتاً ضعیف هستند که اجازه می‌دهند زنجیره‌های مولکولی آزادانه حرکت کنند. حتی در دماهای پایین، زنجیره‌های مولکولی به دلیل همchsel‌های میان مولکولی قوی یخ نمی‌زنند و انعطاف‌پذیری خوب خود را حفظ می‌کنند.

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

3. مقاومت بسیار خوب در برابر اکسیداسیون

• ثبات شیمیایی بالا: پیوندهای سیلوکسان در لاستیک سیلیکون بسیار مقاوم در برابر اکسیداسیون توسط اکسیژن و اوزون هستند و احتمال تخریب شیمیایی آنها کمتر است. در مقابل، پیوندهای کربن-کربن در دماهای بالا به اکسیداسیون بیشتری مشخص می‌شوند که منجر به پیری مواد و کاهش عملکرد می‌شود. مقاومت بسیار خوب لاستیک سیلیکون در برابر اکسیداسیون اجازه می‌دهد تا در محیط‌های دمای بالا برای مدت طولانی بدون تخریب قابل توجه استفاده شود.

• مقاومت در برابر UV و اوزون: لاستیک سیلیکون همچنین مقاومت بسیار خوبی در برابر نور ماوراء بنفش (UV) و اوزون دارد که از تخریب یا ترک خوردگی آن در مواجهه با شرایط خارجی برای مدت طولانی جلوگیری می‌کند.

4. ضریب تغییر حجم حرارتی کم

تغییر حجم حرارتی کم: لاستیک سیلیکون ضریب تغییر حجم حرارتی کمی دارد که حدود نصف تا یک سوم لاستیک‌های آلی معمولی است. این به معنای آن است که لاستیک سیلیکون در مواجهه با تغییرات دما تغییرات ابعادی کمی دارد که تنش و تغییر شکل ناشی از تغییرات حرارتی را کاهش می‌دهد. این موضوع ثبات و قابلیت اطمینان آن را در محیط‌های دمایی شدید افزایش می‌دهد.

5. مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی

ثبات شیمیایی گسترده: لاستیک سیلیکون مقاومت بسیار خوبی در برابر مجموعه گسترده‌ای از مواد شیمیایی، از جمله اسیدها، بازها و حلقوی‌ها، به ویژه در دماهای بالا دارد. این موضوع آن را برای کاربردهای صنعتی مناسب می‌کند که باید در محیط‌های شیمیایی سخت تحمل کند و خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خود را حفظ کند.

6. خصوصیات عایق برقی بسیار خوب

قدرت عایق برقی بالا: لاستیک سیلیکون خصوصیات عایق برقی بسیار خوبی دارد و حتی در دماهای بالا و پایین قدرت عایق برقی پایدار خود را حفظ می‌کند. این موضوع آن را در صنایع برق و الکترونیک به ویژه در کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر دما و عایق برقی دارند، مورد استفاده گسترده قرار داده است.

حوزه‌های کاربرد

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

• فضا: برای تولید خاتمه‌ها، جام‌ها و پوشش‌های کابل که باید در محیط‌های دمایی شدید عملکرد قابل اعتمادی داشته باشند.

• صنعت خودرو: برای خاتمه‌ها، لوله‌ها و محافظ‌های بسته‌بندی سیم‌ها در فضای موتور، که باید دماهای بالا و پایین تولید شده توسط موتور را تحمل کند.

• الکترونیک: برای مواد عایق برقی، خاتمه‌ها و پد‌های گرمایی که باید عایق برقی و عملکرد مکانیکی خود را در دماهای مختلف حفظ کنند.

• صنعت ساختمان: برای مصالح خاتمه‌گیری و مقاوم در برابر آب که می‌تواند در محیط خارج برای مدت طولانی استفاده شود و تغییرات آب و هوایی را تحمل کند.

خلاصه

مقاومت بسیار خوب لاستیک سیلیکون در برابر دماهای بالا و پایین عمدتاً به ساختار مولکولی منحصر به فرد آن، نیروهای میان مولکولی ضعیف، مقاومت بسیار خوب در برابر اکسیداسیون و ضریب تغییر حجم حرارتی کم برمی‌گردد. این خصوصیات اجازه می‌دهند تا لاستیک سیلیکون عملکرد مکانیکی، انعطاف‌پذیری و الاستیسیته خوبی را در محدوده گسترده‌ای از دماها حفظ کند و آن را برای محیط‌های عملیاتی پیچیده مناسب کند.