Quali sono le ragioni della eccellente resistenza a temperature elevate e basse del silicone?

Ragioni per l'eccellente resistenza a temperature elevate e basse della gomma silicone

La gomma silicone (Silicone Rubber) è un materiale polimerico composto principalmente da legami silossano (Si-O-Si). Presenta un'ottima resistenza sia a temperature elevate che basse, mantenendo la flessibilità a temperature estremamente basse e sopportando lunghe esposizioni a temperature elevate senza invecchiamento significativo o degradazione delle prestazioni. Di seguito sono riportate le principali ragioni per l'eccellente resistenza a temperature elevate e basse della gomma silicone:

1. Struttura molecolare unica

• Stabilità dei legami silossano (Si-O): La struttura di base della gomma silicone è costituita da atomi alternati di silicio (Si) e ossigeno (O), formando legami silossano (Si-O-Si). Questi legami hanno un'energia di legame molto elevata (circa 450 kJ/mol), molto superiore a quella dei legami carbonio-carbonio (C-C) (circa 348 kJ/mol). Ciò rende i legami silossano altamente resistenti alla rottura a temperature elevate, contribuendo all'eccezionale stabilità termica della gomma silicone.

• Grande angolo di legame: L'angolo di legame nei legami silossano è relativamente ampio (circa 140°), il che conferisce alla catena molecolare una grande flessibilità. Questo ampio angolo di legame impedisce alle catene molecolari di congelarsi a temperature basse, permettendo alla gomma silicone di mantenere la sua flessibilità ed elasticità anche in condizioni di freddo estremo.

• Bassa temperatura di transizione vetrosa (Tg): La temperatura di transizione vetrosa (Tg) della gomma silicone è solitamente intorno ai -120°C, molto inferiore a quella di molte gomme organiche (come la gomma nitrilica o la neoprene). Ciò significa che la gomma silicone rimane morbida ed elastica a temperature molto basse, evitando la fragilità.

2. Forze di Van der Waals deboli

• Interazioni intermolecolari deboli: Le forze di Van der Waals tra le molecole di gomma silicone sono relativamente deboli, permettendo alle catene molecolari di muoversi liberamente. Anche a temperature basse, le catene molecolari non si congelano a causa di interazioni intermolecolari forti, mantenendo quindi una buona flessibilità.

• Bassa densità energetica coesiva: A causa delle deboli forze intermolecolari, la gomma silicone ha una bassa densità energetica coesiva, che impedisce che si appiccichi o si fonda a temperature elevate, preservando così le sue proprietà meccaniche.

3. Eccellente resistenza all'ossidazione

• Alta stabilità chimica: I legami silossano nella gomma silicone sono altamente resistenti all'ossidazione da parte dell'ossigeno e dell'ozono, rendendoli meno soggetti al degrado chimico. In contrasto, i legami carbonio-carbonio sono più suscettibili all'ossidazione a temperature elevate, portando all'invecchiamento del materiale e al declino delle prestazioni. La superiorità della resistenza all'ossidazione della gomma silicone le permette di resistere a lunghi utilizzi in ambienti a temperature elevate senza degradazione significativa.

• Resistenza agli UV e all'ozono: La gomma silicone presenta anche un'eccellente resistenza alla luce ultravioletta (UV) e all'ozono, prevenendo il degrado o la crepe quando esposta a condizioni esterne per lunghi periodi.

4. Basso coefficiente di dilatazione termica

Piccola dilatazione termica: La gomma silicone ha un basso coefficiente di dilatazione termica, circa la metà o un terzo rispetto a quello delle gomme organiche convenzionali. Ciò significa che la gomma silicone subisce minimi cambiamenti dimensionali quando esposta a variazioni di temperatura, riducendo lo stress e la deformazione causati dalla dilatazione e contrazione termica. Questo ulteriormente migliora la sua stabilità e affidabilità in ambienti a temperature estreme.

5. Resistenza alla corrosione chimica

Ampia stabilità chimica: La gomma silicone è altamente resistente a una vasta gamma di sostanze chimiche, inclusi acidi, basi e solventi, specialmente a temperature elevate. Ciò la rende adatta per applicazioni industriali in cui deve resistere a duri ambienti chimici, mantenendo le sue proprietà fisiche e meccaniche.

6. Eccellenti proprietà di isolamento elettrico

Alta resistenza dielettrica: La gomma silicone possiede eccellenti proprietà di isolamento elettrico, mantenendo una resistenza dielettrica stabile anche a temperature elevate e basse. Ciò la rende ampiamente utilizzata nell'industria elettrica ed elettronica, in particolare in applicazioni che richiedono resistenza a temperature e isolamento elettrico.

Aree di applicazione

Grazie a queste caratteristiche eccezionali, la gomma silicone è ampiamente utilizzata nei seguenti settori:

• Aerospaziale: Per la produzione di guarnizioni, tenute e giacche di cavo, che devono funzionare in modo affidabile in ambienti a temperature estreme.

• Industria automobilistica: Per guarnizioni, tubi e protezioni per fasci di cavi nelle casse motore, dove può resistere a temperature elevate e basse generate dal motore.

• Elettronica: Per materiali isolanti, guarnizioni e pad termici, che devono mantenere l'isolamento elettrico e le prestazioni meccaniche a diverse temperature.

• Industria edile: Per sigillanti e materiali impermeabilizzanti, che possono essere utilizzati all'esterno per lunghi periodi, resistendo ai cambiamenti climatici.

Riassunto

L'eccellente resistenza a temperature elevate e basse della gomma silicone è attribuita principalmente alla sua struttura molecolare unica, alle forze intermolecolari deboli, alla superiore resistenza all'ossidazione e al basso coefficiente di dilatazione termica. Queste proprietà consentono alla gomma silicone di mantenere ottime prestazioni meccaniche, flessibilità ed elasticità in un ampio intervallo di temperature, rendendola adatta a vari ambienti operativi impegnativi.