Vilka är orsakerna till silikonkautschuks utmärkta motståndskraft mot både höga och låga temperaturer

Anledningar till den utmärkta motståndskraften mot både höga och låga temperaturer hos silikonkautschuk

Silikonkautschuk (Silicone Rubber) är ett polymermaterial som huvudsakligen består av siloxanbånd (Si-O-Si). Det visar en utmärkt motståndskraft mot både höga och låga temperaturer, behåller flexibiliteten vid extremt låga temperaturer och står ut långvarig exponering för höga temperaturer utan betydande åldring eller prestandaförsämring. Nedan följer de viktigaste anledningarna till den utmärkta motståndskraften mot både höga och låga temperaturer hos silikonkautschuk:

1. Unik molekylär struktur

• Stabilitet hos siloxanbånd (Si-O): Grunden i silikonkautschuk består av alternerande kvicksilver (Si) och syre (O) atomer, vilket bildar siloxanbånd (Si-O-Si). Dessa bånd har en mycket hög bindningsenergi (ungefär 450 kJ/mol), mycket högre än kol-kolbånd (C-C) (ungefär 348 kJ/mol). Detta gör att siloxanbånden är mycket motståndskraftiga mot att brytas vid höga temperaturer, vilket bidrar till det exceptionella termiska stabiliteten hos silikonkautschuk.

• Stort bindningsvinkel: Bindningsvinkeln i siloxanbånd är relativt stor (omkring 140°), vilket ger molekylen hög flexibilitet. Denna stora bindningsvinkel hindrar molekylära kedjor från att frysa vid låga temperaturer, vilket gör att silikonkautschuk kan behålla sin flexibilitet och elasticitet även i extrema kalla temperaturer.

• Låg glasövergångstemperatur (Tg): Glasövergångstemperaturen (Tg) för silikonkautschuk ligger normalt runt -120°C, mycket lägre än för de flesta organiska kautschuk (som nitrilkautschuk eller neopren). Detta innebär att silikonkautschuk förblir mjukt och elastiskt vid mycket låga temperaturer, undviker spröhet.

2. Svaga van der Waals krafter

• Svaga intermolekylära interaktioner: Van der Waals krafterna mellan silikonkautschukmolekyler är relativt svaga, vilket tillåter molekylära kedjor att röra sig fritt. Även vid låga temperaturer fryser inte molekylära kedjor på grund av starka intermolekylära interaktioner, vilket bevarar god flexibilitet.

• Låg sammanhållningsenergitäthet: På grund av de svaga intermolekylära krafterna har silikonkautschuk en låg sammanhållningsenergitäthet, vilket hindrar det från att smälta samman eller smälta vid höga temperaturer, bevarar dess mekaniska egenskaper.

3. Utmärkt oxidationsmotstånd

• Hög kemisk stabilitet: Siloxanbånden i silikonkautschuk är mycket motståndskraftiga mot oxidation av syre och ozon, vilket gör dem mindre benägna för kemisk nedbrytning. I kontrast är kol-kolbånd mer benägna för oxidation vid höga temperaturer, vilket leder till materialåldring och prestandaförsämring. Silikonkautschuks överlägsna oxidationsmotstånd möjliggör att det tål långvarig användning i miljöer med höga temperaturer utan betydande nedbrytning.

• Motståndskraft mot UV och ozon: Silikonkautschuk visar också utmärkt motståndskraft mot ultraviolett (UV)-ljus och ozon, vilket förhindrar nedbrytning eller sprickbildning vid långvarig exponering för utomhusförhållanden.

4. Låg termisk expansionskoefficient

Liten termisk expansion: Silikonkautschuk har en låg termisk expansionskoefficient, ungefär hälften till en tredjedel av konventionella organiska kautschuk. Detta innebär att silikonkautschuk genomgår minimala dimensionella förändringar vid exponering för temperaturvariationer, vilket minskar spänningar och deformationer orsakade av termisk expansion och kontraktion. Detta förbättrar ytterligare dess stabilitet och tillförlitlighet i miljöer med extrema temperaturer.

5. Kemisk korrosionsmotstånd

Breddad kemisk stabilitet: Silikonkautschuk är mycket motståndskraftigt mot en mängd kemikalier, inklusive syror, baser och lösningsmedel, särskilt vid höga temperaturer. Detta gör det lämpligt för industriella tillämpningar där det måste stå ut mot hårda kemiska miljöer samtidigt som det bevarar sina fysiska och mekaniska egenskaper.

6. Utmärkta elektriska isolerande egenskaper

Hög dielektrisk styrka: Silikonkautschuk har utmärkta elektriska isolerande egenskaper, bibehåller stabil dielektrisk styrka även vid både höga och låga temperaturer. Detta gör det brett använt inom energi- och elektronikindustrin, särskilt i tillämpningar som kräver både temperaturmotstånd och elektrisk isolering.

Användningsområden

På grund av dessa utmärkta egenskaper används silikonkautschuk brett inom följande områden:

• Rymd- och flygteknik: För tillverkning av tättningar, packningar och kabelhöljen, som måste fungera pålitligt i miljöer med extrema temperaturer.

• Fordonstillverkning: För tättningar, slangar och skydd för trådbuntar i motorutrymmen, där det kan stå ut temperaturextremerna genererade av motorn.

• Elektronik: För isolerande material, tättningar och termiska plattor, som måste bibehålla elektrisk isolering och mekanisk prestanda vid olika temperaturer.

• Byggindustri: För tättningsmedel och vattenavvisande material, som kan användas utomhus under lång tid, motstånde klimatförändringar.

Sammanfattning

Den utmärkta motståndskraften mot både höga och låga temperaturer hos silikonkautschuk beror huvudsakligen på dess unika molekylära struktur, svaga intermolekylära krafter, överlägsen oxidationsmotstånd och låg termisk expansionskoefficient. Dessa egenskaper möjliggör att silikonkautschuk bibehåller utmärkt mekanisk prestanda, flexibilitet och elasticitet över ett brett temperaturintervall, vilket gör det lämpligt för olika krävande driftsmiljöer.