Які причини високої стійкості силиконової гуми до високих і низьких температур?

Причини відмінної стійкості силиконового каучуку до високих і низьких температур

Силиконовий каучук (Silicone Rubber) — це полімерний матеріал, основним компонентом якого є силоксанові (Si-O-Si) зв'язки. Він демонструє відмінну стійкість до високих і низьких температур, зберігаючи гнучкість при надзвичайно низьких температурах і витриваячи довготривалому впливу високих температур без значного старіння або зниження властивостей. Нижче наведені основні причини відмінної стійкості силиконового каучуку до високих і низьких температур:

1. Унікальна молекулярна структура

• Стабільність силоксанових зв'язків (Si-O): Скелет силиконового каучуку складається з чергування атомів кремнію (Si) і кисню (O), формуючи силоксанові (Si-O-Si) зв'язки. Ці зв'язки мають дуже високу енергію зв'язку (приблизно 450 кДж/моль), набагато більшу, ніж у вуглецевих (C-C) зв'язків (приблизно 348 кДж/моль). Це робить силоксанові зв'язки високо стійкими до розриву при високих температурах, що сприяє відмінній термічній стабільності силиконового каучуку.

• Великий кут зв'язку: Кут зв'язку в силоксанових зв'язках є досить великим (близько 140°), що забезпечує молекулярні ланцюги високою гнучкістю. Цей великий кут зв'язку запобігає замерзанню молекулярних ланцюгів при низьких температурах, дозволяючи силиконовому каучуку зберігати свою гнучкість і пружність навіть при надзвичайно низьких температурах.

• Низька температура склоподібного переходу (Tg): Температура склоподібного переходу (Tg) силиконового каучуку зазвичай становить близько -120°C, що набагато нижча, ніж у більшості органічних каучуків (таких як нітріловий каучук або хлорпрен). Це означає, що силиконовий каучук залишається м'яким і пружним при дуже низьких температурах, уникуючи хрупкості.

2. Слабкі ван дер Ваальсові сили

• Слабкі міжмолекулярні взаємодії: Ван дер Ваальсові сили між молекулами силиконового каучуку є досить слабкими, що дозволяє молекулярним ланцюгам вільно рухатися. Навіть при низьких температурах молекулярні ланцюги не замерзають через сильні міжмолекулярні взаємодії, таким чином зберігаючи хорошу гнучкість.

• Низька енергія когезії: Завдяки слабким міжмолекулярним силам, силиконовий каучук має низьку енергію когезії, що запобігає його прилипанню або танінню при високих температурах, зберігаючи механічні властивості.

3. Відмінна стійкість до окислення

• Висока хімічна стабільність: Силоксанові зв'язки в силиконовому каучуку є високо стійкими до окислення киснем і озоном, що робить їх менш підатливыми до хімічного розпаду. Навпаки, вуглецеві зв'язки більш підатливі до окислення при високих температурах, що призводить до старіння матеріалу і зниження властивостей. Відмінна стійкість до окислення силиконового каучуку дозволяє йому витривати довготривалий використовування в умовах високих температур без значного розпаду.

• Стійкість до УФ-променів і озону: Силиконовий каучук також демонструє відмінну стійкість до ультрафіолетових (УФ) променів і озону, запобігаючи розпаду або тріщинам при довготривалому впливу зовнішніх умов.

4. Низький коефіцієнт теплового розширення

Мала теплова розширення: Силиконовий каучук має низький коефіцієнт теплового розширення, приблизно вдвічі до третини менший, ніж у звичайних органічних каучуків. Це означає, що силиконовий каучук піддається мінімальним змінам розмірів при варіаціях температури, зменшуючи напруження і деформації, спричинені тепловим розширенням і стисненням. Це ще більше підвищує його стабільність і надійність в екстремальних температурних умовах.

5. Хімічна корозійна стійкість

Широка хімічна стабільність: Силиконовий каучук є високо стійким до широкого спектру хімічних речовин, включаючи кислоти, основи і розчинники, особливо при високих температурах. Це робить його придатним для промислових застосувань, де він повинен витривати жорсткі хімічні умови, зберігаючи свої фізичні і механічні властивості.

6. Відмінні електроізоляційні властивості

Висока диелектрична стійкість: Силиконовий каучук має відмінні електроізоляційні властивості, зберігаючи стабільну диелектричну стійкість навіть при високих і низьких температурах. Це робить його широко використовуваним в енергетичній та електронній галузях, особливо в застосуваннях, які вимагають як стійкості до температур, так і електроізоляції.

Области застосування

Завдяки цим відмінним характеристикам, силиконовий каучук широко використовується в наступних галузях:

• Аерокосмічна галузь: Для виготовлення ущільнень, прокладок і оболонок кабелів, які повинні надійно працювати в екстремальних температурних умовах.

• Автомобільна галузь: Для ущільнень, шлангів і захисту жгутів проводів в двигунних отсіків, де він може витривати високі і низькі температури, генеровані двигуном.

• Електроніка: Для ізоляційних матеріалів, ущільнень і термопаст, які повинні зберігати електроізоляційні і механічні властивості при різних температурах.

• Будівельна галузь: Для герметиків і водонепроникних матеріалів, які можна використовувати на відкритому повітрі протягом довгого часу, витриваючи зміни клімату.

Висновок

Відмінна стійкість силиконового каучуку до високих і низьких температур в основному пояснюється його унікальною молекулярною структурою, слабкими міжмолекулярними силами, відмінною стійкістю до окислення і низьким коефіцієнтом теплового розширення. Ці властивості дозволяють силиконовому каучуку зберігати відмінні механічні властивості, гнучкість і пружність в широкому діапазоні температур, роблячи його придатним для різних складних умов експлуатації.