مطاط سيليكوني

(تم التحويل من Silicone rubber)
لوح مفاتيح مقاوم للماء.

المطاط السليكوني Silicone rubber، هو لدينة مرنة (مادة شبيهة بالمطاط) مكون من السليكون - الذي يعتبر في حد ذاته پوليمراً - تحتوي على السيليكون والكربون، الهيدروجين، والأكسجين. يستخدم المطاط السيليكوني على نطاق واسع في الصناعة، ولها تركيبات متعددة. عادة ما يكون المطاط السيليكوني عبارة عن پوليمر بجزء-أو بجزئين، وقد يحتوي على مواد مالئة لتحسين الخصائص وخفض التكلفة.

المطاط السيليكوني، بشكل عام، هو مادة غير متفاعلة، مستقرة، ومقاومة للبيئات القاسية وتحتفظ بخصائصها المفيدة في درجات حرراة تتراوح بين -55 إلى 300°س. نظراً لهذه الخصائص ولسهولة وانخفاض تكلفة التصنيع، يوجد المطاط السيليكوني في مجموعة متنوعة من المنتجات، منها: عوازل خطوط الجهد، تطبيقات السيارات؛ منتجات الطبخ والخبز وتخزين المواد الغذائية؛ الملابس مثل الملابس الداخلية والأحذية والأحذية الرياضية؛ الإلكترونيات؛ الأجهزة الطبية والغرسات؛ وإصلاحات المنزل والأجهزة التي تحتوي على منتجات مثل مانعات التسرب السيليكونية.


The term "silicone" is actually a misnomer. The suffix -one is used by chemists to denote a substance with a double-bonded atom of oxygen in its backbone. When first discovered, silicone was erroneously believed to have oxygen atoms bonded in this way. The technically correct term for the various silicone rubbers is polysiloxanes (polydimethylsiloxanes being a large subset), referring to a saturated Si-O backbone.[1]

المعالجة

In its uncured state, silicone rubber is a highly adhesive gel or liquid. To convert it to a solid, it must be cured, vulcanized, or catalyzed. This is normally carried out in a two-stage process at the point of manufacture into the desired shape, and then in a prolonged post-cure process. It can also be injection molded or 3D printed.

Silicone rubber may be cured by a platinum-catalyzed cure system, a condensation cure system, a peroxide cure system, or an oxime cure system. For the platinum-catalyzed cure system, the curing process can be accelerated by adding heat or pressure.

نظام المعالجة المعتمدة على الپلاتين

In a platinum-based silicone cure system, also called an addition system (because the key reaction-building polymer is an addition reaction), a hydride- and a vinyl-functional siloxane polymer react in the presence of a platinum complex catalyst, creating an ethyl bridge between the two.[2] The reaction has no byproducts. Such silicone rubbers cure quickly, though the rate of or even ability to cure is easily inhibited in the presence of elemental tin, sulfur, and many amine compounds.[1]

نظام المعالجة التكثيفي

Condensation curing systems can be one-part or two-part systems.[3] In one-part or RTV (room-temperature vulcanizing) system, a cross-linker exposed to ambient humidity (i.e., water) experiences a hydrolysis step and is left with a hydroxyl or silanol group. The silanol condenses further with another hydrolyzable group on the polymer or cross-linker and continues until the system is fully cured. Such a system will cure on its own at room temperature and (unlike the platinum-based addition cure system) is not easily inhibited by contact with other chemicals, though the process may be affected by contact with some plastics or metals and may not take place at all if placed in contact with already-cured silicone compounds. The crosslinkers used in condensation cure systems are typically alkoxy, acetoxy, ester, enoxy, or oxime silanes such as methyl trimethoxy silane for alkoxy-curing systems and methyl triacetoxysilane for acetoxy-curing systems. In many cases an additional condensation catalyst is added to fully cure the RTV system and achieve a tack-free surface. Organotitanate catalysts such as tetraalkoxy titanates or chelated titanates are used in alkoxy-cured systems. Tin catalysts such as dibutyl tin dilaurate (DBTDL) can be used in oxime and acetoxy-cured systems. Acetoxy tin condensation is one of the oldest cure chemistries used for curing silicone rubber, and is the one used in household bathroom caulk. Depending on the type of detached molecule, it is possible to classify silicone systems as acidic, neutral, or alkaline.[4]

استعراض لأنظمة السيكيكون الأكثر شيوعاً في الاستخدام.

Two-part condensation systems package the cross-linker and condensation catalyst together in one part while the polymer and any fillers or pigments are in the second part. Mixing of the two parts causes the curing to take place. A typical filler is fumed silica, also known as pyrogenic silica, which used to control the flow properties of the sealant. [5]

Once fully cured, condensation systems are effective as sealants and caulks in plumbing and building construction and as molds for casting polyurethane, epoxy, and polyester resins, waxes, gypsum, and low-melting-temperature metals such as lead. They are typically very flexible and have a high tear strength. They do not require the use of a release agent since silicones have non-stick properties.

نظام المعالجة الپيروكسيدي

Peroxide curing is widely used for curing silicone rubber. The curing process leaves behind byproducts, which can be an issue in food contact and medical applications. However, these products are usually treated in a postcure oven which greatly reduces the peroxide breakdown product content. One of the two main organic peroxides used, dicumyl peroxide, has principal breakdown products of acetophenone and 2-phenyl-2-propanol. The other is 2,4-dichlorobenzoyl peroxide, whose principal breakdown products are 2,4-dichlorobenzoic acid and 1,3-dichlorobenzene.[6][7]

Crosslinking by organic peroxides

التاريخ

The first silicone elastomers were developed in the search for better insulating materials for electric motors and generators. Resin-impregnated glass fibers were the state-of-the-art materials at the time. The glass was very heat resistant, but the phenolic resins would not withstand the higher temperatures that were being encountered in new smaller electric motors. Building on the work of Frederic Kipping,[8] chemists at Corning Glass and General Electric were investigating heat-resistant materials for use as resinous binders when they synthesized the first silicone polymers, demonstrated that they worked well and found a route to produce them commercially.

Corning Glass in a joint venture with Dow Chemical formed Dow Corning in 1943 to produce this new class of materials. War-time uses included gaskets for the B29's superchargers and supporting searchlight lenses.[9]

As the unique properties of the new silicone products were studied in more detail, their potential for broader usage was envisioned, and GE opened its own plant to produce silicones in 1947. GE Silicones was sold to Momentive Performance Materials in 2006. Wacker Chemie also started production of silicones in Europe in 1947. The Japanese company Shin-Etsu Chemical began mass production of silicone in 1953.[10]

الخصائص

يوفر مطاط السيليكون مقاومة جيدة لدرجات الحرارة القصوى ، حيث أنه قادر على العمل بشكل طبيعي من −100 إلى 300 °C (−148 إلى 572 °F). يتميز مطاط السيليكون بقوة شد منخفضة وخصائص ضعيفة للتآكل والتشقق.[11] بعض الخصائص مثل الاستطالة ، الانسلال ، ثني دوري ، قوة تمزق ، مجموعة ضغط ، قوة العزل الكهربائي (عند الجهد العالي) ، الموصلية الحرارية ، مقاومة الحريق وفي بعض الحالات مقاومة الشد يمكن أن تكون - في درجات الحرارة القصوى - أعلى بكثير من المطاط العضوي بشكل عام ، على الرغم من أن بعض هذه الخصائص لا تزال أقل من بعض المواد المتخصصة. مطاط السيليكون هو مادة مختارة في الصناعة عندما يكون الاحتفاظ بالشكل الأولي والقوة الميكانيكية مرغوبًا تحت الضغط الحراري الثقيل أو درجات الحرارة دون الصفر.[12][13][14] المطاط العضوي له أساس من carbon-to-carbon الذي يمكن أن يجعله عرضة لـ الأوزون و الأشعة فوق البنفسجية والحرارة وعوامل الشيخوخة الأخرى التي يمكن أن يتحملها مطاط السيليكون جيدًا. وهذا يجعل من مطاط السيليكون أحد اللدائن المفضلة في العديد من البيئات القاسية. السيليكون هو أكثر من نفاذية للغازات من معظم المطاطات الأخرى التي تحد من استخدامه في بعض المناطق.

مطاط السيليكون خامل للغاية ولا يتفاعل مع معظم المواد الكيميائية. بسبب خموله ، يتم استخدامه في العديد من التطبيقات الطبية بما في ذلك الزرعات الطبية. فهو متوافق حيوياً ، هيبوالرجينيك ، مما يجعله مناسبًا لمنتجات رعاية الأطفال ، والاتصال الغذائي بشكل عام. مطاط السيليكون هو حل موثوق (على عكس المطاط و المطاط الصناعي بالحرارة) لمشاكل ارتحال الأيونات أو التفاعل بين المكونات النشطة الرئيسية. يمنع استقرارها الكيميائي من التأثير على أي ركيزة تلامسها (الجلد ، الماء ، الدم ، المكونات النشطة ، إلخ.).[15]

الخاصية القيمة
المظهر
الصلابة، Shore A 25–90
ضغط فشل الشد، النهائي 1،400–10،300 kPa (200–1،500 psi)
الاستطالة بعد التمزق % ≥ 700% الحد الأقصى
الكثافة من 0.95 إلى أكثر من 1.20 گ/سم33

الإنتاج

لصنع السيليكون ، يجب عزل ذرات السيليكون من مركب ثاني أكسيد السيليكون السيليكا. يتم ذلك عن طريق تسخين كميات كبيرة من رمل الكوارتز إلى درجات حرارة عالية للغاية ، غالبًا تصل إلى 1800 درجة مئوية. من هنا ، هنالك العديد من العمليات حيث يتم دمج السيليكون مع كلوريد الميثيل وتسخينه. ثم يتم تقطيرها إلى سيلوكسان مبلمر يعرف باسم ثنائي ميثيل سيلوكسان. يمكن بعد ذلك أن يكون polydimethylsiloxane البلمرة. يتم ذلك باستخدام مجموعة متنوعة من التقنيات اعتمادًا على استخدام المنتج النهائي.[16] غالبًا ما يتم دمج مركب السيليكون الخام مع الأصباغ ، أي إضافات مطلوبة وتندمج مع المحفز لـ حقن صب أو البثق. المعالجة هي المرحلة النهائية في عملية الإنتاج.

البنية

سلسلطة المطاط السيليكوني.
ملف:PDMS.svg
Repeat unit من المطاط السيليكوني

Polysiloxanes differ from other polymers in that their backbones consist of Si–O–Si units instead of C–C units. The large bond angles and bond lengths make polysiloxanes more flexible than basic polymers such as polyethylene. A C–C backbone unit has a bond length of 1.54 Å and a bond angle of 112°, whereas an Si–O backbone unit has a bond length of 1.63 Å and a bond angle of 130°. Polymer segments in polysiloxanes can move farther and change conformation easily, making for a flexible material. Polysiloxanes tend to be more stable and less chemically active because more energy is required to break the silicon–oxygen bond. Although silicon is a congener of carbon, having the same electron bonding configuration, silicon analogues of carbonaceous compounds generally exhibit different properties. The difference in total charge and mass between carbon with 6 protons and 6 neutrons, and silicon with 14 protons and 14 neutrons causes an added layer of electrons and their screening effect changes the electronegativity between the two elements. For example the silicon–oxygen bond in polysiloxanes is significantly more stable than the carbon-oxygen bond in polyoxymethylene, a structurally similar polymer. The difference is partly due to the higher bond energy, the energy required to break the Si-O bond, and also because polyoxymethylene decomposes formaldehyde, which is volatile and escapes driving decomposition forward, but Si-containing decomposition products of silicone are less volatile.[17]

الخصائص الميكانيكية (Polymax 2005)
الخاصية القيمة
الصلابة، shore A 10–90
قوة الشد 11 N/mm2
الاستطالة عند الانكسار 100–1100 %
درجة الحرارة القصوى 300 °س
درجة الحرارة الدنيا −120 °س

الدرجات الخاصة

There are many special grades and forms of silicone rubber, including: steam resistant, metal detectable, high tear strength, extreme high temperature, extreme low temperature, electrically conductive, chemical/oil/acid/gas resistant, low smoke emitting, optically clear,[18] and flame-retardant. A variety of fillers can be used in silicone rubber, although most are non-reinforcing and lower the tensile strength.

Silicone rubber is available in a range of hardness levels, expressed as Shore A or IRHD between 10 and 100, the higher number being the harder compound. It is also available in virtually any colour, and can be colour matched.

المطاط السيليكوني السائل.


التطبيقات

فرشاة حلويات مصنوعة من المطاط السيليكوني.

بمجرد خلطه وتلوينه ، يمكن بثق مطاط السيليكون في أنابيب أو شرائط أو سلك صلب أو ملفات مخصصة وفقًا لمواصفات الحجم الخاصة بالشركة المصنعة. يمكن ربط الحبل لعمل ملفات O-ring ويمكن ربط ملفات التعريف المبثوقة لصنع الأختام. يمكن تشكيل مطاط السيليكون في أشكال وتصاميم مخصصة. يعمل المصنعون على تعيين تفاوتات الصناعة عند البثق أو القطع أو الانضمام إلى مقاطع مطاط السيليكون. في المملكة المتحدة ، يكون هذا BS 3734 ، أما بالنسبة للسحب ، فإن المستوى الأكثر إحكامًا هو E1 والأوسع هو E3.

يستخدم مطاط السيليكون في تطبيقات السيارات ، والعديد من منتجات الطبخ ، والخبز ، وتخزين الطعام ، والملابس بما في ذلك الملابس الداخلية ، والملابس الرياضية ، والأحذية ، والإلكترونيات ، لإصلاح الأجهزة المنزلية ، ومجموعة من التطبيقات غير المرئية.

يتم تصنيع مطاط السيليكون السائل أيضًا لتطبيقات العلوم الحيوية للتطبيقات (مكابس حقنة ، إغلاق لنظام التوزيع ، جوانات لمنظم تدفق IV ، أقنعة تنفسية ، غرف قابلة للغرس للإعطاء IV) ، منتجات تجميلية (فرشاة ماسكارا ، تغليف الماكياج ، وأدوات وضع المكياج ، وقوالب أحمر الشفاه) ومنتجات البصريات (العدسات الدائرية ، جهاز لإنتاج أشعة موازية ، عدسات فريسنل و عدسات حرة الشكل).[19]

تستخدم ألواح تسخين المياه بالطاقة الشمسية التي تتحمل التجميد مرونة السيليكون لاستيعاب توسع المياه عند التجميد بشكل متكرر ، في حين أن تحمل درجة الحرارة الشديدة يحافظ على نقص الهشاشة تحت التجميد وتحمل ممتاز لدرجات الحرارة الزائدة 150 °C (302 °F). إن خاصية عدم وجود االأساس الكربوني ، ولكن الأساس السيليكوني القوي كيميائياً بدلاً من ذلك ، يقلل من إمكاناتها كمصدر غذائي للبكتيريا الخطرة المنقولة بالماء مثل Legionella.

يحتوي الشريط المطاطي السيليكوني غير المصبوغ على مادة أكسيد ثلاثي الحديد المضافة (مما يجعل الشريط لونه أحمر برتقالي) يستخدم على نطاق واسع في تطبيقات الطيران وأسلاك الطيران كقطعة لصق أو شريط التفاف بسبب طبيعته غير القابلة للاشتعال . تضيف مادة أكسيد الحديد الموصلية الحرارية العالية ولكنها لا تغير خاصية العزل الكهربائي العالية لمطاط السيليكون. هذا النوع من شريط الاندماج الذاتي يندمج أو يندمج مع نفسه ، بحيث عندما يتم شده ولفه حول الكابلات والمفاصل الكهربائية والخراطيم والأنابيب فإنه يلتصق بطبقة مطاطية عازلة للكهرباء ومقاومة للماء على الرغم من أنه غير لاصق.

مع إضافة الكربون أو مادة موصلة أخرى كمواد مالئة للمساحيق ، يمكن جعل مطاط السيليكون موصلًا كهربائيًا مع الاحتفاظ بمعظم خواصه الميكانيكية الأخرى. على هذا النحو يتم استخدامه لجهات الاتصال المرنة التي يتم إغلاقها عند الضغط عليها ، ويستخدم في العديد من الأجهزة مثل هواتف لوحة مفاتيح الكمبيوتر و جهاز التحكم عن بعد.

الإصلاح الذاتي

في عام 2007 ، شكل مطاط السيليكون أول مصفوفة ذاتية لدينة ذاتية الإصلاح.[20] فالمواد المستندة إلى الكبسولة الميكروية كانت تقريباً قادرة على استعادة كل قوة التمزق الأصلية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن هذه المادة قد حسنت خصائص الإجهاد كما تم تقييمها باستخدام اختبار الإجهاد-الالتواء.[21]

انظر أيضاً

المصادر

  1. ^ أ ب Roux, Marie Ange (2007). "Processing pharmaceutical polymers". Pharmaceutical Polymers 2007. Smithers Rapra. p. 28. ISBN 9781847350176.
  2. ^ Mazurek, P.; Vudayagiri, S.; Skov, A. L. How to Tailor Flexible Silicone Elastomers with Mechanical Integrity: A Tutorial Review. Chem Soc. Rev. 2019, 48, 1448–1464. https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cs/c8cs00963e#!divAbstract
  3. ^ Mittal, K. L and Pizzi, A. (Eds.), (2009), Handbook of Sealant Technology, CRC Press, p. 328-332. ISBN 9781420008630.
  4. ^ Manfred Pröbster, Industrial Sealants - Fundamentals, selection and applications, Verlag Moderne Industrie 2004
  5. ^ Page 12 https://www.wacker.com/h/medias/6415-EN.pdf
  6. ^ M. J. Forrest, Food Contact Rubbers 2 - Products, Migration and Regulation, Rapra Review Reports, vol. 16, No. 2, Smithers Rapra Publishing, 2006 ISBN 1859575226.
  7. ^ Schettgen, Thomas; Esser, André; Alt, Anne; Randerath, Isabella; Kraus, Thomas; Ziegler, Patrick (2022). "Decomposition Products of the Initiator Bis(2,4-dichlorobenzoyl)peroxide in the Silicone Industry: Human Biomonitoring in Plasma and Urine of Workers". Environmental Science & Technology. 56 (12): 8518–8527. Bibcode:2022EnST...56.8518S. doi:10.1021/acs.est.2c01530. PMID 35671459.
  8. ^ Thomas, Neil R. (12 August 2010). "Frederic Stanley Kipping—Pioneer in Silicon Chemistry: His Life & Legacy". Silicon. 2 (4): 187–193. doi:10.1007/s12633-010-9051-x.
  9. ^ A New Synthetic Rubber, The Times, 15 November 1944
  10. ^ "About GE Silicones". siliconeforbuilding.com. Retrieved 2020-06-23.
  11. ^ Seal & Design Inc. | SILICONE (VMQ) O-RINGS & SILICONE GASKETS
  12. ^ "Characteristic Properties of Silicone Rubber Compounds" by Shin-Etsu Co. http://www.silicone.jp/e/catalog/pdf/rubber_e.pdf
  13. ^ Overview of silicone rubber materials http://www.thefreelibrary.com/An+overview+of+silicone+rubber.-a0105557239
  14. ^ Silicone rubber properties http://www.timcorubber.com/rubber-materials/silicone.htm
  15. ^ "LSR Specific Properties".
  16. ^ "News - What is Silicone Made of? | Viking Extrusions". www.vikingextrusions.co.uk. Retrieved 2019-08-13.
  17. ^ "Characteristic properties of Silicone Rubber Compounds" (PDF). Shin-Etsu Silicone. Japan: Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. August 2016.
  18. ^ "Optical Silicone: Guide to Optical Silicone Rubber". Newsil. Retrieved 2025-03-29.
  19. ^ "CVA SILICONE | Liquid Silicone Rubber LSR | Your Industry".
  20. ^ Keller et al., A Self-Healing Poly(dimethyl siloxane) Elastomer, Advanced Functional Materials, v. 17, p. 2399–2404 (2007).
  21. ^ Keller et al., Torsion Fatigue Response of Self-Healing Poly(dimethyl siloxane) Elastomers, Polymer, v.49 p. 3136–3145 (2008).

قراءات إضافية

  • Brydson, John (1999) Plastics Materials, Butterworth, 9th Ed
  • Lewis, PR, Reynolds, K and Gagg, C (2004) Forensic Materials Engineering: Case Studies, CRC Press
الكلمات الدالة:
تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=مطاط_سيليكوني&oldid=4326691"