لاستیک سیلیکون: شرحی کامل از نوعی الاستومر بادوام
واژه الاستومر از پلیمرهای الاستیک گرفته شده که دارای قابلیت ارتجاعی بالایی میباشند. الاستومر نوعی ماده لاستیک مانند است که از زنجیره های بلند مولکولی یا پلیمرها تشکیل شده و پس از ان که کشیده شود (حتی به مقداری خیلی بالا) دوباره این ماده به وضعیت اولیه خود باز میگردد. الاستومر نوعی پلیمر است که خاصیت چسبندگی و انعطاف پذیری را با هم دارد و نیروی بین مولکولی ان خیلی کم است.
سیلیکون نیز نوعی الاستومر با عملکرد فوق العاده بوده که ترکیبی از ویژگی های متفاوت را دارد. از ان جمله میتوان به کارکرد این ماده در دمای بالا، دوام، نارسانایی الکتریکی و همچنین شفافیت اشاره کرد.
ولی چه چیزی سیلیکون را به نوعی ماده پرکاربرد در صنایع و حوزه های مختلف تبدیل کرده است؟ ویژگی های اصلی ان و مصارفش کدامند؟ با مطالعه این مقاله میتوانید اطلاعات فنی جامعی در خصوص این ماده بدست اورید.
چرا سیلیکون تا این اندازه متنوع است؟
لاستیک سیلیکون نوعی الاستومر بادوام و بسیار مقاوم است که از ترکیب سیلیکون (نوعی پلیمر) و سایر مولکولها مانند کربن، هیدروژن و اکسیژن ساخته شده است. پیکره اصلی که در ساختار این ماده وجود دارد را سیلوکسان (زنجیره ی سیلیکون-اکسیژن) و یک پیوند ارگانیک نیمه با سیلیکون تشکیل میدهد.
اگرچه خواص لاستیک سیلیکون میتواند با توجه به موارد ذیل به صورت قابل توجهی از هم متفاوت باشد:
- گروه های ارگانیک مانند متیل، وینیل،فنیل، تری فلوئوروپروپیل یا سایر گروه ها
- ساختار شیمیایی
لاستیک سیلیکون در مقایسه با لاستیکهای ارگانیک، دارای پیوندهای سیلیکونی با اکسیژن میباشد و به همین دلیل در این موارد کارکرد خیلی بهتری خواهد داشت:
- مقاومت در برابر گرما
- پایداری شیمیایی
- نارسانایی الکتریکی
- مقاومت در برابر ساییدگی
- مقاومت در برابر تغییرات اب و هوایی و همچنین ازون
همچنین این ماده این قابلیت را دارد تا دماهای متفاوتی از منفی 50 درجه سانتی گراد تا 350 درجه سانتی گراد را به خوبی تحمل نماید (با توجه به مدت زمانی که در معرض این دماها قرار میگیرد). قرار گیر ی طولانی مدت سیلیکون در معرض باد، باران و اشعه فرابنفش، هیچ گونه تغییری در خصوصیات فیزیکی انها ایجاد نخواهد کرد. ماده یاد شده بر خلاف لاستیکهای ارگانیک هیچ اثری از ازون نمی پذیرد.
خواص ویژه لاستیک سیلیکون از ساختار مولکولی منحصر بفرد ان ناشی میشوند که میتوانند هر دو خواص مواد ارگانیک و غیر ارگانیک را شامل شوند.
بنابراین این ماده با توجه به خواص یاد شده دارای کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف از جمله هوافضا، خودروسازی، ساخت وساز، پزشکی، برقی و الکترونیکی، فراوری غذا و سایر موارد دارد.
به طور کلی از این مواد برای تولید الاستومرهای گوناگون، چسب و عوامل درزگیر، ترکیبات ویژه محصورسازی یا کپسوله سازی، پوشش ها و نرم کننده ها استفاده میشود.
انواع تجاری لاستیک سیلیکون اولین بار توسط کمپانی Dow Corning و در سال 1943 تولید شد. امروزه این مواد در کمپانی های مختلفی تولید میشوند که مهم ترین این کمپانی ها عبارتند از:
انواع دسته بندی ها ی لاستیک سیلیکون کدامند و از چه روش هایی برای ترکیب این مواد استفاده میشود؟
ممکن است گروه های ارگانیک موجود در این ماده شامل متیل، وینیل، فنیل یا سایر گروه ها باشند. بنا بر استاندارد ASTM D1418 که طبقه بندی عمومی یا نام گذاری شبکه های لاستیکی را پوشش میدهد، لاستیکهای سیلیکونی بدین گونه دسته بندی میشوند:
- گروه متیل: که با نامهای الاستومر یا پلیمر دی متیل سیلیکون یا به عنوانی ساده تر متیل سیلیکون شناخته میشود که MQ نیز نشان دهنده ی همین گروه است.
- گروه های متیل و فنیل: که با نامهای پلیمر یا لاستیک متیل فنیل سیلیکون یا لاستیک فنیل سیلیکون نیز شناخته میشود. PMQ نیز نشان دهنده ی همین ماده بوده و عملکرد خیلی خوبی هم در دمای بالا دارد.
- گروه های متیل و وینیل: که با نام الاستومر یا لاستیک متیل وینیل سیلیکون هم شناخته میشود و واژه ی VMQ نیز به ان اطلاق میشود
- گروه های متیل، فنیل و وینیل: که به صورت اختصاری با نام PVMQ نیز شناخته میشود و به دلیل کارکرد مطلوبی که در دمای بالا دارد، مشهور است
- گروه های فلوئورو، وینیل و متیل- که با نام لاستیک فلوئورینی یا فلوئوروسیلیکون نیز شناخته میشود. یکی دیگر از اسامی این گروه، FVMQ است و مقاومت خیلی بالایی در برابر حمله مواد قوی مانند بنزین، نفت، حلالها و غیره دارد.
یکی دیگر از فاکتورهایی که برای دسته بندی این مواد به جزساختار مولکولی انها در نظر گرفته میشود، میزان چسبندگی و روش های کاربردی برای فراوری انهاست. لاستیک سیلیکون به سه شکل مختلف وجود دارد:
- لاستیک سیلیکون جامد یا ولکانیزه شده در دمای بالا یا HTV: لاستیک سیلیکون دارای پلیمرهایی است که وزن مولکولی بالایی دارند و زنجیره های پلیمری انها نیز نسبتا طولانی است. این مواد به صورت غیر عمل اوری شده در دسترس هستند و به تکنیک های فراوری سنتی لاستیک نیاز دارند. میزان چسبندگی این مواد در مقایسه با سایر انواع بالاتر بوده ولی همانند انها ترکیب شده و فراوری میشوند. دمای مورد نظر برای عمل اوری انها بالاتر بوده و ممکن است این کار به کمک پراکسیدهای ارگانیک و یا کاتالیزورهای پلاتینیوم صورت گیرد.
- لاستیک سیلیکون مایع یا LSR: که شامل پلیمرهایی با وزن مولکولی پایین تر و زنجیره های کوتاه تر میشود. همچنین شارش این مواد بالاتر است و با استفاده از قالب گیری تزریقی و روزن رانی و به کمک تجهیزات ویژه طراحی میشود. این ماده نوعی الاستومر ترموست است که دارای حالت چسبندگی کمی بوده و خلوص زیادی دارد. همچنین ماده یاد شده برای مواردی مناسب است که شفافیت بالا و مقاومت طولانی مدت در محیط هایی با شرایط سخت (مانند دمای بالا، قرار گیری در معرض اشعه فرابنفش و سایر موارد) مد نظر باشد. لاستیک سیلیکون مایع به طور انحصاری با قالب گیری تزریقی و تحت گرمای زیاد عمل اوری میشودو مزیت اصلی این نوع از سیلیکونها، امکان یکپارچه سازی چندین بخش در یک بخش است که خود به طور ویژه ای هزینه ها را کاهش میدهد. این ماده با کاهش زمان چرخه ها، به بهبود بهره وری کمک میکند، زباله های تولیدی ماده را کاهش میدهد و از سیستمهای کوچک تری استفاده میکند.
- لاستیک سیلیکون ولکانیزه شده در دمای اتاق یا RTV: این ماده نوعی از لاستیک سیلیکون است که دارای درجات سختی متفاوت از خیلی نرم تا متوسط میباشد. از این مواد برای تولید درزگیرها، کپسوله سازی و سایر موارد استفاده میشود.
لاستیک سیلیکون مایع در حوزه های متفاوت دمایی از منفی 50 تا 250 درجه سانتی گراد میتواند خواص فیزیکی خود را حفظ نماید. این نوع از الاستومرها که با گرما عمل اوری میشوند، دارای شفافیت ظاهری زیاد و دوام خوبی میباشند. همچنین میتوان بدون هیچ محدودیتی انها را به روش های مختلف طراحی کرد. این ماده شفاف نوین کاربرهای مختلفی دارد مانند چراغ های LED دارای توان بالا، محصولات الکترونیکی، چراغ خودرو و بسیاری از موارد دیگر.
روش های ترکیب یا سنتز لاستیک سیلیکون کدامند؟
به طور کلی، سنتز لاستیک سیلیکون دارای سه مرحله میباشد مانند اماده سازی کلروزیلانس، هیدرولیز و سپس بسپارشی که به تولید الاستومرهای سیلیکونی می انجامد.
خواص و ویژگی های اصلی لاستیک سیلیکون کدامند؟
ساختار شیمیایی بین سیلیکون ها و اکسیژن و همچنین پیوندهای پرانرژی باعث میشوند تا این نوع از الاستومرها خواص کارکردی منحصربفردی داشته باشند. مزایای لاستیکهای سیلیکون عبارتند از :
- دمای کارکردی متمایز: مقاومت بالای گرمایی و ترمواکسیداتیوی. پیوند بین سیلیکونها با اکسیژن قوی تر از پیوند بین دو کربن است.
- مقاوم در برابر نیروی الکترومغناطیسی و تابش های ذرات مانند فرابنفش، آلفا، بتا و اشعه گاما.
- حالت غیر چسبنده
- این ماده به میزان کمی حالت سمی دارد
- انعطاف پذیر در دماهای پایین به دلیل دمای پایین گذار شیشه
- شفافیت ظاهری
- نارسانایی الکتریکی مطلوب
- واکنش پذیری شیمیایی پایین
- سازگاری زیستی بالا
- خواص مکانیکی منحصربفرد مانند مقاومت بالا در برابر پارگی و کشیدگی
مواد افزودنی و فیلرهای به کار برده شده برای لاستیک سیلیکون کدامند؟
لاستیک سیلیکون در واقع دارای تعداد زیادی از مواد افزودنی و فیلر هایی است که به بهبود عملکرد ان برای مصارف مختلف کمک میکنند.
- شبکه ای سازی یا ایجاد اتصالات عرضی: این مواد با استفاده از شبکه سازهای پراکسید یا کاتالیزورهای پلاتینیوم فراوری شده و یا شبکه میشوند و در نتیجه محصولی با خواص مکانیکی پایدار را بوجود می اورند.
- فیلرها: سیلیکا پیروژنیک یکی از پرکاربردترین فیلرهای موجود بوده و و کوارتز هم نوعی فیلراست که خاصیت تقویت کننده ندارد. از فیلرها به منظور ایجاد اصلاحاتی در لاستیک سیلیکون و بهبود مقاومت ان در برابر پارگی و یا بهبود میزان رسانایی ان استفاده میشود. (کربن سیاه)
- پایدار کننده ها: این مواد منحصرا به دلیل افزایش مقاومت لاستیک سیلیکون در برابر گرما به ان اضافه میشوند.
- مواد ضد اشتعال: افزودنی هایی مانند ترکیبات پلاتینیوم، کربن سیاه، الومینیوم تری هیدرات، زینک یا ترکیبات سریک هم با هدف افزایش مقاومت این ماده در برابر آتش به ان اضافه میشوند.
- رنگدانه و رنگ ها: لاستیک سیلیکون بر خلاف سایر انواع لاستیکها که مشکی رنگ هستند، دارای شفافیت بالایی میباشد و به همین دلیل به راحتی میتوان انها را با استفاده از رنگهای مختلف رنگ کرد تا ویژگی هایی مطابق با نیازمندی های موجود داشته باشند.
