Силіконова гума – це продукт, який отримується шляхом вулканізації (зшивання) макромолекул каучуку (еластомеру), що містить у своїй структурі кремній. Синоніми – силоксанові, кремнійорганічні, силіконові каучуки. Бічні групи замісників у макромолекулах еластомеру можуть бути алкільними, мобільними або навіть це може бути фтор. Будова молекули каучуку безпосередньо визначає практичні властивості готової композиції: твердість, термостійкість, еластичність, холодопливість і т.д. Крім полімерної частини, гума містить ще безліч активних та інертних наповнювачів. Наприклад, діоксид кремнію здатний багаторазово посилювати характеристики міцності, а каолін (глину) вводять з метою здешевлення композиції. Каучук сам собою – це в'язка система з дуже невеликою міцністю на розрив. Тому для надання їй високих фізико-механічних характеристик вводять агенти, що зшивають (вулканізати). Готова гумова суміш додатково містить барвники, антиоксиданти, світлостабілізатори, пом'якшувачі і т.д, які додає з метою надання певних експлуатаційних характеристик. Характеристики Всі експлуатаційні характеристики так чи інакше пов'язані з наявністю кремнію у структурі гуми. Він дозволяє поєднати органічну та неорганічну природу матеріалів усередині системи. Ось деякі ключові характеристики, які роблять силікони унікальними:
• Теплостійкість. Це головний показник при виборі кремнійорганічної гуми. Каучуки загального призначення не можуть експлуатуватися за температур вище 100-150 °С. Для силіконів температурний інтервал 150-250 °С є нормальним робочим середовищем. В екстремальному температурному діапазоні до 300 С силоксанові гуми витримують до декількох тижнів і навіть місяців. Виробничий цикл може передбачати закладку верхнього температурного режиму експлуатації, зазвичай цього досягають температурою 2-го ступеня вулканізації вище на 20-25 ° С ніж передбачувані значення. Єдине обмеження використання - безповітряне середовище термін працездатності гум зменшує; • Холодостійкість. Силіконові каучуки не відносяться до низькотемпературних. Шляхом введення модифікаторів вдається знизити температурну межу охолодження. Еластичність гумових виробів залишається постійною до -80 °С. При зниженні температури матеріал стає крихким; • Атмосферостійкість. Силікони не розтріскуються, не руйнуються і не вицвітають при дії перепадів температур, ультрафіолету та сонячного світла; • Екологічність та токсикологічна безпека. Силікони не виділяють шкідливих хімічних сполук. Вони інертні та безпечні для контакту з людським організмом. Ця особливість визначає їх застосування у харчовій промисловості та медицині; • Антиадгезійні властивості. До готового силікону нічого не прилипає. Тому вони використовуються як транспортування, наприклад, для переміщення гарячих липких мас та середовищ у вигляді конвеєрних стрічок.
Вибираючи силікон для виробництва гумово-технічних виробів, необхідно визначитись із ключовими технічними характеристиками (пріоритетність теплостійкості). Оскільки кремнійорганічні полімери – досить дорогі пластики. Високу ціну силікону слід враховувати при розрахунку собівартості виробу. Технологія отримання Виробничий процес одержання гумових сумішей передбачає кілька ключових етапів виробництва:
• Вальцювання. На двовалкових вальцях проводиться попереднє змішування всіх компонентів рецептури. Суміш усереднюється і стає рівномірною за складом; • Змішування. Далі сиру гумову суміш відправляють закритий змішувач роторного типу (Бенбері). Цей етап дозволяє отримати максимально однорідну композицію та тонко подрібнити всі компоненти; • Каландрування. Готову суміш із резиносмесителя відправляють на каландри. Це багатовалкова система, яка дозволяє витягнути та розкотити у тонку стрічку гуму. Далі її буде зручно нарізати на шматки; • Пресування (вулканізація). На цьому етапі відбувається не тільки остаточне формування виробу, але і хімічна зшивка (вулканізація). Сира суміш стає міцною та пружною гумою.
Це основні (обов'язкові етапи). Крім них може бути ще кілька підготовчих операцій, їхня наявність залежить від кінцевих властивостей виробу. Області застосування Силіконові гуми досить міцно закріпилося у багатьох галузях промисловості. Особливо значуще їх використання тих завданнях, де передбачається впливу високих температур і агресивних середовищ. Ось основні сфери застосування силікону:
• Електротехніка. З силоксанових полімерів виробляють надійні та стійкі оболонки кабелів. Силікон стійкий до дії електрики та забезпечує належний рівень ізоляції проводів. Особливо важливим є його використання в середовищі високої вологості та наявності ультрафіолету. В екстремальних навантаженнях кремнійорганічна гума не піддається старінню та зносу; • Промислове машинобудуванняоєння. Тут основне завдання силіконів – це якісне та хімічно-стійке ущільнення металевих елементів. Силіконові гуми можуть також використовуватися як довговічне покриття транспортувальних коліс пересувних конструкцій; • Транспортувальні вузли. Йдеться про захисне покриття конвеєрних стрічок та прокатних валів. У хімічній та харчовій промисловості необхідно переміщати липкі гарячі матеріали, а іноді й надавати їм форму заготовок. Силікон не прилипає та не плавиться, тому ідеально підходить; • Медицина. Кремнійорганіка - це фізіологічно безпечний матеріал при контакті з організмом людини. Він не виділяє токсичних сполук і абсолютно інертний. З нього виготовляють катетери, трубки, кришки флаконів і т.д.
Властивості та характеристики Силіконова гума має корисні властивості та характеристики.
Термостійкість. Розмова йдеться про здатність силікону до збереження структури та властивостей при експлуатації в умовах екстремальних температур. Так, їхній робочий діапазон варіюється від -60оС до +180оС. Силіконові вироби підвищеної термостійкості працюють за температури від -100оС до +300оС. А температура плавлення еластомеру, що обговорюється, дорівнює +480оС, втім, цей параметр залежить від складу силіконів. Хімічна інертність. Силіконова гума демонструє стійкість до прісної/морської/киплячої води, розчинів солей, слабоконцентрованих кислот і основ, фенолів, спиртів, мінеральних олій, перекису водню. Зазначимо здатність силікону вступати у взаємодію Космосу з аліфатичними вуглецями, що проявляється вираженим набуханням еластомеру. Щоправда, всі властивості останнього відновлюються після повного випаровування аліфатичних вуглеводнів. Атмосферостійкість. Полімер відрізняється високою стійкістю до атмосферних опадів, повітря, світла, УФ-випромінювання, озону, електричних розрядів та полів. Стійкість до двох останніх факторів дозволяє використовувати силіконові деталі в електротехнічній галузі. Електричні характеристики. При температурі +100оС електроізоляційні показники силіконової гуми перевищують аналогічні параметри всіх інших еластомерів, завдяки чому її застосовують як електроізолюючий матеріал. Фізіологічна безпека. Гума із силікону при правильній обробці є не токсичним матеріалом, який широко використовують у виробництві РТІ для медицини, а також для підприємств фармацевтичної та харчової галузей промисловості. Антиадгезійні властивості. Більшості марок силіконової гуми властива погана адгезія (прилипання). Ця обставина дозволяє їх використовувати, виготовляючи форми, покриття транспортерних стрічок, призначених для переміщення липких і/або гарячих виробів, а також валів, що застосовуються текстильною промисловістю. Теплотехнічні характеристики. Теплопровідність силікону за температури +80оС дорівнює ~4*10-4 кал/см.град.с, а коефіцієнт лінійного розширення у температурному діапазоні від 0оС до +150оС дорівнює ~2*10-4 град.-1.
Не можна не відзначити ще однієї властивості силікону - довговічність виготовлених із нього РТІ. Так, при експлуатації силіконових виробів за оптимального температурного режиму: від -50оС до +150оС, – за умови постійного доступу повітря обмежень терміну їхньої служби немає. Виробництво Виробляють силіконову гуму на підприємствах, оснащених спеціальним обладнанням, перелік якого представлений: Силіконова гума
Сировиною для їх виготовлення є суміші, що містять значну кількість компонентів, йдеться про/про:
синтетичних каучуків; вулканізуючих агентах: сірці, перекисах, оксидах металів та інших речовинах, - крім цього, вулканізуючим агентом може бути радіація; антиоксиданти, які вводяться, зокрема, в силіконову гуму для того, щоб уповільнити процес старіння кінцевого продукту; у ролі антиоксидантів використовуються неозон Д, віск, парафін та інші речовини; прискорювачах – компонентах, що скорочують час перебігу протягом процесу вулканізації; регенератах – продуктах, які одержують при переробці старих РТІ, а також відходів, що утворюються під час виробництва гуми; пігменти - мінеральних або органічних барвниках; пластифікаторах: наприклад, вазеліні, бітумах, стеаринової кислоти, парафіні, рослинних оліях, що покращують еластичність силікону; наповнювачах, що надають кінцевому продукту певних властивостей.
Силіконову гуму переробляють різними способами.
Формування та литьове пресування. Суть зазначеного способу полягає в заливанні або запресовуванні гумової суміші у форми і витримуванні в них протягом певного часу під тиском, значення якого може варіюватися від 40 до 80 кг/см2. Важливою умовою при переробці гумових силіконових сумішей способом формування та ливарного пресування є видалення з форм повітря (при їх закритті), інакшем у вулканізаті можуть утворитися недостатньо провулканізовані ділянки коричневого кольору. Лиття під тиском. Силіконові суміші переробляють вказаним способом при великосерійному виробництві. Ця технологія передбачає застосування вищих температур при значно менш тривалому процесі вулканізації. РТІ, отримані литтям під тиском, відрізняються меншою твердістю, що можна компенсувати введенням суміш більшої кількості наповнювача. Екструзія. Зазначений спосіб застосовують виготовлення профільних деталей, стрічок, шлангів, прутків, оболонок для кабелів. Вулканізація відбувається в опалювальному каналі, куди подається гаряче повітря/пар, покликані забезпечити температуру в діапазоні від +250оС до +350оС. Як тільки виріб набуває стабільної форми, починається наступний етап, званий поствулканізацією (відпалом), який може проходити там же, в опалювальному каналі, за умови достатньої подачі повітря або печі, в якій також повинна бути забезпечена циркуляція повітря. нашарування. Суть даного методу полягає у нанесенні гумової суміші одним із способів: зануренням, намазуванням рекельним ножем, каландруванням. При першому полотні тканини занурюється емульсію, до складу якої входять силіконовий каучук та розчинник. При температурі 80оС розчинник випаровується. Потім температура підвищується від +120оС до +250оС, і на тканині відбувається вулканізація каучуку. Спосіб занурення дозволяє одержувати дуже тонкі покриття. Технологія намазування рекельним ножем забезпечує отримання товстіших покриттів, її також використовують для нанесення силіконового шару лише з одного боку. Суть каландрування полягає у нанесенні каландром суміші на тканину. Вулканізація може відбуватися в гідравлічному пресі, опалювальному каналі або вулканізуючій машині. Каландрування відрізняється від двох попередніх способів найгіршим зчепленням тканини із силіконом. Однак воно забезпечує отримання товстих шарів гуми з одного або обох боків поверхні.
