Силиконовый эластомер что это такое
Виды силиконов
Силиконами называют высокомолекулярные кремнийорганические соединения, содержащие кислород. Само название происходит от слова Silicium, которым в переводе с латыни называют кремний. Как и углерод, этот компонент имеет четыре свободных электрона, благодаря которым он способен образовывать длинные молекулярные цепочки. Благодаря изменению их длины и перекрестных связей можно создавать силиконы с разными свойствами.
На сегодняшний день таких полимеров существует огромное множество. Они могут быть жидкими, как вода, резиноподобными и твердыми, как стекло. К молекулярной цепочке кремний-кислород-кремний можно присоединять любые элементы, создавать разные химические связи. В зависимости от молекулярного веса и других показателей эти соединения подразделяются на три группы:
• Силиконовые жидкости иначе называют силиконовыми маслами или жидкими силоксанами. Они могут иметь линейное, циклическое или разветвленное строение. Такие соединения используют при изготовлении смазочных паст, теплоносителей, пеногасителей, охлаждающих жидкостей, в качестве жидких рабочих сред для различных приборов и механизмов.
• Силиконовые эластомеры выпускаются в виде силиконовых каучуков, резин горячего отверждения, герметиков. Данные материалы применяются в тех условиях, при которых невозможно использование органической резины и традиционных эластомеров.
• Силиконовые смолы представляют собой частично окисленные соединения, содержащие Si-O- группы. Такие компоненты нашли применение в лакокрасочной промышленности, при изготовлении грунтовок, покрытий для промышленного оборудования. Данные материалы используют для гидрофобизации и электроизоляции поверхности, снижения ее горючести.
Более подробно о создании силикона и путях его синтеза вы узнаете из видео:
Свойства силиконов
Полимерные соединения с Si-O- группой нашли широкое применение в разных отраслях благодаря своим уникальным свойствам. Вот основные из них:
• Способность к изменению показателей адгезии;
• Придание гидрофобных свойств;
• Большой диапазон рабочих температур, при которых силиконовые соединения сохраняют свои физико-механические показатели;
• Возможность применения в условиях повышенной влажности;
• Химическая и биологическая инертность;
• Устойчивость к воздействию тока, УФ-излучения, радиации;
• Механическая прочность, устойчивость к износу.
Как производятся силиконы и какими они бывают?
Силиконы делятся на две группы: однокомпонентные и двухкомпонентные. Двухкомпонентные эластомерные материалы состоят из основы и катализатора, от которого зависят конечные свойства. Выпускаются силиконовые компаунды на оловянной и платиновой основе. Двухкомпонентные силиконы с катализатором на основе олова стоят сравнительно недорого. Материал используют для изготовления полиуретановых, гипсовых, бетонных, пластиковых отливок.
К недостаткам подобных компаундов относят их активное взаимодействие с серо- и оловосодержащими поверхностями, что ограничивает сферу применения материала.
Силиконовая резина, ее свойства и применение
Этот материал внешне напоминает резину из натурального или синтетического сырья, но благодаря молекулярному строению обладает рядом отличительных свойств. Вот основные преимущества такого сырья:
• Термостойкость и электростойкость
Изделия сохраняют первоначальную форму, эластичность, упругость и другие показатели. Это касается не только температурного воздействия, но и электрического.
Силиконовые эластомеры в основном состоят из полимера, наполнителя и вулканизатора; далее прибавляют красители, антиоксиданты и некоторые специальные добавки. Изменяя ингредиенты и их количество, получится менять свойства продукта
О каждом из компонентов вы можете узнать больше в нашей группе вк
Диэлектрические свойства
Твердая силиконовая резина является одним из лучших изоляционных покрытий. По этому показателю материал превосходит традиционные эластомеры. Даже при нахождении в условиях влажной среды электрические свойства силиконовой резины меняются незначительно. Из такого сырья изготавливают огнестойкую изоляцию для электроустановок. Даже в случае перегрузки и сгорания изоляции остается слой SiO2, который обладает диэлектрическими свойствами, защищает оборудование от повреждения.
Устойчивость к воздействию химических средств
Твердая силиконовая резина уникальна тем, что выдерживает прямой контакт с агрессивными химическими соединениями. Она устойчива к воздействию минеральных масел, соединений с содержанием кислот и щелочей, соленой воды, спирта, фенола. Если материал контактирует с алифатическими углеводородами, происходит его набухание, однако после испарения углеводородных соединений резина возвращает свою первоначальную форму.
Безопасность для организма и окружающей среды
Силиконовая резина, которая изготовлена с соблюдением технологии, безопасна для людей и природы. Материал можно использовать для изготовления изделий, которые контактируют с пищей, товаров медицинского назначения.
Возможность применения на открытом воздухе
Изделия из натурального каучука быстро разрушаются под воздействием осадков и солнечного света. Силиконовая резина лишена подобного недостатка. Ей не страшны дождь, снег, морская вода, воздействие озона и солнечных лучей.
Отсутствие адгезии
Силиконовая резина не склонна прилипать к поверхностям из разных материалов. Благодаря этому она служит сырьем для изготовления литьевых форм, покрытий для транспортеров промышленного оборудования, по которым перемещаются липкие детали. Чтобы создать прочное соединение изделий из силиконовой резины с другими материалами, используют специальный клей.
Что нужно знать о силиконовой резине
Современная резиновая промышленность насчитывает тысячи уникальных и практически полезных видов материалов. Они отличаются эластичностью, податливостью, упругостью, но при этом, после снятия нагрузки, резины полностью принимают первоначальную форму. Единственным недостатком резиновых материалов оставалась плохая устойчивость к высоким температурам.
Инновационные разработки ученых позволили получить материал, который способен выдерживать термическую нагрузку в течении длительного времени.
Силиконовые резины. Состав и характеристики
Кремнийорганические полимеры представляют собой огромный класс материалов, который постоянно пополняется инновационными разработками. Технические параметры готовых изделий закладываются еще на стадии рецептуростроения. Поэтому производитель может создать под заказ материал с заданными уникальными характеристиками, подобрав состав компонентов.
Состав
Силиконовая резина – это продукт, получаемый путем вулканизации (сшивания) макромолекул каучука (эластомера), содержащего в своей структуре кремний. Синонимы – силоксановые, кремнийорганические, силиконовые каучуки. Боковые группы заместителей в макромолекулах эластомера могут быть алкильными, мобильными или даже это может быть фтор. Строение молекулы каучука напрямую определяет практические свойства готовой композиции: твердость, термостойкость, эластичность, хладотекучесть и т.д.
Помимо полимерной части, резина содержит еще множество активных и инертных наполнителей. Например, диоксид кремния способен многократно усиливать прочностные характеристики, а каолин (глину) вводят с целью удешевления композиции. Каучук сам по себе – это вязкая система с очень небольшой прочностью на разрыв. Поэтому для придания ей высоких физико-механических характеристик вводят сшивающие агенты (вулканизаты). Готовая резиновая смесь содержит дополнительно красители, антиоксиданты, светостабилизаторы, мягчители и т.д, которые добавляет с целью придания определенных эксплуатационных характеристик.
Характеристики
Все эксплуатационные характеристики так или иначе связаны с наличием кремния в структуре резины. Он позволяет соединить органическую и неорганическую природу материалов внутри системы. Вот некоторые ключевые характеристики, которые делают силиконы уникальными:
• Атмосферостойкость. Силиконы не растрескиваются, не разрушаются и не выцветают при воздействии перепадов температур, ультрафиолета и солнечного света;
Под бизнес-структурой понимается организация компании с точки зрения ее правового статуса. Выбор бизнес-структуры зависит от множества факторов, которые являются неотъемлемой частью ведения успешной предпринимательской деятельности.
• Экологичность и токсикологическая безопасность. Силиконы не выделяют вредных химических соединений. Они инертны и безопасны для контакта с человеческим организмом. Эта особенность определяет их применение в пищевой промышленности и медицине;
• Антиадгезионные свойства. К готовому силикону ничего не прилипает. Поэтому они используются в качестве транспортировки, например, для перемещения горячих липких масс и сред в виде конвейерных лент.
Технология получения
Производственный процесс получения резиновых смесей предполагает несколько ключевых этапов производства:
• Вальцевание. На двухвалковых вальцах производится предварительное смешение всех компонентов рецептуры. Смесь усредняется и становится равномерной по составу;
• Смешение. Далее сырую резиновую смесь отправляют в закрытый смеситель роторного типа (Бенбери). Этот этап позволяет получить максимально однородную композицию и тонко измельчить все компоненты;
• Каландрование. Готовую смесь из резиносмесителя отправляют на каландры. Это многовалковая система, которая позволяет вытянуть и раскатать в тонкую ленту резину. Далее ее будет удобно нарезать на куски;
• Прессование (вулканизация). На этом этапе происходит не только окончательная формовка изделия, но и химическая сшивка (вулканизация). Сырая смесь становится прочной и упругой резиной.
Это основные (обязательные этапы). Помимо них может быть еще несколько подготовительных операций, их наличие зависит от конечных свойств изделия.
Области применения
Силиконовые резины достаточно прочно закрепилось во многих отраслях промышленности. Особенно значимо их использование в тех задачах, где предполагается воздействия высоких температур и агрессивных сред. Вот основные области применения силикона:
• Электротехника. Из силоксановых полимеров производят надежные и стойкие оболочки кабелей. Силикон стоек к воздействию электричества и обеспечивает должный уровень изоляции проводов. Особенно важно его использование в среде высокой влажности и наличия ультрафиолета. В экстремальных нагрузках кремнийорганическая резина не подвергается старению и износу;
• Промышленное машиностроение. Здесь основная задача силиконов – это качественное и химически-стойкое уплотнение металлических элементов. Силиконовые резины могут также использоваться в качестве долговечного покрытия транспортировочных колёс передвижных конструкций;
• Транспортировочные узлы. Речь идет о защитном покрытии конвейерных лент и прокатных валов. В химической и пищевой промышленности необходимо перемещать липкие горячие материалы, а иногда и придавать им форму заготовок. Силикон не прилипает и не плавиться, поэтому идеально подходит;
• Медицина. Кремнийорганика – это физиологически безопасный материал при контакте с человеческим организмом. Он не выделяет токсичных соединений и абсолютно инертен. Из него изготавливают катетеры, трубки, крышки для флаконов и т.д.
На этом перечне области использования силиконов не ограничиваются. Разработчики материалов постоянно работают над совершенствованием рецептур и состава кремнийорганики. Постепенно повышаются температурные диапазоны рабочей среды, а, следовательно, совершенствуются свойства. Силиконовые резины – это перспективный класс полимеров, развитие которого необходимо поддерживать.
Силиконовая резина
Эластомер, получаемый на основе соединений кремния и органики, называют силиконовой резиной. По внешнему виду она неотличима от традиционной резины, изготовленной на основе каучука.
Соединение кремния и органики обеспечили этому материалу уникальные свойства, что позволяет ему занимать особое место в номенклатуре эластомеров.
Производство силиконовой резины
Для производства силиконовой резины необходим набор технологического оборудования:
Такой набор оборудования довольно специфичен и как правило его можно скомпоновать только на предприятиях, занятых на производстве резиново-технической продукции.
Для производства силиконовой резины применяют смеси для изготовления синтетического каучука. В состав такой смеси входят такие вещества, как:
Инфузорная земля (горная мука)
Наполнители на базе кремниевой кислоты, инфузорной земли (горной муки), и другие материалы, которые ускоряют и упрощают производство готовой продукции.
В процессе горячей вулканизации силиконовой резины, надо следить за тем, чтобы все оборудование, задействованное в изготовлении готовой продукции, содержалось в идеальном состоянии. Дело в том, попадание даже мельчайших частиц посторонних веществ могут свести на нет всю полученную продукцию. Поэтому для организации производства силиконового каучука целесообразно формировать отдельный участок.
Правила хранения
Для ингредиентов, применяемых при производстве синтетического каучука, должны быть созданы определенные условия хранения. То есть, их запрещено содержать рядом с натуральными каучуками. Компоненты должны быть упакованы в закрытые емкости и защищены от воздействия солнечного света.
Правильное хранение готовой силиконовой смеси
После того как смеси готовы к вулканизации температура хранения не должна превышать 30 градусов Цельсия. В противном случае при дальнейшей обработке появляются некоторые проблемы. К производству можно допускать только те ингредиенты, срок хранения которых не превышает 12 месяцев, а смесей готовых к производству не должен превышать 4 месяцев.
Пластификация
При длительном хранении смеси, из которой будут изготавливать силиконовый каучук, некоторые ингредиенты теряют свои свойства и становятся хрупкими. Поэтому проводят их пластификацию. Это послужит гарантией того, полученные изделия обретут необходимые качественные параметры.
Для пластификации задействуют вальцы. Смесь несколько раз пропускают через это устройство. Если смесь после прохождения не обрела необходимой пластичности, то операцию необходимо повторить до того, пока смесь не превратится в сплошную ленту. При проведении этой операции необходимо чередовать скоростные режимы вращения вальцов.
Смешивание с наполнителями
По мере достижения необходимой пластичности можно приступать к подаче на валки наполнителей. Использование этих компонентов позволяет обеспечить повышение прочности материала и иногда позволяет снизить стоимость его изготовления. Для изготовления силиконовой резины чаще всего применяют следующие наполнители:
Оксиды, применяемые при изготовлении, поднимают термическую стойкость готового материала до +300 градусов Цельсия.
Вулканизирующие средства
Для вулканизации силиконовой резины применяют органические перекиси. В целях безопасности, перекиси применяют в виде паст. В отличие от чистых химикатов, способных взрываться или самовозгораться, пасты абсолютно безопасны для использования.
Красящие пигменты
Смеси, приготовленные для производства каучука, хорошо подвергаются окрашиванию. Для этого применяют цветные пигменты, которые перемешиваются в определенной пропорции с перекисью.
Сферы применения
Химический состав и технология обработки силиконовой резины (силикона) обеспечило готовую продукцию такими свойствами, которые оказались, востребованы практически во всей промышленности.
Стойкость этого продукта к воздействию воды и озона, а также диэлектрические свойства позволяют его применять в качестве изолятора в изделиях электротехнической промышленности. Из этого сырья производят изоляционные оболочки, которой покрывают и силовые кабели, и слаботочные провода.
Силикон применяют для производства изолятора, который наматывают на электрический провод. Для повышения эффективности такого продукта силикон перемешивают со стеклонитями или полиэфирным волокном.
Силиконовый изолятор на электрический провод
Смазка, выполненная на основе силиконового каучука, используется в качестве герметизирующего элемента при установке нагревателей и охладителей. Ее активно применяют при создании гидравлической и тепловой изоляции светопрозрачных конструкций – окон, дверей, витражей.
Нельзя забывать и том, что при наличии определенных присадок, изделия из силиконовой резины могут выступать в роли проводника электрического тока. Такое сырье применяют для изготовления кабельной продукции, устанавливаемой в современные транспортные средства и других электронных приборов, применяемых, например, в усилителях звука.
Не обошлось без изделий из силикона в оборудовании, термические режимы эксплуатации которого колеблются в пределах 250 – 400 градусов Цельсия. К такому оборудованию относят высоконагруженные силовые электрические машины, монтируемые на подъемные краны, средства железнодорожного транспорта, прокатные станы и пр. Надо сразу сказать, что резина, полученная из природного каучука, там долго не продержится.
Что касается таких отраслей, как авиа- и судостроения, то можно прямо сказать, что от этой резины напрямую зависят жизни пассажиров, экипажа, целостность транспортируемого груза. Все дело в том, что эту продукцию применяют для изготовления уплотнителей и изоляции. И страшно представить, что произойдет, если силиконовый шнур, вставленный в иллюминатор пассажирского самолета саморазрушиться на высоте в 12 000 метров от воздействия низких температур и излучения.
Уплотнители из силиконовой резины
Применение силиконовых резин в машиностроении. По большей части из нее производят уплотнители разного размера и конфигурации. Кроме этого, этот материал широко применяют при производстве трубопроводной арматуры. Детали, выполненные из силикона можно встретить в клапанах обратного давления или в фильтрах различного назначения. В системах подачи тепла их применяют в качестве теплостойких уплотнителей.
Стоит помнить и о том, что из силикона производят рукава, по которым можно спокойно подавать горячий воздух.
Силикон, обладает всеми необходимыми свойствами, которые позволили его применять в медицине. Так, его термическая устойчивость позволяет многократно подвергать стерилизации, изделия из него выполненные.
Применение силиконовой резины
Из него производят рукава, шланги, упаковку для медицинских препаратов и пр., без чего медицина не сможет работать.
Отдельный класс продукции это спреи и аэрозоли на базе силикона. Их применяют в разных целях. Например, при ремонте оборудования, которое долго эксплуатировалось, широко применяют смазку ВД 12, ее наносят на разъемные соединения, к примеру, шпильки крепления картера, которые с течением времени настолько корродировали, что обыкновенным гаечным ключом ее снять невозможно. После нанесения силиконовой смазки и заданной выдержки, соединение будет разобрано, причем без приложения значительных усилий.
И еще одно, но не последнее, применение этого продукта — силиконовая смазка шин, которую применяют в случае закладки последних на хранение.
Технические характеристики и свойства силиконовых резин
Основополагающим документом, которым с недавних пор руководсьвуются производители силиконовой резины — это ГОСТ Р 57399-2017, регламентирующий технические требования к продукции, производимой из силиконовой резины. Этот документ введен в действие впервые и по сути, это копия с ASTM C 1115-06. Все технические требования, в частности, по твердости, удлинению и пр., приведены в строгом соответствии с ASTM C 1115-06.
То есть силиконовая резина должна отвечать следующим требованиям:
Зависимость эластичности от температуры
Кроме названных требований, которым должна отвечать листовая силиконовая резина на основе кремниевых соединений, она должна быть:
Детальная классификация, некоторые технические параметры можно узнать ознакомившись с ГОСТ Р 57399-2017.
Габариты листовой резины
Минимальная толщина – 1 мм, максимальная 15 мм;
Техпластина листовая вакуумная
Эта продукция может быть поставлена потребителю в виде листов с размерами:
От 100х100 до 1000х1000 мм.
Между тем производители часто идут навстречу заказчикам и выпускают силиконовую резину в соответствии необходимыми для последних размерами.
Виды силиконовой резины
Производители освоили выпуск следующих форм кремнийорганической резины:
Твердая и жидкая силиконовая резина
Твердая, вулканизированная резина применяется при производстве различных изделий, жидкую применяют для производства гелей, аэрозолей и пр.
Появление этого материала вызвало технологический прорыв в изготовлении новых типов оборудования, улучшения их потребительских свойств и предметов народного потребления.
Силикон — материал XXI века
Несмотря на то, что силикон был изобретен в середине XX века, 
по-настоящему широкое распространение этот материал получил не так давно. Силикон применяется в технике, электронике, авто- судо- и авиастроении, медицине, химической отрасли, в пищевой промышленности, в сельском хозяйстве и во многих других областях. Даже в быту практически каждый сталкивался с силиконовыми герметиками, силиконовыми трубками, силиконовыми формами для выпечки.
Что из себя представляет силикон?
В настоящее время под термином «силикон» объединяют:
— классические силиконы (кремний-органические полимеры);
— полиорганосилоксаны (низкомолекулярные каучуки, силиконовые масла и смазки);
— силаны (кремний-органические мономеры).
Силикон — это полимер, основой которого является цепочка молекул кремния и кислорода. К атомам кремния присоединяется органические группы (фенильные, этильные, метильные). Группы между собой тоже имеют «сшивки». При этом в силиконе может присутствовать несколько кремний-кислородных цепочек, соединенных органическими группами.
Таким образом, химическую формулу силикона можно выразить [R2SiO]n, R — это органическая группа.
Свойства силикона зависят не только от того, какая органическая группа в нем присутствует, но и от количества цепочек, длинны цепочек, количества перекрестных сшивок между звеньями. Современные методы компьютерного моделирования позволяют заранее спрогнозировать свойства нового полимера и наоборот, разработать силикон с определенными параметрами.
Все силиконы можно разделить на три большие группы в зависимости от количества звеньев, от степени сшивки цепочек между собой, от длины цепочек и молекулярной массы.
— К силиконовым жидкостям относят материалы с количеством звеньев менее 3 тысяч (силиконовые масла и смазки, теплоносители, пеногасители, амортизирующие и гидрофобизирующие жидкости).
— Силиконовые эластомеры содержат от 3 до 10 тысяч звеньев (силиконовые каучуки, герметики и компаунды холодного отверждения, резины и жидкие резины горячего отверждения).
— Силиконы с количеством звеньев более 10 тысяч и с большим количеством перекрестных связей относят к силиконовым смолам (составы для нанесения влагоустойчивых и диэлектрических покрытий).
Силиконы — это высокотехнологичные материалы, они требуют для производства сложного химического оборудования и дорогостоящих материалов, например, платиновых катализаторов.
Применение силикона
Силикон активно применяется в строительстве, медицине, пищевой 
и химической индустрии, в быту. В медицине силикон ценят за устойчивость к воздействию спиртов, перекиси водорода, слабых кислот и щелочей, нейтральность и абсолютную нетоксичность для человеческого организма, а также дологовечность и прочность, поэтому силиконовые медицинские трубки и изделия из силиконовой резины вытесняют резиновые медицинские трубки, груши, катетеры, наконечники, пробки и пр.
В технике и промышленности востребованы такие свойства силикона, как устойчивость к УФ и радиационному излучению, выдающиеся диэлектрические свойства, химическая инертность, сохранение эластичности при высоких и низких температурах, в пресной и морской воде. Из силикона делают уплотнители, прокладки, втулки, защитные маски, изоляторы, шланги.
Широко используются силиконовые пробки для укупорки химических колб и других емкостей, а также силиконовая лабораторная посуда и штативы для пробирок. У нас в продаже все это оборудование для химической промышленности и лабораторий, а также силиконовые медицинские трубки представлены в широком ассортименте и по доступным ценам.