لاستیک سیلیکونی به نوعی از لاستیک اطلاق می شود که زنجیره اصلی آن به طور متناوب از اتم های سیلیکون و اکسیژن تشکیل شده است و اتم های سیلیکون معمولاً به دو گروه آلی پیوند دارند. لاستیک سیلیکونی معمولی عمدتاً از پیوندهای سیلوکسان حاوی گروه های متیل و مقدار کمی از گروه های وینیل تشکیل شده است.
پیری حرارتی لاستیک سیلیکونی
پیری حرارتی مهم ترین شکل پیری برای لاستیک سیلیکونی است. محیط سرویس لاستیک سیلیکونی در هوای{1}در دمای بالا است، جایی که ترکیب گرما و اکسیژن منجر به پیری حرارتی می شود. در طول فرآیند پیری حرارتی{3}}، دمای بالا باعث اکسیداسیون لاستیک سیلیکونی می‌شود و اکسیژن باعث تخریب حرارتی آن می‌شود.
تغییرات ساختاری در لاستیک سیلیکونی در طول{0}}پیری اکسیداتیو حرارتی را می توان به دو دسته تقسیم کرد: اول، تخریب زنجیره مولکولی ناشی از واکنش های پیری حرارتی{1}}. دوم، پیوند متقابل- بین زنجیره های مولکولی. تخریب زنجیره مولکولی باعث چسبندگی لاستیک پس از پیری می شود. پیوندهای متقابل-پیری- لاستیک را سخت می‌کند. هر دو باعث کاهش خواص مکانیکی لاستیک می شوند و در نهایت منجر به شکست می شوند. با افزایش دمای هوا، لاستیک سیلیکونی ولکانیزه شده-به هم متصل می‌شود و کاهش ازدیاد طول در هنگام شکست بسیار بیشتر از استحکام کششی است.
عوامل موثر بر مقاومت حرارتی لاستیک سیلیکونی
1. ساختار شیمیایی
(1). زنجیره اصلی و گروه های جانبی
زنجیره اصلی اساسی ترین ستون فقرات لاستیک سیلیکونی است و تأثیر تعیین کننده ای بر پیری حرارتی آن دارد. زنجیره اصلی از پیوندهای سیلوکسان تشکیل شده است که در یک ساختار مارپیچ قرار گرفته اند و قطبیت و انعطاف پذیری قابل توجهی از خود نشان می دهند. بنابراین، در دماهای بالا، مستعد تخریب زنجیره اصلی و واکنش های اکسیداسیون گروه جانبی است که باعث می شود لاستیک سیلیکونی به تدریج نرم شود و ارزش کاربردی خود را از دست بدهد. اگر زنجیره اصلی لاستیک سیلیکونی از ساختارهای مختلف تشکیل شده باشد، مقاومت حرارتی آن نیز به طور قابل توجهی متفاوت است. معرفی گروه‌هایی مانند فنیلن، سیکلودی‌سیلازان، دی فنیل اتر، گروه‌های فنیلن یا کربورانیلن به زنجیره اصلی می‌تواند احتمال واکنش‌های تخریب چرخه‌ای را تا حد زیادی مهار کند و مقاومت حرارتی کلی ماده را بهبود بخشد. در مورد گروه‌های جانبی، وقتی گروه‌های جانبی لاستیک سیلیکون وینیل به ترتیب فنیل، متیل، اتیل، پروپیل و بوتیل باشند، در محیطی با دمای بالا، به‌طور متوالی اکسید می‌شوند که منجر به کاهش مقاومت حرارتی ماده می‌شود. علاوه بر این، تحقیقات نشان داده است که با افزایش گروه های جانبی آلکیل، پایداری حرارتی لاستیک سیلیکونی نیز کاهش می یابد. به عنوان مثال، مقاومت حرارتی لاستیک دی متیل سیلیکون بهتر از لاستیک سیلیکون بوتیل است.
(2). گروه های پایانی
هنگامی که گروه انتهایی لاستیک متیل سیلیکون یک گروه هیدروکسیل باشد، واکنش های تراکم بین مولکولی می تواند در دماهای پایین تر رخ دهد، که باعث بریدگی زنجیره اصلی می شود و در نتیجه بر مقاومت حرارتی ماده تأثیر می گذارد. در دماهای بالاتر، واکنش‌های گاز گرفتن برگشتی ممکن است رخ دهد، که منجر به تخریب تصادفی می‌شود، که در نهایت مقاومت حرارتی لاستیک سیلیکونی را از طریق شکاف پیوندهای سیلیکونی-فنیل و سیلیکون{3}}پیوندهای اکسیژن تحت تأثیر قرار می‌دهد.
2. مواد کامپوزیت پلیمری نیمه معدنی
به عنوان یک ماده کامپوزیتی پلیمری نیمه معدنی، افزودن پرکننده های مختلف به لاستیک سیلیکونی می تواند اثرات متفاوتی بر مقاومت حرارتی آن داشته باشد. به عنوان مثال، پرکننده‌های ترکیبی فلزی آمفوتریک خاصی می‌توانند مواد اسیدی یا بازی را در لاستیک سیلیکونی جذب کنند و به طور موثر تخریب کاتالیزوری لاستیک سیلیکونی ناشی از این مواد را کاهش دهند. این اقدام می تواند به طور موثر احتمال پیری حرارتی را کاهش دهد. یک ماده رایج برای این منظور معمولاً اکسید آلومینیوم است. به طور خلاصه، پرکننده‌ها نه تنها اکستنشن‌کننده‌های عالی هستند، بلکه می‌توانند به طور قابل توجهی مقاومت حرارتی لاستیک سیلیکونی را در صورت استفاده مناسب بهبود بخشند.
3. عوامل محیطی
آب موجود در محیط خدمات، از جمله بخار آب، می تواند باعث جدا شدن پیوندهای سیلوکسان در لاستیک سیلیکونی شود و در نهایت گروه های سیلانول را تولید کند. به خوبی شناخته شده است که وجود گروه های سیلانول بر مقاومت حرارتی لاستیک سیلیکونی تأثیر منفی می گذارد. علاوه بر این، یک نکته بسیار جالب این است که در لاستیک سیلیکونی پر شده، هیدرولیز و بازآرایی سیلوکسان ها تأثیر یکسانی بر خواص مکانیکی دارد. بنابراین، تعیین موثر وجود هیدرولیز از طریق تجزیه و تحلیل خواص مکانیکی به تنهایی دشوار است، اما تفاوت در مقاومت حرارتی می تواند مبنایی برای تعیین آن فراهم کند. وجود اسیدها یا بازها در سیستم لاستیک سیلیکونی تخریب آن را کاتالیز می کند. علاوه بر این، اکسیژن محیطی و ازن نیز اثرات نامطلوب خاصی بر تخریب حرارتی لاستیک سیلیکونی دارند. به طور همزمان، اگر بارهای تنش چرخه ای در محیط کاربرد وجود داشته باشد، می تواند تجزیه الاستومرهای کوپلیمر دی متیل سیلوکسان و دی فنیل سیلوکسان را تسریع کند و در نتیجه مقاومت حرارتی ماده را کاهش دهد. علاوه بر این، مکانیسم تخریب بسته به نسبت ترکیب این دو کوپلیمر متفاوت است.
اقدامات برای بهبود مقاومت حرارتی لاستیک سیلیکونی
بر اساس مکانیسم پیری حرارتی لاستیک سیلیکونی ولکانیزه، روش‌های مختلفی برای بهبود خواص پیری حرارتی آن وجود دارد که به شرح زیر است:
(1) ترکیب زنجیره‌های جانبی لاستیکی سیلیکونی را اصلاح کنید، مانند معرفی گروه‌های فنیل، برای جلوگیری از پیوند متقابل{1} یا تخریب زنجیره‌های مولکولی ناشی از تجزیه زنجیره‌های جانبی. این به این دلیل است که گروه های فنیل به راحتی اکسید نمی شوند و مانع فضایی در زنجیره سیلیکونی ایجاد می کنند و تجزیه زنجیره ارگانوسیلیکن را دشوارتر می کنند. علاوه بر این، به دلیل مزدوج شدن بیشتر و اثرات بازدارندگی فضایی، دمای تجزیه حرارتی آنها بالاتر است.
(2) بخش‌های حجیم را به زنجیره مولکولی لاستیک سیلیکونی وارد کنید تا پایداری حرارتی پیوندهای متقابل-در ولکانیزاسیون، مانند گروه‌های کربن، دسیلوکسی، بنزن، دی فنیل اتر و سیکلودی‌سیلازان را افزایش دهید.
(3) افزودنی‌های مقاوم در برابر حرارت{1}}به ترکیب اضافه کنید تا از پیوند متقابل اکسیداتیو زنجیره جانبی-و تخریب چرخه‌سازی زنجیره اصلی مانند اکسید آهن، دی اکسان، هگزافنیل سیکلوتریزیلوکسان و غیره جلوگیری کنید.
