การใช้ซิลิก้าในยางซิลิโคน

การใช้ซิลิก้าในยางซิลิโคน

ซิลิกาเป็นหนึ่งในวัสดุอนินทรีย์ที่มีความละเอียดสูงที่มีเทคโนโลยีสูงเป็นพิเศษเนื่องจากมีขนาดอนุภาคที่เล็กจึงมีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่การดูดซับพื้นผิวที่แข็งแกร่งพลังงานพื้นผิวขนาดใหญ่ความบริสุทธิ์ทางเคมีสูงประสิทธิภาพการกระจายตัวที่ดีความต้านทานความร้อนไฟฟ้า ความต้านทานและคุณสมบัติพิเศษอื่น ๆ ด้วยความเสถียรที่เหนือกว่าการเสริมแรงการทำให้หนาขึ้นและ thixotropy จึงมีลักษณะเฉพาะในสาขาวิชาและสาขาต่างๆมากมายและมีบทบาทที่ไม่สามารถถูกแทนที่ได้

การใช้ซิลิกอนไดออกไซด์สามารถแบ่งออกเป็นวัสดุซิลิโคนและสาขาอื่น ๆ ซึ่งปริมาณของวัสดุซิลิโคนมีสัดส่วนเกือบ 60% ของจำนวนซิลิกาที่รมควันทั้งหมด ยางซิลิโคนเป็นวัสดุที่ใช้มากที่สุดในวัสดุซิลิโคนและปริมาณเพิ่มเติมสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 50% ซิลิกาที่รมควันส่วนใหญ่มีบทบาทในการเสริมแรงในยางซิลิโคน HVT เนื่องจากโซ่โมเลกุลของยางซิลิโคนมีความยืดหยุ่นสูงและการทำงานร่วมกันระหว่างโซ่อ่อนแอความแข็งแรงของยางซิลิโคนที่ไม่มีการเสริมแรงจึงต่ำมาก (ไม่เกิน 0.4MPa) และไม่มีมูลค่าการใช้งาน สามารถใช้ได้หลังจากการเสริมแรงเท่านั้น อย่างไรก็ตามความแข็งแรงของยางซิลิโคนที่เสริมด้วยซิลิกาที่รมควันสามารถเพิ่มได้ถึง 40 เท่า

ผลของซิลิกาที่รมควันต่อคุณสมบัติเชิงกลของยางซิลิโคน HTV

ผลการเสริมแรงของซิลิกาที่รมควันบนยางซิลิโคน HTV ได้รับผลกระทบจากขนาดอนุภาคพื้นที่เปรียบเทียบและโครงสร้าง โดยทั่วไปยิ่งขนาดอนุภาคเล็กลงพื้นที่ผิวและโครงสร้างที่เฉพาะเจาะจงยิ่งสูงผลการเสริมแรงก็จะยิ่งดีขึ้นและความแข็งแรงและความแข็งของวัลคาไนเซทก็จะยิ่งสูงขึ้น นอกจากนี้ปริมาณของซิลิกาที่รมควันและการกระจายตัวในเมทริกซ์ยังมีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติของวัลคาไนเซท รูปที่ 1 แสดงผลของปริมาณซิลิกาที่รมควันต่อความต้านทานแรงดึงของวัลคาไนเซท จะเห็นได้จากรูปที่เมื่อปริมาณซิลิการมควันเพิ่มขึ้นความแข็งแรงของวัลคาไนเซทจะเพิ่มขึ้นโดยทั่วไปจะถึงจุดสูงสุดที่ 35-50 phr นอกจากนี้ยังมีกลไกการเสริมแรงหลายแบบและแบบจำลองของซิลิกาที่รมควันสำหรับยางซิลิโคน คำอธิบายที่ได้รับการยอมรับมากขึ้นก็คือกลุ่มไฮดรอกซิลอิสระบนพื้นผิวของซิลิกาที่รมควันเกิดการผสมผสานทางกายภาพหรือทางเคมีกับโมเลกุลของยางซิลิโคนทำให้เกิดชั้นดูดซับของโมเลกุลยางซิลิโคนบนพื้นผิวของซิลิกาก่อตัวเป็นโครงสร้างเครือข่ายสามมิติของซิลิกาที่รมควัน และโมเลกุลของยางซิลิโคนจึง จำกัด ยางซิลิโคนได้อย่างมีประสิทธิภาพการเปลี่ยนรูปของโซ่โมเลกุลนำไปสู่การเสริมแรง การเปลี่ยนแปลงความต้านทานการฉีกขาดของวัลคาไนเซทนั้นคล้ายคลึงกับความต้านทานแรงดึงซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามการเสริมแรงของซิลิกาที่รมควัน ด้วยการเพิ่มจำนวนของซิลิกาที่รมควันความต้านทานการฉีกขาดจะเพิ่มขึ้นก่อนถึงจุดสูงสุดแล้วลดลงเล็กน้อย

ผลกระทบของซิลิก้าที่รมควันต่อความสามารถในการแปรรูปของยางซิลิโคน HTV

ผลกระทบของซิลิก้าที่รมควันต่อความสามารถในการแปรรูปของยางซิลิโคน HTV โดยทั่วไปจะแสดงเป็นระดับของโครงสร้าง (△เครพ) ซึ่งเท่ากับความแตกต่างระหว่างค่าความเป็นพลาสติก (P28) ของสารประกอบที่เก็บไว้ที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลา 28 วันและ ค่าความเป็นพลาสติก (P0) วัดได้ทันทีหลังการผสม ค่าความเป็นพลาสติกของสารประกอบสัมพันธ์กับปริมาณของซิลิกาที่รมควันคุณสมบัติของพื้นผิวและโครงสร้าง เหตุผลเชิงโครงสร้างคือกลุ่มไฮดรอกซิลบนพื้นผิวของซิลิกาที่รมควันและอะตอมของออกซิเจนในยางซิลิโคนจะสร้างพันธะไฮโดรเจนและพื้นผิวของซิลิกาจะดูดซับห่วงโซ่โมเลกุลของยางซิลิโคนซึ่งนำไปสู่การลดลงของการไหลของสารประกอบด้วย การขยายเวลาและการแข็งตัวของสารประกอบซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการประมวลผล ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเพิ่มสารควบคุมโครงสร้างหรือเลือกซิลิกาที่รมควันหลังจากการเคลือบผิวในขั้นตอนการใช้งาน การเพิ่มสารควบคุมโครงสร้างและการเคลือบพื้นผิวของซิลิกาที่รมควันล้วนผ่านปฏิกิริยาของเครื่องควบคุมโครงสร้างหรือสารบำบัดพื้นผิวด้วยซิลิกอนไฮดรอกซิลบนพื้นผิวของซิลิกาเพื่อลดจำนวนไฮดรอกซิลที่พื้นผิวลดจำนวนไฮโดรเจน พันธะที่เกิดจากยางซิลิโคนและทำให้ส่วนผสมมีเสถียรภาพมากขึ้นเวลาในการผสมจะสั้นลงและความเป็นพลาสติกจะเพิ่มขึ้นซึ่งสามารถลดผลกระทบของโครงสร้างและปรับปรุงความสามารถในการแปรรูปและความเสถียรในการเก็บรักษา

การใช้ซิลิก้ารมควันในยางซิลิโคน RTV

ยางซิลิโคนวัลคาไนซ์ (RTV) ในอุณหภูมิห้องสามารถแบ่งออกเป็นส่วนประกอบเดียว (RTV-1) และสององค์ประกอบ (RTV-2) ในแง่ของสัณฐานวิทยาของผลิตภัณฑ์และสามารถแบ่งออกเป็นประเภทการควบแน่นและประเภทการเพิ่มในแง่ของกลไกการวัลคาไนซ์ ในปัจจุบันซิลิก้าที่รมควันเป็นฟิลเลอร์เสริมแรงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและมีประสิทธิภาพสำหรับยางซิลิโคน RTV เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วยางซิลิโคน RTV จะใช้เป็นวัสดุสำหรับเท, อุดรูรั่ว, เคลือบและวัสดุปิดผนึกอื่น ๆ เพื่อรักษาความหนืดและความลื่นไหลก่อนการหลอมโลหะโดยทั่วไปปริมาณของซิลิก้าที่รมควันจะน้อยกว่ายางซิลิโคนวัลคาไนซ์ที่มีอุณหภูมิสูงมากและเป็น มักใช้ร่วมกับฟิลเลอร์เสริมแรงและกึ่งเสริมแรงอื่น ๆ เพื่ออำนวยความสะดวกในการดำเนินการก่อสร้าง

ผลกระทบของปริมาณซิลิกาที่รมควันต่อความต้านทานแรงดึงและความแข็งของยางซิลิโคน RTV

ซิลิก้าเป็นสารเสริมแรงที่มีประสิทธิภาพมากสำหรับยางซิลิโคน RTV ซึ่งสามารถปรับปรุงความแข็งแรงได้อย่างมีนัยสำคัญ ในแง่หนึ่งมันเกิดจากเอฟเฟกต์ขนาดเล็กและพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ของอนุภาคซิลิกาที่รมควัน ในทางกลับกันเป็นเพราะมีกลุ่มซิลิกอนไฮดรอกซิลจำนวนมากบนพื้นผิวของอนุภาคซิลิกาที่รมควันซึ่งสามารถสร้างโครงสร้างเครือข่ายผ่านพันธะไฮโดรเจนและแรงแวนเดอร์วาลส์ ในขณะเดียวกันอนุภาคของซิลิกายังมีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงกับโมเลกุลของโพลีไซลอกเซนซึ่งช่วยเพิ่มการยึดเกาะของอินเทอร์เฟซ ยิ่งขนาดอนุภาคซิลิกาเล็กลงพื้นที่ผิวเฉพาะยิ่งมีขนาดใหญ่พื้นผิวสัมผัสระหว่างอนุภาคและสารประกอบมีขนาดใหญ่ขึ้นและจุดเชื่อมต่อยิ่งมากประสิทธิภาพการเสริมแรงของยางซิลิโคน RTV ก็จะยิ่งดีขึ้นและความต้านทานแรงดึงที่สูงขึ้น ความต้านทานการฉีกขาดความต้านทานการสึกหรอและความแข็งของวัลคาไนเซท อย่างไรก็ตามในเวลาเดียวกันการกระจายตัวกลายเป็นเรื่องยากมากความยืดหยุ่นลดลงและความสามารถในการแปรรูปจะลดลง ดังนั้นยางซิลิโคน RTV โดยทั่วไปจึงมีพื้นที่ผิวจำเพาะค่อนข้างต่ำ (น้อยกว่า 200m2 / g)) ใช้ซิลิกาที่ถูกรมควันเป็นฟิลเลอร์ [16] ยางซิลิโคนที่ไม่มีการเสริมแรงจะเปราะหลังจากวัลคาไนซ์ ความแข็งของยางซิลิโคนจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณซิลิกาที่เพิ่มขึ้น

ผลกระทบของปริมาณซิลิกาต่อคุณสมบัติการไหลของยางซิลิโคน RTV

ซิลิกามวลรวมมีโครงสร้างสาขาสามมิติซึ่งสามารถสร้างเครือข่ายปฏิสัมพันธ์ในระบบการกระจาย การใช้คุณสมบัตินี้ทำให้ซิลิกาในด้านการเคลือบหลุมร่องฟันเป็นสารเพิ่มความข้นและไทโซโทรปิกสามารถเพิ่มความหนืดให้แน่ใจว่าสารประกอบไหลเวียนได้อย่างอิสระและป้องกันการแข็งตัวการหย่อนคล้อยและการยุบตัว กลไกการทำให้หนาขึ้นและ thixotropy ของซิลิกอนไดออกไซด์ส่วนใหญ่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ของพันธะไฮโดรเจนของกลุ่มซิลิกอนไฮดรอกซิลบนพื้นผิว เมื่อกระจายตัวใน polysiloxane พันธะไฮโดรเจนจะถูกสร้างขึ้นระหว่างอนุภาคต่างๆผ่านกลุ่มซิลิกอนไฮดรอกซิลบนพื้นผิวสร้างเครือข่ายซิลิกอนไดออกไซด์ซึ่ง จำกัด การไหลของระบบเพิ่มความหนืดและมีบทบาทในการทำให้หนาขึ้น เมื่ออยู่ภายใต้แรงเฉือน dioxygen จะเพิ่มขึ้นการทำลายเครือข่ายซิลิกอนจะทำให้ความหนืดของระบบลดลงและผลของ thixotropic ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการก่อสร้าง เมื่อแรงเฉือนหายไปพันธะไฮโดรเจนจะก่อตัวขึ้นอีกครั้งเครือข่ายซิลิกาจะฟื้นตัวและความหนืดของระบบยางซิลิโคน RTV จะค่อยๆเพิ่มขึ้นซึ่งจะช่วยป้องกันปรากฏการณ์การหย่อนคล้อยของสารประกอบระหว่างการวัลคาไนซ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ [17] คุณสมบัติป้องกันการหย่อนคล้อยของระบบมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับมูลค่าผลผลิตและอัตราการลดเครือข่ายของวัสดุหลังการตัด ในการใช้งานจริงค่าผลผลิตยิ่งสูงประสิทธิภาพการป้องกันการหย่อนคล้อยของสารประกอบก็จะยิ่งดีขึ้น สารประกอบในอุดมคติควรมีมูลค่าผลผลิตสูงดัชนีการเจือจางแรงเฉือนสูงและอัตราการลดลงอย่างรวดเร็ว

ผลของการกระจายตัวของซิลิกาต่อคุณสมบัติของยางซิลิโคน RTV

เมื่อเติมซิลิกาลงในยางซิลิโคน RTV ต้องให้ความสำคัญกับการกระจายตัวของซิลิกาในโพลีเมอร์ หลังจากกระบวนการกระจายตัวหยุดลงซิลิกาที่ถูกรมควันที่มีสภาพการกระจายตัวที่ดีที่สุดจะรวมตัวกันเป็นเครือข่ายที่สมบูรณ์ในระบบซึ่งมีความหนืดสูงและคุณสมบัติของ thixotropy ที่ยอดเยี่ยม เมื่อสารประกอบอยู่ภายใต้แรงเฉือนความหนืดจะลดลงอย่างมากแสดงให้เห็นถึงความลื่นไหล หลังจากกำจัดแรงเฉือนแล้วความหนืดจะฟื้นตัวอย่างรวดเร็ว หากการกระจายตัวไม่เพียงพอหรือมากเกินไปซิลิกาที่รมควันเพียงบางส่วนจะเกิดเครือข่ายคาร์บอนแบล็คเฟสสีขาวทำให้ความหนืดต่ำลงและ thixotropy ไม่ดี ในระบบโปร่งใสยิ่งมีการส่งผ่านสูงเท่าใดการกระจายตัวของคาร์บอนแบล็กก็จะยิ่งดีขึ้น ภายใต้สภาวะการกระจายตัวเดียวกันผลิตภัณฑ์ที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่มักจะมีความโปร่งใสดีกว่า

สรุปได้ว่าซิลิกาเป็นวัสดุเสริมแรงที่ขาดไม่ได้สำหรับยางซิลิโคน เนื่องจากคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาอื่น ๆ เช่นการเคลือบหมึกยาเครื่องสำอางและการขัดเชิงกลทางเคมี (CMP) และมีอนาคตที่สดใส