Siliconenrubber verwijst naar een soort rubber waarvan de hoofdketen afwisselend bestaat uit silicium- en zuurstofatomen, waarbij siliciumatomen doorgaans gebonden zijn aan twee organische groepen. Gewoon siliconenrubber bestaat voornamelijk uit siloxaanbindingen die methylgroepen en een kleine hoeveelheid vinylgroepen bevatten.
Thermische veroudering van siliconenrubber
Thermische veroudering is de belangrijkste vorm van veroudering voor siliconenrubber. De gebruiksomgeving van siliconenrubber bevindt zich in lucht met een hoge- temperatuur, waar de combinatie van hitte en zuurstof leidt tot thermische veroudering. Tijdens het thermische-oxidatieve verouderingsproces bevorderen hoge temperaturen de oxidatie van siliconenrubber, en bevordert zuurstof de thermische afbraak ervan.
De structurele veranderingen in siliconenrubber tijdens thermische{0}}oxidatieve veroudering kunnen in twee categorieën worden verdeeld: ten eerste, de afbraak van de moleculaire keten veroorzaakt door thermische-oxidatieve verouderingsreacties; ten tweede, kruislingse-verbindingen tussen moleculaire ketens. Degradatie van de moleculaire keten zorgt ervoor dat het rubber na veroudering plakkerig wordt; post-veroudering-veroudering verhardt het rubber. Beide zullen ervoor zorgen dat de mechanische eigenschappen van het rubber afnemen, wat uiteindelijk tot falen leidt. Naarmate de luchttemperatuur stijgt, kruist het gevulkaniseerde siliconenrubber zich, en de afname van de rek bij breuk is veel groter dan die van de treksterkte.
Factoren die de hittebestendigheid van siliconenrubber beïnvloeden
1. Chemische structuur
(1). Hoofdketen en zijgroepen
De hoofdketen is de meest fundamentele ruggengraat van siliconenrubber en heeft een beslissende invloed op de thermische veroudering ervan. De hoofdketen bestaat uit siloxaanbindingen die in een spiraalvormige structuur zijn gerangschikt en een aanzienlijke polariteit en flexibiliteit vertonen. Daarom is het bij hoge temperaturen gevoelig voor afbraak van de hoofdketen en oxidatiereacties van de zijgroepen, waardoor het siliconenrubber geleidelijk zachter wordt en zijn bruikbaarheidswaarde verliest. Als de hoofdketen van siliconenrubber uit verschillende structuren bestaat, varieert de hittebestendigheid ook aanzienlijk. Het introduceren van groepen zoals fenyleen, cyclodisilazaan, difenylether, fenyleengroepen of carboranyleen in de hoofdketen kan de mogelijkheid van afbraakreacties door cyclisatie aanzienlijk remmen en de algehele hittebestendigheid van het materiaal verbeteren. Wat betreft de zijgroepen: wanneer de zijgroepen van vinylsiliconenrubber respectievelijk fenyl, methyl, ethyl, propyl en butyl zijn, zullen ze in een omgeving met hoge -temperaturen achtereenvolgens oxideren, wat leidt tot een afname van de hittebestendigheid van het materiaal. Bovendien is uit onderzoek gebleken dat naarmate de alkylzijgroepen toenemen, de thermische stabiliteit van siliconenrubber ook afneemt. Zo is de hittebestendigheid van dimethylsiliconenrubber beter dan die van butylsiliconenrubber.
(2). Einde groepen
Wanneer de eindgroep van methylsiliconenrubber een hydroxylgroep is, kunnen intermoleculaire condensatiereacties optreden bij lagere temperaturen, wat de splitsing van de hoofdketen bevordert, waardoor de hittebestendigheid van het materiaal wordt aangetast. Bij hogere temperaturen kunnen bijtreacties optreden, die leiden tot willekeurige degradatie, waardoor uiteindelijk de hittebestendigheid van siliconenrubber wordt aangetast door de splitsing van silicium-fenylbindingen en silicium-zuurstofbindingen.
2. Semi-anorganische polymeercomposietmaterialen
Omdat het een semi{0}}anorganisch polymeercomposietmateriaal is, kan het toevoegen van verschillende vulstoffen aan siliconenrubber verschillende effecten hebben op de hittebestendigheid. Bepaalde vulstoffen uit amfotere metaalverbindingen kunnen bijvoorbeeld zure of basische stoffen in het siliconenrubber absorberen, waardoor de door deze stoffen veroorzaakte katalytische afbraak van siliconenrubber effectief wordt verminderd. Deze maatregel kan de kans op thermische veroudering effectief verkleinen. Een veelgebruikt materiaal voor dit doel is doorgaans aluminiumoxide. Samenvattend zijn vulstoffen niet alleen uitstekende verlengstukken, maar kunnen ze bij juist gebruik ook de hittebestendigheid van siliconenrubber aanzienlijk verbeteren.
3. Omgevingsfactoren
Water in de gebruiksomgeving, inclusief waterdamp, kan de splitsing van siloxaanbindingen in siliconenrubber veroorzaken, waardoor uiteindelijk silanolgroepen ontstaan. Het is bekend dat de aanwezigheid van silanolgroepen de hittebestendigheid van siliconenrubber negatief beïnvloedt. Bovendien is een zeer interessant punt dat in gevuld siliconenrubber de hydrolyse en herschikking van siloxanen hetzelfde effect hebben op de mechanische eigenschappen. Daarom is het moeilijk om de aanwezigheid van hydrolyse effectief te bepalen door middel van analyse van mechanische eigenschappen alleen, maar verschillen in hittebestendigheid kunnen een basis vormen voor de bepaling ervan. De aanwezigheid van zuren of basen in het siliconenrubbersysteem zal de afbraak ervan katalyseren. Bovendien hebben zuurstof en ozon uit de omgeving ook bepaalde nadelige effecten op de thermische afbraak van siliconenrubber. Tegelijkertijd, als er cyclische spanningsbelastingen bestaan in de toepassingsomgeving, kan dit de afbraak van dimethylsiloxaan- en difenylsiloxaancopolymeerelastomeren versnellen, waardoor de hittebestendigheid van het materiaal wordt verminderd. Bovendien verschilt het afbraakmechanisme afhankelijk van de samenstellingsverhouding van deze twee copolymeren.
Maatregelen om de hittebestendigheid van siliconenrubber te verbeteren
Gebaseerd op het thermische verouderingsmechanisme van gevulkaniseerd siliconenrubber, zijn er verschillende methoden om de thermische verouderingseigenschappen ervan te verbeteren, als volgt:
(1) Wijzig de samenstelling van de zijketens van siliconenrubber, zoals de introductie van fenylgroepen, om verknoping of afbraak van de moleculaire ketens veroorzaakt door de ontbinding van zijketens te voorkomen. Dit komt omdat fenylgroepen niet gemakkelijk worden geoxideerd en sterische hinder veroorzaken in de siliconenketen, waardoor de organosiliciumketen moeilijker te ontleden is. Bovendien is, vanwege hun grotere conjugatie- en sterische hindereffecten, hun thermische ontledingstemperatuur hoger.
(2) Introduceer omvangrijke segmenten in de moleculaire keten van siliconenrubber om de thermische stabiliteit van de verknopingsbindingen in het vulkanisaat te verbeteren, zoals koolstof-, decyloxy-, benzeen-, difenylether- en cyclodisilazaangroepen.
(3) Voeg warmte-resistente additieven toe aan de verbinding om oxidatieve verknoping van de zijketen- en afbraak van de cyclisatie van de hoofdketen te voorkomen, zoals ijzeroxide, dioxaan, hexafenylcyclotrisiloxaan, enz.
