Изоляция из кремнийорганических резин

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:

• Теплостойкость. Это главный показатель при выборе кремнийорганической резины. Каучуки общего назначения не могут эксплуатироваться при температурах выше 100-150 °С. Для силиконов же температурный интервал 150-250 °С является нормальной рабочей средой. В экстремальном температурном диапазоне до 300 °С силоксановые резины выдерживают до нескольких недель и даже месяцев. Производственный цикл может предусматривать закладку верхнего температурного режима эксплуатации, обычно этого добиваются температурой 2-й ступени вулканизации выше на 20-25 °С чем предполагаемые значения. Единственное ограничение в использовании — безвоздушная среда срок работоспособности резин уменьшает;

• Хладостойкость. Силиконовые каучуки не относятся к самым низкотемпературным. Путем введения модификаторов удается снизить температурный предел хладотекучести. Эластичность резиновых изделий остается неизменной до -80 °С. При понижении температуры материал становится хрупким;

• Атмосферостойкость. Силиконы не растрескиваются, не разрушаются и не выцветают при воздействии перепадов температур, ультрафиолета и солнечного света;

По теме

2201

Медведчук уверен, что Украине нужно отказаться от зависимости от МВФ

Виктор Медведчук уверен, что в текущем году поступления от МВФ существенно сократятся из-за пандемии коронавируса, а это грозит потерями не менее 8% ВВП.

• 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.

Выбирая силикон для производства резино-технических изделий, необходимо определиться с ключевыми техническими характеристиками (приоритетность теплостойкости). Поскольку кремнийорганические полимеры — достаточно дорогостоящие пластики. Высокую цену силикона нужно учитывать при расчете себестоимости изделия.

Применение материала

Широкое распространение нашла термостойкая резина для термопресса в качестве мембран, уплотнительных и прочих элементов, в виде уплотнения печного и различного котельного оборудования, насосных шлангов и частей агрегатов, испытывающих значительные температурные нагрузки. Эффективно ее использование при изготовлении устойчивых к действию тепла и мороза уплотнительных прокладок и в качестве термически стойкого основания для пакетозапаечных машин. Причем изделия из термически устойчивой уплотнительной резины сохраняют свои рабочие характеристики в температурном интервале от -60 до +250 градусов, а отдельные виды силиконовых эластомеров и за его пределами. Так, морозостойкие разновидности выдерживают температуру от -100, а особо термостойкие – до +400 градусов.

Уникальные качества силиконовых эластомеров обусловили обширную область их распространения в промышленном производстве. Они применяются в автомобилестроении в качестве уплотнений и прокладок, способствующих изоляции и амортизации соединения деталей. При этом большое значение имеет их устойчивость к действию масел, антифризов и ультрафиолетовых лучей, повышенная механическая прочность и износоустойчивость.

Большое распространение в электротехнике получили кабельные и изоляторные силиконовые эластомеры. Из них изготавливаются всевозможные кабели, как бытового назначения, так и используемые в электроинструменте, приборах и промышленном оборудовании, работающем в агрессивных химических средах.

Устойчивость к термическому старению, хороший баланс механических свойств и стойкость к горению позволяют применять такую резину для печей, галогенных ламп и контрольных аппаратов, используемых в диапазоне повышенных температур. Ее исключительные диэлектрические показатели, повышенная дугостойкость и способность образовывать при сгорании стойкое керамическое покрытие обусловили ее использование в производстве изоляторов для линий электропередач и железных дорог.

Сочетание отличных механических свойств с «чистым» химическим составом без стабилизаторов, пластификаторов и других вредных веществ позволяют применять силиконовую резину в медицине, фармацевтике и при изготовлении гигиенических и детских товаров. Примером такой продукции могут служить медицинские зонды, анестизирующие маски, протезы, катетеры, имплантанты, детские соски и игрушки.

Изделия из пищевой резины с высокой термостойкостью отличают отсутствие запаха и аллергии, оптическая прозрачность с физиологической совместимостью и высокая гигиеничность. Помимо этого, они хорошо очищаются, обладают способностью отталкивать воду и пыль, стойкостью к кипящей воде и горячему пару, что позволяет их многократно стерилизовать.

Для производства силиконового эластомера вместо каучука натурального используется его синтетический заменитель, но это не означает, что изделия из нее не такие качественные, как изготовленные из натурального эластомера. Напротив, силиконовый каучук, сочетая в себе лучшие свойства натурального, дополнен новыми качествами, выгодно отличающими его. Поэтому именно из него изготавливают термостойкую резину.

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.

Сферы применения

Химический состав и технология обработки силиконовой резины (силикона) обеспечило готовую продукцию такими свойствами, которые оказались, востребованы практически во всей промышленности.

https://youtube.com/watch?v=twQjA6mk9NU

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.

Силиконовая смазка

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.

Пористая резина (вспененная резина)

В ассортименте компании представлена пористая резина из силикона (вспененная резина). Это мягкий и упругий материал, поэтому он обладает отличными амортизирующими свойствами. Его используют в виде прокладок для динамических соединений, поскольку они отлично гасят вибрации и удары.

Компания «Пента Юниор» предлагает из вспененной резины пластины в рулонном и формованном виде, а также шнуры с круглым и прямоугольным сечением.

В каталоге компании «Пента Юниор» представлено свыше 100 наименований продукции отличного качества. Также вы можете заказать изготовление изделий из силиконовых резин по индивидуальным размерам.

Выгодная цена от производителя позволяет существенно сэкономить при заказе в «Пента Юниор». 

—» Прайс-лист — Изделия из силиконовых резин

Фторированные каучуки

Фторорганические резины (каучуки) получают полимеризацией галогенпроизводных непредельных углеводородов. В качестве мономеров используют разные вещества.

Состав, структура исходного сырья определяют цифровые обозначения в маркировке. Так, например, продукция СКФ-26 сделана полимеризацией двух мономеров: дифторэтилена и гексафторпропилена.

Удивительные эксплуатационные качества фторкаучуки приобретают после вулканизации, в процессе которой происходит упрочение молекулы полимеров сшивками.

Термостойкий продукт выдерживает действие большинства органических растворителей, минеральных кислот, масел, топлива, окислителей. В некоторых сложных эфирах, кетонах фторкаучуки растворяются.

Это свойство нашло применение на практике. Раствор полимерной массы расфасовывают в тюбики и предлагают к продаже в качестве герметиков. После выдавливания субстанции растворитель улетучивается, образуется плотный изолирующий слой.

Фторированная резина прочна, долговечна, надежна. Диапазон рекомендуемых температур включает минимальное значение минус 40 ℃, максимальное — +200 ℃.

Виды листовых резиновых пластин

Основополагающим документом для производителей листовой резины является ГОСТ 7338 –90. Этот документ действует в отношении резиновых пластин, которые предназначены для производства деталей, применяемых для уплотнения неподвижных соединений, предотвращающих трения между поверхностями деталей выполненных из металла. Кроме этого, детали, выполненные из резины этого типа должны воспринимать ударные нагрузки, которые могут возникать в машинах и механизмах, работающих в разных отраслях промышленности и строительства. В этом же документы определены типы резин и условия работы, для которых они предназначены. Так, маслостойкая резина имеет три степени твердости, и может работать при температуре от – 40, до +90 градусов Цельсия. Она должна сохранять работоспособность в средах, содержащих жиры, масла, эмульсии, инертные газы и пар.

ГОСТ определяет, что в зависимости от сферы применения и условия работы, выпускают три основных типа резины технической листовой.

• тепломорозокислотошелочестойкая (ТМКЩ);
• маслостойкая МС;
• маслобензостойкая МБС.

Пластина резиновая ТМКЩ сохраняет работоспособность в таких средах, как – водная, кислотная, щелочная и газовая. Ее допускается эксплуатировать, в зависимости от степени твердости от – 45 до +90 градусов Цельсия.

Маслобензостойкая (МБС) листовая резина может работать в масляной или в среде, в которой присутствуют углеводородные топлива. Диапазон рабочих температур составляет от -30 до +80 градусов Цельсия.

В форме листов производят еще несколько видов резины:

• вакуумная;
• силиконовая;
• губчатая.

Белая вакуумная резина марки 7889 отличается следующими параметрами – она невосприимчива к воздействию высокого давления и температуры, обладают высокой упругостью и одновременно она с успехом сопротивляется сжатию. Резина ваккумная, кроме листового исполнения может поставляться потребителю в виде рукавов, шнуров и пр.К вакуумной относят и цветную резину листовую вулканизованную. Кстати, разные цвета не несут никакой смысловой нагрузки. Такую резину производят исключительно из эстетических соображений.Силиконовая листовая резина – это материал, который производят, используя высокомолекулярные веществ, в которые входят кремний и некоторые органические вещества. По внешнему виду она неотличима от той, которую производят из обычного каучука. Но ее химическая формула позволяет ей работать в температурном диапазоне от -50 до +480 градусов Цельсия. Если температура среды не более +100 градусов, то можно сказать, что детали из этого сорта резины будут работать вечно. Кстати, работа в таких экстремальных условиях длительное время не отражается на ее эксплуатационных мастерских.

Губчатая (пористая) резина – по сути, это вспененный каучук, который может быть отформован в листы и пр. Промышленность выпускает несколько марок этой продукции, которые отличаются друг от друга плотностью и областями применения. Кстати, нередко пористую резину используют для творчества.

Пищевую листовую резину производят, руководствуясь требованиями ГОСТ 17133-83. Изделия из этого материала применяют для изготовления уплотнений, которые контактируют с пищевыми веществами.Техническая пластина может быть поставлена заказчику в виде пластин определенного размера или в виде рулонов.

Производство резины

При выработке силиконового каучука горячей вулканизации используется специализированное оборудование, включающее смесительные вальцы, пластификатор, отопительные каналы, экструдер, каландры и вулканизационные прессы. Жидкую силиконовую резину получают из исходной смеси, состоящей из силиконового каучука, активных и полуактивных наполнителей и вспомогательных веществ.

Добавляя в нее соответствующие компоненты для вулканизации силиконовой резины, возможно под действием температуры свыше +100 °С изготовление эластичных резиновых изделий. Причем не стоит забывать, что попадание в смесь даже небольшого количества катализаторов из серы и антиоксидантов, используемых для изготовления традиционной резины, может испортить резину из силиконового каучука. Поэтому при производстве листовой силиконовой резины применяется отдельное оборудование.

В процессе формования или литьевой прессовки смесь помещается в форму для выдержки под давлением в течение определенного времени. При этом температура доходит до величины, при которой начинается вулканизация. В производстве силиконовой резины для форм в виде смазки применяют водный раствор моющего средства. В ходе литья под давлением подачу смеси осуществляют с помощью роликового ленточного погрузчика, установленного на литьевой машине. Профильные детали, такие как ленты, кабельные оболочки, прутки и шланги, изготавливают методом экструзии. Вулканизация при этом обычно происходит в канале при подаче разогретого воздуха, возможен также процесс с вулканизацией паром.

Силиконовые эластомеры обладают повышенными антиадгезионными характеристиками, по этой причине склеить силиконовою резину, детали из нее между собой или с прочими материалами, довольно затруднительно. Для склеивания используют два способа. Первый заключается в применении средства вулканизации, наделенного адгезионными характеристиками, а второй предполагает использование специального клея для силиконовой резины, так как для этого не подходят традиционные склеивающие средства. Решая вопрос, чем склеить силиконовую резину, специалисты разработали специальные грунтовки на силиконовой основе, способные обеспечить требуемый скрепляющий эффект.

Исходные смеси с силиконовым каучуком хранят в защищенных от света, плотно закрытых емкостях. Хранение приготовленных для вулканизации смесей допустимо при температуре не выше +30 °С. Их срок хранения не должен быть больше 4 месяцев, а исходных смесей – года.

Состав и свойства материала

Структура термостойкой силиконовой резины составлена цепями атомов кремния и кислорода, скрепленных друг с другом единичными поперечными сшивками. Такой структуре она обязана своими в определенной степени неорганическими свойствами. Образуемые метильными, главным образом органическими, радикалами связи атомов кремния придают материалу сходство с прочими видами резины. А небольшое соотношение винильных групп в совокупности с метильными группами цепей из полимеров улучшает результативность процессов образования сетчатых структур для перекисного течения реакций.

Такая двухкомпонентная силиконовая резина способна сохранять эксплуатационные характеристики на протяжении долгого времени в температурном промежутке от -50 °С до +480 °С. Более того, если температура не превышает +100 ºС, то срок службы изделий из силиконовой резины практически не ограничен. При обычной температуре воздействие света и атмосферного воздуха никак не отражается на качестве данного материала. Причем в этом с ним не может соперничать даже натуральный каучук, проигрывая по стойкости к таким атмосферным явлениям, как дождь, снег или соленая морская вода.

Особые свойства силиконовой резины, например, устойчивость к вольтовой дуге, радиации, вакууму и электрическим полям, способствуют ее широкому использованию в электротехнике. Помимо этого, ряд характеристик этого эластомера позволяют использовать его в условиях, когда другие резиновые материалы не могут быть применены. Это касается предельных величин рабочих температур в промежутке от -60 °С до +300 °С с сохранением постоянства качественных характеристик пористой силиконовой резины.

Сюда же стоит отнести ее инертность ко многим физиологическим процессам и нетоксичность. Большое значение при этом имеет высокая стойкость эластомера к воде, пресной, морской либо кипящей, а также маслам, перекиси водорода, растворам солей, слабым кислотам или щелочам. А способность силиконовой формовочной резины в процессе сгорания образовывать слой SiO2 наделяет детали из нее электроизоляционными свойствами.

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.