يُعتبر السيليكون على نطاق واسع مادة مستقر حراريا و غير قابل للتحلل المادة، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى قوتها العمود الفقري Si-O. على الرغم من أن الكيمياء سليمة من الناحية الأساسية، إلا أن هذا الاعتقاد غالباً ما يبسط بشكل مفرط كيفية تصرف السيليكون في البيئات الصناعية الحقيقية.
عملياً،, استقرار السيليكون ليس ثابتًا ماديًا. إنه متغير يعتمد على العملية—وهو أمر يُساء إدارته في كثير من الأحيان عندما تساوي الفرق بين "عدم وجود ضرر مرئي" و"عدم وجود تدهور وظيفي".“
من منظور التصنيع، لا يفشل السيليكون بشكل مفاجئ. بل يفشل بهدوء، من خلال تغيرات في الخصائص الفيزيائية ناتجة عن التاريخ الحراري، والمواد المتطايرة المتبقية، واتباع إجراءات المعالجة اللاحقة.
لماذا يبدو السيليكون "غير متأثر حرارياً"؟“
بالمقارنة مع المطاطات العضوية مثل مطاط الإيثيلين بروبيلين ديين مونومر (EPDM) أو مطاط النتريل، لا يتفحم السيليكون أو ينصهر أو يسيل عند تعرضه لدرجات حرارة مرتفعة. هذه المرونة الظاهرة تؤدي إلى افتراض هندسي شائع:
إذا لم يتشوه الجزء، فإنه لم يتدهور.
هذا الافتراض غير صحيح.
كيف يؤدي التسخين فعلياً إلى تدهور السيليكون
في حالات التعرض الحراري طويل الأمد، نادرًا ما يتضمن تحلل السيليكون انشطار السلسلة. بدلاً من ذلك، يهاجم الأكسجين مجموعات الميثيل الجانبية، مما يؤدي إلى زيادات غير مقصودة في كثافة التشابك.
- يبقى العمود الفقري للبوليمر سليماً
- الجزء يحتفظ بشكله
- يختفي الامتثال الميكانيكي بهدوء
قد تبدو الحشية دون تغيير بعد آلاف الساعات في درجة الحرارة، ومع ذلك تفقد قدرتها على الإحكام بسبب انخفاض مرونتها.
آلية تحلل السيليكون: انحراف كثافة الترابط المتشابك
بخلاف المطاط العضوي، يتجلى تحلل السيليكون على شكل تغير في السلوك البدني, ، وليس انهياراً مادياً.
تشمل التأثيرات الرئيسية التي لوحظت في اختبارات الإنتاج ما يلي:
- زيادة الصلابة
- قوة ارتداد منخفضة
- فقدان تخميد الاهتزازات
- مجموعة ضغط مرتفعة
هذه التأثيرات تدريجية وتراكمية، وغالباً ما يتم تجاهلها حتى يحدث عطل ميداني.
دور عملية التصنيع في استقرار السيليكون
المواد المتطايرة غير المتفاعلة: المخاطر الخفية
يُعد وجود أحد العوامل التي يتم تجاهلها بشكل كبير والتي تساهم في عدم استقرار السيليكون بقايا السيلوكسانات ذات الوزن الجزيئي المنخفض ما تبقى بعد عملية التشكيل.
إذا لم تتم إزالة هذه المواد المتطايرة من خلال المعالجة اللاحقة الكافية، فإنها ستبقى محصورة داخل مصفوفة المطاط الصناعي.
في بيئات مغلقة ذات درجة حرارة عالية—مثل أجهزة استشعار السيارات أو الحاويات الطبية— فإن هذا يخلق مسارًا للفشل على المدى الطويل.
إزالة البلمرة وتأثير "الطعن في الظهر"
في ظل الحرارة والرطوبة، يمكن أن تبدأ السيلوكسانات المتبقية في الاشتعال إزالة البلمرة, ، والتي يشار إليها غالبًا باسم النميمة.
بدلاً من أن تتفكك سلاسل البوليمر بشكل مرئي، فإنها:
- تنطوي على نفسها
- إعادة تشكيل السيلوكسانات الحلقية
- الانتقال تدريجياً نحو حالة تشبه السائل
لا تُعزى هذه الظاهرة إلى فشل السيليكون كمادة، بل إلى فشل تحكم العملية, ، خاصة عدم كفاية المعالجة اللاحقة.
سلسلة الفشل النموذجية
- التشكيل الأولي: يبدو الجزء كاملاً ومستقر الأبعاد
- تم تقصير أو تخطي مرحلة المعالجة اللاحقة: لتوفير الوقت أو التكلفة
- تبقى المواد الكيميائية المتبقية نشطة: المواد المتطايرة التي لم يتم طردها
- التعرض الميداني: تنشط الحرارة والرطوبة عملية إزالة البلمرة
- الفشل المتأخر: غالباً ما يكون ذلك بعد 12-24 شهراً من بدء الخدمة
كيفية اكتشاف تدهور السيليكون قبل حدوث العطل
عند تقييم أداء السيليكون على المدى الطويل، تشير ثلاثة مؤشرات بشكل موثوق إلى أن المادة تقترب من حدودها الوظيفية.
1. زيادة الضغط
إن أكثر أنماط فشل السيليكون شيوعًا ليس التشقق، بل هو فقدان قوة الاستعادة.
- تتوقف الحشيات عن الضغط للخلف
- تفقد موانع التسرب ضغط التلامس
- يحدث التسرب دون حدوث أضرار مرئية
على الرغم من أهميتها، غالباً ما يتم التقليل من شأن مجموعة الضغط في المواصفات الأولية.
2. زحف الصلابة
جزء من السيليكون مصبوب في 50 شور أ قد يتصلب تدريجياً إلى 60-70 شور أ بعد التعرض المطول للحرارة.
مع ازدياد الصلابة:
- يتراجع أداء التخميد
- عزل الاهتزازات متضرر
- قوى التجمع تنهض
3. حدود الاستقرار المائي
في البيئات الغنية بالبخار أو ذات الرطوبة العالية، هيكل Si-O-Si قد تكون عرضة للتحلل المائي ما لم يتم تصميم التركيبة خصيصًا لمقاومته.
هل لقطع السيليكون مدة صلاحية؟
لا تنتهي صلاحية بوليمرات السيليكون نفسها، ولكن تقوم إضافات المعالجة.
على مدى فترة تتراوح بين 5 و10 سنوات، قد تنتقل الملدنات أو مثبطات اللهب أو الإضافات الخاصة إلى السطح - وهي ظاهرة تُعرف باسم مزهر.
مع أن الازدهار لا يدل بالضرورة على الفشل، إلا أنه قد يُغير:
- طاقة السطح
- معاملات الاحتكاك
- أداء التجميع الآلي
لماذا تحدد عملية المعالجة اللاحقة عمر السيليكون؟
يتصرف السيليكون كمادة شبه غير عضوية أكثر من المطاط التقليدي. ويعتمد استقراره على المدى الطويل بشكل أقل على التركيب الكيميائي للبوليمر الخام وأكثر على التاريخ الحراري أثناء التصنيع.
إذا لم تتم إزالة المواد المتطايرة المتبقية بالكامل من خلال المعالجة اللاحقة المتحكم بها، فإن استقرار المادة المتأصل سيتأثر سلباً. قبل أن يدخل الجزء الخدمة.
أهم النقاط
- لا يفشل السيليكون بشكل مرئي، بل يفشل وظيفياً.
- يعتمد الاستقرار الحراري على تحكم العملية, ليس فقط روابط Si-O
- تُعد المواد المتطايرة المتبقية عاملاً رئيسياً في التدهور طويل الأمد
- المعالجة اللاحقة ليست اختيارية؛ فهي تحدد الأداء الميداني
- تُعدّ كلٌّ من الانضغاط الدائم، وانحراف الصلابة، والتحلل المائي، شروطًا حدودية حقيقية.
لا يضمن اختيار المواد وحدها استقرار السيليكون، بل يتم تصميمه أو فقدانه أثناء عملية التصنيع.
