نحوه اصلاح خواص سیلیکون با افزودنی ها و پردازش

سیلیکون یک ماده همه کاره است که به دلیل انعطاف پذیری، دوام و مقاومت در برابر حرارت شناخته شده است. ویژگی‌های آن را می‌توان با افزودنی‌ها و تکنیک‌های پردازش اصلاح کرد و به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد آن را برای کاربردهای مختلف، از خودرو گرفته تا دستگاه‌های پزشکی سفارشی کنند.

با تنظیم مواد افزودنی و روش های پردازش، استحکام، انعطاف پذیری و پایداری حرارتی سیلیکون را می توان افزایش داد. این تغییرات همچنین مقاومت در برابر سایش، تخریب اشعه ماوراء بنفش و دماهای شدید را بهبود می بخشد.

این توانایی در خیاطی سیلیکون آن را برای طیف گسترده ای از صنایع ایده آل می کند و امکانات بی پایانی را برای ایجاد محصولات تخصصی و با کارایی بالا ارائه می دهد.

1. شناخت سیلیکون و خواص آن

قبل از اینکه به اصلاحات بپردازیم، اجازه دهید به طور مختصر در مورد خواص ذاتی سیلیکون و چرایی استفاده گسترده از آن در صنایع صحبت کنیم:

• انعطاف پذیری: سیلیکون را می توان بدون شکستگی کشش، خم و قالب بندی کرد که آن را برای کاربردهایی مانند مهر و موم، واشر و محصولات کودک ایده آل می کند.
• مقاومت در برابر حرارت: سیلیکون به دلیل توانایی خود در مقاومت در برابر دماهای شدید، چه گرم و چه سرد، شناخته شده است و آن را برای استفاده در ظروف آشپزی، قطعات خودرو و تجهیزات صنعتی ایده آل می کند.
• ماندگاری: سیلیکون در برابر سایش و پارگی، تخریب اشعه ماوراء بنفش و پیری مقاوم است که به آن نسبت به بسیاری از پلیمرهای دیگر طول عمر بیشتری می دهد.
• زیست سازگاری: سیلیکون به عنوان یک ماده غیر سمی اغلب در وسایل پزشکی و محصولاتی که با پوست در تماس هستند مانند ایمپلنت یا پستانک نوزاد استفاده می شود.
• ضد آب و مقاوم در برابر مواد شیمیایی: مقاومت سیلیکون در برابر آب، مواد شیمیایی و روغن یکی دیگر از دلایل استفاده از آن در صنایع مختلف از جمله ساختمان سازی و هوافضا است.

سیلیکون علیرغم خواص طبیعی مفید خود، گاهی اوقات می تواند نیاز به تغییراتی داشته باشد تا معیارهای عملکرد خاصی را برآورده کند. در اینجا نحوه تقویت آن آمده است:

2. اصلاح خواص سیلیکون با مواد افزودنی

افزودنی ها موادی هستند که در طول تولید یا ترکیب آن به سیلیکون وارد می شوند تا خواص فیزیکی، شیمیایی یا حرارتی آن را تغییر دهند. با انتخاب دقیق و ترکیب مواد افزودنی، تولیدکنندگان می توانند سیلیکون هایی با ویژگی های مناسب ایجاد کنند. در اینجا برخی از رایج ترین افزودنی های مورد استفاده در تولید سیلیکون آورده شده است:

2.1. پرکننده ها

پرکننده ها موادی هستند که به سیلیکون اضافه می شوند تا خواصی مانند سفتی، استحکام و مقرون به صرفه بودن را تغییر دهند. با افزایش حجم سیلیکون بدون تغییر قابل توجه ساختار آن، پرکننده ها می توانند عملکرد مواد را در کاربردهای خاص بهبود بخشند.

پرکننده های رایج:

• سیلیس: استحکام کششی، مقاومت در برابر پارگی و سختی را افزایش می دهد و سیلیکون را برای کاربردهای صنعتی بادوام تر می کند.
• کربن سیاه: برای افزایش مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش و بهبود استحکام کلی سیلیکون استفاده می شود.
• الیاف شیشه: برای بهبود استحکام مکانیکی و پایداری ابعادی سیلیکون، به ویژه در کاربردهای پر استرس استفاده می شود.
• خاک رس: فرآیند پذیری را بهبود می بخشد و مقاومت حرارتی را افزایش می دهد.

اثر: پرکننده هایی مانند سیلیس می توانند سفتی سیلیکون را بهبود بخشند و آن را برای محصولاتی مانند مهر و موم و واشر مناسب می کنند. برعکس، افزودن کربن سیاه مقاومت در برابر نور خورشید و تخریب اشعه ماوراء بنفش را بهبود می بخشد و آن را برای کاربردهای خارج از منزل ایده آل می کند.

2.2. نرم کننده ها

نرم کننده ها افزودنی هایی هستند که برای افزایش انعطاف پذیری سیلیکون با کاهش سختی آن استفاده می شوند. آنها سیلیکون را انعطاف پذیرتر می کنند و در اثر استرس کمتر مستعد ترک خوردن یا شکستن می شوند.

نرم کننده های رایج:

• فتالات ها: اغلب در انواع مواد لاستیکی برای افزایش انعطاف پذیری استفاده می شود.
• تالک: گاهی اوقات به عنوان یک نرم کننده، به ویژه در فرمولاسیون های سیلیکونی برای محصولات پزشکی یا مصرفی استفاده می شود.

اثر: افزودن نرم کننده ها به سیلیکون باعث ایجاد مواد انعطاف پذیرتر می شود که برای کاربردهایی مانند محصولات کودک، لوله های پزشکی یا دستگاه های پوشیدنی که به مواد نرم و راحت نیاز دارند ایده آل است.

2.3. بازدارنده های شعله

مواد بازدارنده شعله به فرمولاسیون سیلیکونی اضافه می شوند تا مقاومت آن در برابر اشتعال و گسترش شعله افزایش یابد. این امر به ویژه در صنایعی مانند هوافضا، خودروسازی و الکترونیک، که ایمنی در برابر آتش حیاتی است، بسیار مهم است.

بازدارنده های رایج شعله:

• ترکیبات برومه دار: به دلیل خواص عالی در برابر شعله استفاده می شود، اگرچه نگرانی های زیست محیطی باعث حرکت به سمت جایگزین های ایمن تر شده است.
• هیدروکسید آلومینیوم: اغلب در ترکیب با سایر افزودنی ها برای افزایش مقاومت در برابر شعله و در عین حال سازگارتر با محیط زیست استفاده می شود.

اثر: افزودنی های ضد شعله سیلیکون را برای استفاده در محیط های با دمای بالا یا حساس به آتش مناسب تر می کند و ایمنی را در بخش هایی مانند ساخت و ساز، الکترونیک و صنایع خودرو تضمین می کند.

2.4. آنتی اکسیدان ها

آنتی اکسیدان ها به فرمولاسیون سیلیکون اضافه می شوند تا از تخریب اکسیداتیو جلوگیری کنند، به ویژه هنگامی که در معرض دمای بالا یا نور UV قرار می گیرند. این افزودنی ها به افزایش طول عمر محصولات سیلیکونی، به ویژه در شرایط محیطی سخت کمک می کنند.

آنتی اکسیدان های رایج:

• تثبیت کننده های نور آمین مانع (HALS): برای جلوگیری از تخریب اشعه ماوراء بنفش استفاده می شود.
• آنتی اکسیدان های آلی و معدنی: از سیلیکون در برابر اکسیداسیون محافظت کنید که می تواند ساختار آن را در طول زمان تضعیف کند.

اثرآنتی اکسیدان ها طول عمر سیلیکون را بهبود می بخشند و از حفظ استحکام، انعطاف پذیری و رنگ آن حتی تحت قرار گرفتن طولانی مدت در معرض نور، هوا و دمای بالا اطمینان می دهند.

3. تکنیک های پردازش برای اصلاح سیلیکون

در حالی که افزودنی ها برای افزایش خواص خاص سیلیکون ضروری هستند، تکنیک های پردازش نیز نقش مهمی در اصلاح ویژگی های نهایی مواد دارند. نحوه پردازش سیلیکون بر ساختار مولکولی آن تأثیر می گذارد که به نوبه خود بر خواص مکانیکی و حرارتی آن تأثیر می گذارد. در زیر برخی از تکنیک های رایج پردازش مورد استفاده برای اصلاح سیلیکون آورده شده است:

3.1. ولکانیزاسیون (سخت دادن)

ولکانیزاسیون فرآیند اتصال متقابل پلیمرهای سیلیکونی برای تشکیل یک شبکه سه بعدی از مولکول های به هم پیوسته است. این فرآیند که اغلب با حرارت دادن سیلیکون با مواد پخت یا عوامل اتصال عرضی به دست می آید، به بهبود خواص مکانیکی آن از جمله استحکام، کشش و مقاومت در برابر حرارت کمک می کند.

انواع ولکانیزه:

• ولکانیزاسیون پراکسید: معمولاً برای الاستومرهای سیلیکونی با دمای بالا استفاده می شود، این فرآیند استحکام و پایداری حرارتی مواد را افزایش می دهد.
• ولکانیزاسیون کاتالیز شده با پلاتین: این فرآیند منجر به درمان یکنواخت تر، بهبود قوام و خواص مکانیکی سیلیکون می شود که اغلب در کاربردهای پزشکی و غذایی استفاده می شود.

اثر: ولکانیزاسیون دوام، انعطاف پذیری و توانایی سیلیکون را برای تحمل دمای بالا افزایش می دهد و آن را برای استفاده در واشر خودرو، عایق برق و ظروف آشپزخانه مناسب تر می کند.

3.2. قالب گیری تزریقی

قالب گیری تزریقی یک تکنیک پرکاربرد برای شکل دادن به محصولات سیلیکونی است. در این فرآیند، لاستیک سیلیکونی مایع (LSR) تحت فشار بالا به داخل حفره قالب تزریق می شود، سپس به شکل جامد تبدیل می شود. قالب گیری تزریقی برای تولید قطعات سیلیکونی با دقت بالا و پیچیده ایده آل است.

• اثر: قالب گیری تزریقی می تواند باعث تولید قطعات سیلیکونی با دقت ابعادی عالی، سطوح صاف و توانایی ایجاد هندسه های پیچیده شود. در کاربردهایی مانند تجهیزات پزشکی، الکترونیک و کالاهای مصرفی استفاده می شود.

3.3. اکستروژن

اکستروژن یکی دیگر از فرآیندهای رایج است که در آن سیلیکون از طریق قالب برای ایجاد اشکال طولانی مانند لوله، مهر و موم یا واشر مجبور می شود. می توان آن را با فرآیندهای پخت اضافی برای تولید پروفیل های سیلیکونی با خواص خاص ترکیب کرد.

• اثر: محصولات سیلیکونی اکسترود شده را می توان با ضخامت ثابت ساخت، که آنها را برای کاربردهایی که به قطعات طولانی و انعطاف پذیر نیاز دارند، مانند لوله های پزشکی یا واشر برای ماشین آلات صنعتی ایده آل می کند.

3.4. قالب گیری فشاری

قالب گیری فشرده فرآیندی است که در آن یک ماده سیلیکونی از قبل گرم شده در یک حفره قالب قرار می گیرد و فشار برای فشرده سازی مواد به شکل قالب اعمال می شود. سپس سیلیکون پخته می شود تا یک محصول جامد تشکیل شود.

• اثر: این تکنیک برای تولید قطعات سیلیکونی در مقیاس بزرگ با قوام بالا استفاده می شود. قالب گیری فشرده به ویژه برای ایجاد واشر سیلیکونی، مهر و موم و اجزای خودرو مفید است.

4. سفارشی کردن سیلیکون برای کاربردهای خاص

زیبایی واقعی سیلیکون در قابلیت شخصی سازی آن برای کاربردهای مختلف است. چه به یک ماده غیر سمی و با درجه پزشکی نیاز داشته باشید یا یک سیلیکون سخت و بادوام برای مصارف صنعتی، می‌توانید خواص آن را هم از طریق افزودنی‌ها و هم از طریق تکنیک‌های پردازش تنظیم کنید.

به عنوان مثال:

• تجهیزات پزشکی: سیلیکون را می توان تغییر داد تا زیست سازگار، ضد میکروبی و مناسب برای کاشت طولانی مدت در بدن باشد. افزودنی‌هایی مانند عوامل ضد میکروبی، همراه با تکنیک‌های خاص ولکانیزه کردن، می‌توانند تضمین کنند که این ماده با استانداردهای مراقبت‌های بهداشتی دقیق مطابقت دارد.
• الکترونیک: سیلیکون برای لوازم الکترونیکی اغلب برای رسانایی یا مقاومت در برابر شعله اصلاح می شود. با افزودن پرکننده های رسانا و استفاده از مواد پخت خاص، سیلیکون را می توان برای استفاده در اتصالات، کابل ها و قطعات عایق ایده آل ساخت.
• صنایع غذایی: محصولات سیلیکونی که با مواد غذایی در تماس هستند باید غیر سمی، مواد غذایی و مقاوم در برابر حرارت و پیری باشند. با استفاده از افزودنی های ایمن برای مواد غذایی و اطمینان از ولکانیزاسیون مناسب، تولیدکنندگان می توانند محصولاتی با کارایی بالا مانند ظروف پخت و پز و ابزار آشپزخانه ایجاد کنند.

نتیجه

تطبیق پذیری سیلیکون از توانایی آن در اصلاح با افزودنی هایی مانند پرکننده ها و بازدارنده های شعله و همچنین تکنیک های پردازش مانند ولکانیزاسیون ناشی می شود. این تنظیمات به سازندگان اجازه می دهد تا سیلیکون را برای کاربردهای خاص بسازند و آن را برای صنایع مختلف از تجهیزات پزشکی گرفته تا قطعات خودرو ایده آل می کند.