Il silicone si scioglie? Questa è una domanda comune a molte persone.
Spesso ci affidiamo al concetto di punto di fusione per valutare la resistenza al calore di un materiale. Ma il silicone non è un tipico termoplastico, non ha un punto di fusione ben definito. Invece, quando esposto ad alte temperature, si ammorbidisce gradualmente, perde elasticità e alla fine si rompe.
In questo articolo esploreremo il perché di ciò e cosa succede realmente al silicone quando la temperatura aumenta.
Perché il silicone non ha un punto di fusione tradizionale?
Il silicone non si scioglie nel senso tradizionale del termine. Ciò è dovuto principalmente alla sua struttura chimica e alla sua disposizione molecolare uniche.
Forte struttura portante Si–O
Il silicone ha una struttura principale silicio-ossigeno con un'energia di legame molto elevata. Questa struttura robusta conferisce al silicone un'eccellente resistenza al calore. A differenza dei metalli, che fondono a una certa temperatura, il silicone rimane stabile. Non si decompone facilmente se riscaldato.
Struttura amorfa
A differenza dei metalli con una struttura cristallina ordinata, il silicone è per lo più amorfo. Ciò significa che non esiste un punto energetico preciso in cui tutte le molecole passano dallo stato solido a quello liquido. Man mano che il silicone si riscalda, le sue catene molecolari si muovono sempre di più, facendo sì che il materiale si ammorbidisca e si espanda gradualmente invece di fondersi bruscamente.
Rete reticolata
La maggior parte del silicone viene polimerizzata, formando una rete tridimensionale attraverso legami chimici tra le sue catene. Questi legami mantengono unita la struttura. Quando la temperatura diventa troppo elevata, questi legami e persino la struttura principale iniziano a rompersi. Questo porta alla decomposizione, non alla fusione.
Come si comporta il silicone alle alte temperature?
Quando le persone sentono dire che il silicone non ha un punto di fusione tradizionale, la domanda successiva è spesso: "Allora, come si comporta il silicone quando la temperatura aumenta?"
Il silicone non si scioglie come il metallo o la plastica. Al contrario, attraversa una transizione graduale: dall'ammorbidimento alla perdita di elasticità, fino alla rottura a temperature estreme. Questo cambiamento progressivo rende il silicone così unico, ma richiede anche una chiara comprensione dei suoi limiti termici.
Questa tabella mostra come cambia il silicone all'aumentare della temperatura.
| Intervallo di temperatura | Comportamento termico |
| <150°C | Rimane stabile senza cambiamenti evidenti |
| 150–200°C | Inizia ad ammorbidirsi leggermente; l'elasticità diminuisce un po' |
| Circa 250°C | Alcuni componenti a basso peso molecolare iniziano a evaporare; la struttura locale si allenta |
| 300–400°C | Le catene polimeriche si rompono; inizia la decomposizione termica, rilasciando gas organici |
| >400°C | Si verifica la carbonizzazione completa, lasciando residui inorganici (cenere bianca o carbone nero) |
Come si comporta il silicone rispetto ad altri materiali ad alte temperature?
Quando si scelgono materiali per ambienti ad alta temperatura, è essenziale capire se si fondono, come si comportano sotto il calore e se sono adatti a condizioni così impegnative.
La tabella seguente confronta il silicone con diversi altri materiali ampiamente utilizzati, evidenziandone il comportamento termico e l'idoneità all'uso in ambienti ad alto calore.
| Materiale | Si scioglie? | Temperatura di decomposizione | Adatto all'uso ad alte temperature? |
| Silicone | NO | 300–400°C | SÌ |
| PE/PP | SÌ | <250°C | NO |
| PVC | SÌ | <200°C | NO |
| TPE | SÌ | 180–230°C | Limitato |
| Gomma naturale | NO | <250°C | Parzialmente |
| FKM (Viton) | NO | >300°C | Sì (costo elevato) |
Come si decompone il silicone ad alte temperature?
Il silicone è noto per la sua eccezionale resistenza al calore e si rivela efficace in numerose applicazioni impegnative.
Tuttavia, come ogni materiale, il silicone ha i suoi limiti. Se esposto a temperature estreme, ben oltre l'intervallo di temperatura di progettazione, il silicone finirà per deteriorarsi.
Le sezioni seguenti lo spiegheranno passo dopo passo.
Addolcimento ad alte temperature
Quando la temperatura supera il limite di sicurezza del silicone (solitamente tra i 150 e i 200 °C), questo non si scioglie come il ghiaccio. Anzi, perde lentamente la sua elasticità e flessibilità.
Si potrebbe notare che il materiale diventa fragile o mostra segni di ingiallimento o scolorimento. Non si tratta di un brusco cambiamento di fase, ma piuttosto di un segno di ossidazione termica. Le catene molecolari si muovono più attivamente e iniziano a degradarsi in presenza di ossigeno.
A questo punto, le proprietà fisiche del silicone, come la resistenza alla trazione e la capacità di tenuta, diminuiscono drasticamente, il che significa che non è più adatto al suo utilizzo originale.
Decomposizione chimica
Man mano che il calore continua a salire, inizia la degradazione chimica.
Le prime parti a degradarsi sono i gruppi laterali organici legati allo scheletro siliconico, come i gruppi metilici. Questi hanno un'energia di legame inferiore e si scompongono in piccole molecole organiche o gas. Questo processo può produrre una leggera quantità di fumo.
A differenza della combustione della plastica, il fumo è minimo perché il silicone contiene poco materiale organico.
Alla fine, anche la struttura portante di silicio-ossigeno inizia a rompersi e a riorganizzarsi a temperature estremamente elevate.
Ciò segna una completa rottura chimica della struttura del silicone.
Stato finale
Dopo una serie di reazioni ad alta temperatura, il silicone solitamente lascia residui inorganici.
Una volta eliminate tutte le parti organiche e degradata la struttura portante, gli atomi di silicio e ossigeno si riformano in biossido di silicio (SiO₂), un composto altamente stabile. Di solito si presenta come una polvere bianca fine o cenere. Ecco perché quando si brucia il silicone, spesso si ottiene un residuo bianco e leggero.
Durante la decomposizione possono essere rilasciate anche piccole quantità di silossani volatili.
Quali fattori influenzano la resistenza al calore del silicone?
La resistenza al calore del silicone non è fissa. È una proprietà complessa e regolabile. Comprendere i fattori chiave e come interagiscono è essenziale per controllare le prestazioni del silicone.
Struttura molecolare
La resistenza al calore del silicone deriva principalmente dalla sua solida struttura principale silicio-ossigeno. Anche i tipi di gruppi laterali organici legati agli atomi di silicio svolgono un ruolo fondamentale.
Ad esempio, l'aggiunta di gruppi contenenti fluoro può migliorare notevolmente la resistenza agli oli e alle sostanze chimiche, mantenendo al contempo un'elevata stabilità termica.
Rete di reticolazione
La densità e il tipo di legami incrociati determinano direttamente la stabilità del silicone.
I legami incrociati formati dalla polimerizzazione per addizione catalizzata al platino sono più stabili di quelli ottenuti dalla polimerizzazione con perossido. Questo si traduce spesso in una migliore resistenza al calore a lungo termine.
Una maggiore densità di reticolazione può anche migliorare la resistenza al calore e la durezza a breve termine.
Riempitivi e additivi
Gli stabilizzatori termici sono fondamentali per migliorare le prestazioni termiche a lungo termine del silicone.
Additivi come l'ossido di ferro o il nerofumo possono ridurre la degradazione ossidativa ad alte temperature e prolungare la durata del materiale. Riempitivi rinforzanti come la silice pirogenica non solo aumentano la resistenza meccanica, ma migliorano anche la stabilità termica.
Ambiente esterno ed elaborazione
Un controllo preciso durante la produzione è fondamentale. Una corretta polimerizzazione garantisce la migliore stabilità termica.
Nell'uso pratico, anche le condizioni esterne contano. L'esposizione a ossigeno, umidità o sostanze chimiche può accelerare l'invecchiamento. Anche lo stress meccanico può ridurre la durata alle alte temperature.
Conclusione
Il silicone non ha un punto di fusione fisso. Non si trasforma in liquido sotto alte temperature, ma mantiene la sua forma finché non carbonizza e si rompe. Capire questo ti aiuta a utilizzare i prodotti in silicone nel modo giusto. Prodotti eccellenti nascono dai materiali giusti e dal team giusto. Abbiamo aiutato clienti in tutto il mondo con soluzioni in silicone personalizzate. Ora tocca a te. Contattaci per iniziare.
