Химические свойства силикона: чему он сопротивляется и что незаметно его разрушает.

Оглавление
    Добавьте заголовок, чтобы начать формирование оглавления.
    Пролистать наверх

    Большинство команд выбирают силиконовые уплотнители так же, как и детали из каталога. Они читают “химически инертный”, предполагают, что он подходит для их жидкости, и идут дальше. Уплотнение проходит входной контроль. Оно проходит проверку в первую неделю эксплуатации.

    Затем она разбухает. Прокладка, которая по размерам соответствовала чертежу, возвращается от клиента с увеличенным размером (12%), мягкая и протекает. Никто не менял материал. Жидкость вела себя именно так, как предсказывал химический состав — просто спецификация этого не учитывала.

    Силикон (VMQ) инертен по отношению к воде, спиртам, разбавленным кислотам и щелочам, озону и УФ-излучению, поскольку его Si–O-основа не предоставляет удобных мест для реакции. Он не обладает универсальной устойчивостью: неполярные растворители и горячие углеводороды вызывают его набухание, сильные окислители и концентрированные кислоты приводят к его деградации, а стандартные марки практически не обладают устойчивостью к маслам или топливу — именно поэтому существует фторсиликон (FVMQ). Далее мы рассмотрим, где на самом деле проходит эта граница, и как сопротивление доказывается, а не предполагается.

    Управляющее резюме

    • Инертность заключается в структуре материала, а не в его характеристиках, указанных в паспорте. Цепочка Si–O–Si противостоит окислению, озону и гидролизу, но она никак не препятствует диффузии неполярных растворителей в сетку и ее набуханию.
    • “Понятие ”совместимость» ничего не значит без учета температуры, концентрации и времени воздействия. Одна и та же жидкость может быть рекомендована для кратковременного использования при 23°C и не рекомендована для непрерывного погружения при 100°C.
    • Классической причиной несоответствия характеристик является некачественное масло и топливо. Стандартный VMQ сильно набухает в углеводородах; при контакте с маслом, топливом или ароматическими растворителями следует использовать фторсиликон, а не другой сорт силикона.

    Почему силикон инертен: основа, а не бренд.

    Химическая стабильность кремниевой основы SiO

    Силикон — это полисилоксан — неорганическая Si–O–Si основа с метильными группами, присоединенными к кремнию. Органические каучуки (NR, EPDM, NBR) построены на основе углерод-углеродных цепей. В этом и заключается вся суть.

    Связь Si–O является одной из самых прочных в коммерческих эластомерах и не имеет двойных связей в основной цепи, которые могли бы быть повреждены озоном или кислородом. Поэтому силикон устойчив к окислению, ультрафиолетовому излучению, озону и атмосферным воздействиям более 20 лет при эксплуатации на открытом воздухе. органический каучук Трещина. Против воды, спиртов, разбавленных водных кислот и щелочей он действительно стабилен.

    Но инертность по отношению реакция не то же самое, что сопротивление к абсорбция. Силикон представляет собой относительно открытую сетку с низкой плотностью поперечных связей. Небольшие неполярные молекулы проникают в неё напрямую. Химические реакции не происходят — деталь просто набухает, размягчается и теряет герметизирующие свойства. Специалисты постоянно путают эти два явления, и именно с этого начинается большинство отказов в полевых условиях.

    Там, где держится силикон

    Вот среды, в которых стандартный VMQ ведет себя так, как и предполагает его “инертная” репутация:

    • Холодная и теплая вода, рассол и большинство водных растворов солей.
    • Метанол, этанол, изопропиловый спирт, гликоли и глицерин
    • Разбавленные минеральные кислоты и щелочи следует разбавлять при комнатной температуре.
    • Воздействие озона, кислорода и ультрафиолетового излучения — силикон здесь практически вне конкуренции.

    В этих средах практические ограничения обусловлены температурой и временем, а не химическим воздействием. Непрерывное воздействие горячей воды и пара низкого давления при температуре ниже ~100°C допустимо для многих марок материалов; в этом случае разрушение происходит в результате медленного гидролиза и обратного процесса, а не набухания.

    Силикон вызывает отек, а не реакцию.

    Молекулы растворителя набухают в силиконовой сетке

    Это та половина информации, которая опускается в описаниях характеристик товара.

    Ароматические и хлорированные растворители

    Толуол, ксилол, бензол, четыреххлористый углерод и хлороформ — самые опасные вещества. Стандартный силикон может набухать в этих средах на 100–2001 Т3Т объема — он впитывает растворитель как губка, раздувается и теряет почти всю механическую прочность. Когда растворитель испаряется, деталь сжимается, но редко до своих первоначальных размеров или твердости. Для герметизации этот единственный цикл набухания/сжатия означает конец изделия.

    Риск набухания силикона в зависимости от типа жидкости

    Кетоны и сложные эфиры

    Ацетон, МЭК и этилацетат вызывают умеренное набухание. Кратковременный, прерывистый контакт (протирание, очистка) обычно не вызывает осложнений. Непрерывное погружение в жидкость недопустимо.

    Нефть и топливо — то, что обходится дорого.

    Выход из строя уплотнения VMQ в горячем масле

    Стандартный VMQ обладает низкой устойчивостью к минеральному маслу, моторному маслу, бензину и дизельному топливу, особенно при высоких температурах. Это наиболее распространенная и дорогостоящая ошибка, которую я наблюдаю, потому что деталь выглядит нормально, пока не постоит в жидкости при определенной температуре. Если в системе присутствует масло или топливо, то причина в следующем: фторсиликон (FVMQ), которая жертвует стоимостью и некоторой гибкостью при низких температурах ради реальной устойчивости к углеводородам. Разница в цене существенная — уточняйте характеристики жидкости перед тем, как предлагать цену.

    Где именно происходит деградация силикона

    Набухание — это обратимый химический процесс, проникающий в структуру ткани. Деградация Это перелом позвоночника. Те, кто это делает:

    • Концентрированная серная и азотная кислота
    • Горячие концентрированные щелочи (едкое воздействие на связь Si–O)
    • Сильные окислители и перегретый пар при температуре выше ~120°C, которые вызывают гидролитическое расщепление цепи.

    После того, как основной слой поврежден, восстановления и уменьшения набухания не происходит. Деталь покрывается мелом, трескается или становится липкой. Для таких материалов силикон является неподходящим базовым полимером — это не проблема марки.

    Впитывает ли силикон запахи и вкусы?

    Это постоянно встречается в продуктах питания и детских товарах, поэтому стоит быть точным. Силикон не впитывает запахи химическим путем. Его функция заключается в следующем: пермеат. Та же самая открытая сеть, которая пропускает газы, также позволяет молекулам запаха и аромата сорбироваться на поверхности и медленно высвобождаться позже. См. газо- и паропроницаемость кремния для механизма.

    Существует второй, отдельный источник: свежая деталь со своим собственным запахом почти всегда означает, что она изготовлена из силикона, отвержденного перекисью водорода, и процесс последующей полимеризации был пропущен или сокращен. Силикон, отвержденный платиной, не образует продуктов реакции и практически не имеет запаха сразу после извлечения из формы. Силиконы, отвержденные перекисью водорода, содержат следы летучих веществ, для удаления которых необходима надлежащая последующая полимеризация (обычно при 200°C в течение ~4 часов). Если заказчик сообщает о запахе на детали... деталь, контактирующая с пищевыми продуктами, Прежде чем обвинять материал, проверьте систему отверждения и документацию по последующему отверждению.

    Таблица химической совместимости силиконов

    Таблица оценки химической совместимости силиконов

    Приведенные ниже характеристики относятся к универсальному VMQ при комнатной температуре и прерывистом контакте. R = Рекомендуется (практически не оказывает никакого эффекта), L = Ограниченное (измеримое увеличение или изменение характеристик; условное использование), N = Не рекомендуется (сильное разбухание или деградация). Рассматривайте это как инструмент проверки, а не как окончательное решение — см. раздел тестирования, чтобы узнать, почему.

    Серединарейтинг VMQПоведение
    Вода (холодная)RСтабильный; основным ограничивающим фактором является температура.
    Горячая вода / пар ≤100°CLМедленный гидролиз при длительном непрерывном воздействии
    Перегретый пар >120°CNГидролитическое расщепление цепи / обратное расщепление
    Соль/рассол, морская водаRИнертный
    Разбавленные минеральные кислоты (<10%)LХорошо переносит холод; избегает жары и концентрированных температур.
    Концентрированная серная/азотная кислотаNдеградация основной цепи
    Уксусная кислота (разбавленная)LНезначительный эффект простуды
    Гидроксид натрия (разбавленный)LХолодно; едкие горячие атаки Si–O
    Концентрированная / горячая щелочьNЕдкое разложение
    Раствор аммиакаLСлабый эффект
    Метанол / этанол / изопропиловый спиртRНезначительная волна
    ЭтиленгликольRИнертный
    ГлицеринRИнертный
    АцетонLУмеренная волна; лишь периодическая.
    МЭК / этилацетатLУмеренная волна
    Толуол / ксилол / бензолNСильный отек (часто >100% vol)
    Четыреххлористый углерод / хлороформNСильный отек
    Минеральное/моторное масло (горячее)NВместо этого используйте фторсиликон.
    Бензин / бензинNСильное волнение; требуется FVMQ.
    дизельное топливоNСильное волнение; требуется FVMQ.
    Растительное маслоLМедленное набухание; подходит для многих пищевых применений.
    силиконовое маслоNПодобное растворяется в подобном — набухает
    ОзонRПрактически лучший в своем классе
    Перекись водорода (разбавленная)LМожно разбавлять водой; избегайте концентрированных растворов.
    Гипохлорит натрия (отбеливатель)LДопустимо в разбавленном виде; при концентрировании происходит повреждение поверхности.

    Как на самом деле доказывается химическая стойкость

    Буква на графике обозначает исходную гипотезу. Важное значение имеет числовое значение — увеличение объема, измеренное в определенных условиях. Это регулируется двумя стандартами:

    • ASTM D471 — Влияние жидкостей на резину. Измеряется изменение массы, объема, твердости, прочности на разрыв и удлинения после погружения в определенную жидкость при определенной температуре в течение определенного времени (например, 70 часов при 23°C, 100°C или 150°C).
    • ISO 1817 — эквивалентный международный метод оценки воздействия жидкостей на вулканизированную резину.

    Результатом является честный ответ: деталь может показать +3% объема в жидкости при 23°C и +40% в той же жидкости при 100°C. Один и тот же материал, один и тот же химический состав, противоположный результат. В этом суть подхода Mode 3 — риск заключается не в плохом материале, а в считывании рейтинга совместимости без указания условий совместимости.

    Процесс испытания на погружение силикона по стандарту ASTM D471

    Для того чтобы технические характеристики сопротивления были пригодны для использования, необходимо указать четыре параметра: точную жидкость (и ее концентрацию), температуру, продолжительность контакта, а также тип погружения (прерывистый или непрерывный). Без этих данных утверждение “совместимость силикона” — это не спецификация, а мнение.

    Почему команды недооценивают это

    Причина неудачи почти никогда не в некомпетентности. Дело в том, что заветная репутация силикона — инертный, безопасный для пищевых продуктов, атмосферостойкий — соответствует условиям, в которых люди впервые с ним сталкиваются, поэтому она обобщается. Дизайнер, который видел, как силикон выдерживает воздействие солнца, воды и чистящих средств, предполагает, что он выдержит и масло для коробки передач.

    Вторая ловушка — это зазор при испытаниях. Проверки на стенде проводятся при комнатной температуре с кратковременным воздействием, именно при такой температуре набухание минимально. В реальных условиях контакт с жидкостью происходит при более высокой температуре и непрерывно, и именно здесь изменение объема становится нелинейным. Деталь проходит проверку, но выходит из строя в процессе эксплуатации, и неожиданностью оказывается не химический состав, а условия.

    Третий недостаток заключается в том, что химия отверждения рассматривается как не имеющая отношения к химическому поведению. Система отверждения влияет на запах, экстрагируемые вещества и соответствие требованиям пищевой/медицинской промышленности в той же степени, что и базовый полимер. Деталь, отвержденная пероксидом, и платиновая отвержденная деталь Результаты могут быть идентичными в стандартной таблице совместимости, но при этом вести себя по-разному в тесте на миграцию.

    Блок-схема процесса принятия решения о выборе марки силикона

    Что мне нужно знать перед подтверждением оценки

    Вот здесь разговор должен перейти к конкретике. Прежде чем я выставлю оценку и объясню систему исправления ошибок, отправьте:

    • Точное название химического вещества и его концентрация (не “растворитель” или “масло”).
    • Рабочая и пиковая температура в точке контакта
    • Режим воздействия: прерывистое протирание/разбрызгивание против непрерывного погружения и общий срок службы.
    • Целевой показатель соответствия, если таковой имеется (FDA 21 CFR 177.2600, ЛФГБ, Класс VI по Фармакопее США)
    • Имеет ли значение гибкость при низких температурах, поскольку фторсиликон жертвует некоторыми характеристиками при низких температурах ради маслостойкости?

    Имея эти пять параметров, я могу сказать вам, соответствует ли стандарт VMQ требованиям, нужен ли фторсиликон или же силикон является неподходящим базовым полимером для этой жидкости. Без них любая оценка, которую я вам дам, будет лишь предположением, замаскированным под спецификацию.

    Об авторе: Жуйян Силикон

    Жуйян Силикон, основанная в 2012 году, специализируется на производстве высококачественных, экологически чистых силиконовых изделий, соответствующих стандартам FDA. Они сосредоточены на силиконовые детские товары, кухонная утварьи игрушки, обеспечивающие безопасность и нетоксичность. Компания предлагает широкий ассортимент оптовых товаров, таких как силиконовые ложки, шпатели, детские нагрудники, и пустышки. Они предоставляют OEM услуги по настройке, что позволяет адаптировать продукцию по эскизам заказчика.

    8 вещей, которые вы должны знать, чтобы выбрать силиконовую пластину для своего ребенка

    Введение Силиконовые пластины для младенцев становятся все более популярными благодаря своим многочисленным преимуществам. В этой статье вы найдете подробное руководство, которое поможет вам выбрать

    Читать далее "
    Как спланировать заказы на силиконовую продукцию на пик сезона?

    Исчерпание запасов в пик сезона может испортить месяцы подготовки. За этим следуют поздние поставки, упущенные продажи и разочарованные клиенты. Планирование заказов на силиконовые продукты заранее — рассмотрение

    Читать далее "

    Спросите быструю цитату

    Если вы не смогли отправить форму, пожалуйста, напишите нам напрямую по адресу [email protected]