في الوقت الحاضر، يُستخدم مطاط السيليكون والمطاط العادي في مختلف المجالات في حياتنا اليومية. من المقابض المطاطية إلى أدوات المطبخ إلى المكونات الطبية ومكونات الطائرات، يمكن العثور على مطاط السيليكون والمطاط العادي في كل مكان. عند تصميم المنتجات، وخاصةً التطبيقات المعززة بمكونات مطاطية، فإن اختيار نوع المطاط المناسب بين مطاط السيليكون والمطاط العادي أمر بالغ الأهمية. من خلال فهم الاختلافات الدقيقة بين المادتين، يمكن لشخص ما أن يصنع منتجًا أكثر إرضاءً من شخص لا ينتبه إلى التعقيدات.

عند اختيار مواد للاستخدام في تصنيع المنتجات والسلع المختلفة، من الضروري التعرف على مزايا وعيوب العديد من أنواع المطاط المتوفرة حالياً في السوق الاستهلاكية. وقد أثبتت العديد من منتجات المطاط أنها متعددة الاستخدامات. ويُعد مطاط السيليكون والمطاط العادي أكثر أنواع المطاط المستخدمة في الصناعات المختلفة. تتميز هذه المواد بخصائص وتطبيقات مختلفة جداً، وحتى عمليات التصنيع الخاصة بها تختلف اختلافاً كبيراً.

من خلال هذه المدونة، لا نكتفي بتثقيف المصنعين والمستهلكين وخبراء الصناعة حول تنوع أنواع معالجة المطاط فحسب، بل نقدم لهم أيضاً نظرة ثاقبة حول تنوع أنواع معالجة المطاط.

المعرفة الأساسية بالسيليكون والمطاط العادي

ما هو مطاط السيليكون؟

مطاط السيليكون هو عبارة عن بوليمر هيدروكربوني يحتوي على السيليكون والكربون والهيدروجين والأكسجين كمكونات رئيسية له. وهو مادة اصطناعية اصطناعية. ويشتهر بخصائصه الممتازة مثل المقاومة الجيدة للحرارة والمرونة الممتازة والتوافق الحيوي. وهذا يجعلها خيارًا رائدًا للتطبيقات التي تخضع لتغيرات كبيرة في درجات الحرارة أو غيرها من الظروف المعاكسة.

يشيع استخدام مطاط السيليكون في التطبيقات التي تمثل فيها درجات الحرارة القصوى والمخاطر البيئية مصدر قلق، مثل الحشيات ومانعات التسرب في قطاع السيارات. ويوصف تعدد استخداماته من خلال الفرصة التي يوفرها لإنشاء درجات مختلفة، بما في ذلك السيليكونات الموصلة ومثبطات اللهب والسيليكون الطبي.

ما هو المطاط العادي؟

وغالباً ما يُطلق عليه المطاط أو المطاط الطبيعي، ويتم استخراجه من اللاتكس، وهو منتج طبيعي لشجرة المطاط، وهو مركب طبيعي تنتجه شجرة المطاط. يتم فصل المكونات الكيميائية الرئيسية، تاركاً مادة البولي إيزوبرين مكرر 1،4-بولي إيزوبرين وبعض الشوائب في شكل بروتينات وماء ومركبات غير عضوية. وتتمثل خصائصه في مادة عالية المرونة، وقوة شد جيدة، ومقاومة كبيرة للتآكل والتمزق، ومقاومة التآكل للمذيبات والرطوبة.

المطاط العادي هو خيار غير مكلف للعديد من الاستخدامات اليومية الشائعة، مثل الإطارات أو الأحذية. ويمكن العثور عليه في كل مكان وفي العديد من الأشياء. على الرغم من أن المطاط العادي ليس بقوة السيليكون من حيث المقاومة الكيميائية، إلا أن هذه المادة تشترك معه في الكثير من الأمور من حيث المرونة وقوة الشد.

أصل مطاط السيليكون

أصبحت المطاط الصناعي السيليكوني، وهو مركب ظهر في الآونة الأخيرة، مادة نادرة جدًا ذات مقاومة حرارية وكيميائية وكهربائية ممتازة بالإضافة إلى خصائص مرونة (خاصة في الظروف القاسية). المطاط العادي، على الرغم من أنه مادة نموذجية للعديد من التطبيقات، إلا أنه لا يمتلك بطبيعته جميع الصفات الاحتياطية التي يوفرها مطاط السيليكون.

1. ما الذي يجعل السيليكون مختلفًا

مطاط السيليكون فريد من نوعه من حيث قدرته على تحمل درجات الحرارة من -55 إلى 300 درجة مئوية دون أن تظهر عليه أي علامات تغيرات ميكانيكية أو فيزيائية في الجودة التي يُعتقد أنها تحدث عادةً في التطبيقات شديدة الحرارة أو البرودة. وهذا يجعله مثاليًا لمثل هذه التطبيقات. أولاً، لا تنصهر السيليكونات أو تحترق أو تذوب مثل أي مطاط عادي؛ فهي مستقرة حرارياً وخاملة كيميائياً ولا تتفاعل مع القوى الشديدة. ولذلك، فإن السيليكونات تعمل بشكل جيد في الظروف التي يتحلل فيها معظم المطاط في الوقت المناسب.

2. استكشف الكيمياء

أما بالنسبة للمقاومة الكيميائية، فهنا يصبح الأمر غامضاً. يمكن للمطاط غير المتأثر (المستخدم هنا مرة أخرى في الظروف العادية) أن يذيب مركبات مختلفة. ومع ذلك، فإن السيليكون الذي أساسه المطاط يمنح هذه المادة مقاومة لا هوادة فيها ليس فقط للعوامل الأكثر عدوانية أو تآكلًا، ولكن أيضًا للهجوم الكيميائي. هذه الخاصية تجعله خياراً فعالاً لمجموعة واسعة من المواد الكيميائية، باستثناء الحالات التي قد يفشل فيها المطاط الآخر تماماً.

فهم الاختلافات الأساسية

التركيب الكيميائي

يُصنع مطاط السيليكون من السيليكا، وهو عنصر موجود تحت الأرض يأتي في المرتبة الثانية من حيث الوزن بعد الأكسجين. ويحدد هذا المكون كيميائياً خصائص البوليمر، وخاصة مقاومته الممتازة للحرارة.

على الرغم من أن المطاط الطبيعي معروف بتركيبته الكيميائية الأقل تعقيداً مقارنةً بالمطاط الصناعي الذي يعتمد بدوره على الهيدروكربونات. وهذا هو السبب في أن المطاط العادي يكون أكثر تأثراً عند تعرضه لتأثيرات بيئية قوية مقارنةً بالمطاط الصناعي. مطاط السيليكون.

السلوك الميكانيكي

ويتميز مطاط السيليكون بمقاومة عالية للتآكل والاستطالة، مما يسمح له بتحمل الأحمال الميكانيكية المختلفة الناجمة عن الضغط والتشوه والقص دون تشقق أو تغيير الشكل الأولي. في المقابل، يتمتع المطاط عادةً بمرونة ومقاومة ممتازة للتآكل، مما يعني أنه مناسب للأسطح التي غالباً ما تكون على تماس مع الأجسام الصلبة والصلبة والمعرضة للصدمات.

المقاومة الحرارية

يمكن أن يحرز مطاط السيليكون أعلى الدرجات في اختبارات درجات الحرارة القصوى لأنه يحافظ على خصائصه في درجات حرارة عالية تصل إلى 500 درجة فهرنهايت (260 درجة مئوية) ومنخفضة تصل إلى -100 درجة فهرنهايت (-70 درجة مئوية). وعادةً ما يكون المطاط الذي نستخدمه عادةً عضوي بطبيعته، وبالتالي يقتصر استخدامه على نطاق درجات حرارة عالية تبلغ 140 درجة فهرنهايت (60 درجة مئوية) تقريباً.

التطبيقات والصناعات

السيليكون للصناعات الإلكترونية والطبية

يُعتبر الخُمود الحيوي للسيليكون ميزة رئيسية تجعل الصناعة مهمة في المجال الطبي حيث يتم توفير أجهزة مثل الأطراف الصناعية والزراعات. وبالإضافة إلى خصائصه الكهربائية، فإنه يغلف المكونات الإلكترونية ويعزلها بفعالية، خاصةً في درجات الحرارة الساخنة.

المطاط الشائع في الإطارات وقطع غيار السيارات

وتمتد المتانة الكبيرة للمطاط إلى خصائصه الميكانيكية، مما يجعله معياراً في صناعة السيارات، حيث يشمل إنتاج الإطارات والحشيات ومختلف المكونات الميكانيكية. لا تُستخدم خصائص (EVA) الممتصة للصدمات والمقاومة للصدمات في المعدات والأحذية الرياضية فحسب، بل تمتد أيضاً إلى هيكل الأحذية، حيث يعتبر الهبوط الناعم وتوسيد القدم من المتطلبات المهمة.

اختلافات التصنيع

عملية الفلكنة

يتطلب تصنيع المطاط العادي عملية الفلكنة، وهي عملية كيميائية تستخدم لتحويل المطاط الطبيعي أو البوليمرات ذات الصلة إلى مادة أكثر متانة. تتضمن هذه الطريقة عادةً استخدام الكبريت وعوامل المعالجة الأخرى أثناء تسخين المطاط. في الواقع، لا يحتاج مطاط السيليكون إلى الفلكنة مثل البوليمرات لأنه يبدأ في تكوين شبكة من البداية.

القولبة والمعالجة

نظرًا لثباته الحراري الأكبر, مطاط السيليكون هو الخيار المفضل في العديد من الصناعات لأنه يمكن تشكيله في أشكال معقدة للغاية باستخدام العديد من العمليات المختلفة، بما في ذلك التشكيل بالضغط، والقولبة بالنقل والقولبة بالحقن بمطاط السيليكون السائل (LSR). والبديل للمطاط العادي هو استخدام السيليكون، وهو مطاط مرن للغاية ولكنه يتطلب تحكمًا أكثر دقة في درجة الحرارة وضغط الماكينة أثناء الإنتاج.

الأثر البيئي والاستدامة

قابلية التحلل البيولوجي والتخلص منها

المطاط هو المادة الأكثر شيوعاً. وعلى الرغم من أنه مطاط طبيعي، إلا أنه سيتحلل إذا تُرك لفترة طويلة. ولأن العملية قد تكون بطيئة وتنطوي على ظروف معينة، فإن النتائج ستكون بطيئة أيضاً. ومن العيوب البيئية لمطاط السيليكون أيضاً أنه لا يتحلل بسهولة.

في الواقع، على مدى العقود القليلة الماضية، أصبحت نفايات السيليكون أقل إزعاجًا بسبب التطوير المستمر للتكنولوجيات الجديدة وإعادة التدوير. تعمل التقنيات المبتكرة وتقنيات إعادة التدوير على التخفيف من مشكلة نفايات السيليكون تدريجيًا.

الموارد المتجددة

يمكن استخلاص المطاط الطبيعي من أشجار المطاط المزروعة في مزارع المطاط الصديقة للبيئة. وبالإضافة إلى ذلك، يتزايد عدد المصنعين والمستهلكين الذين يفضلون المطاط المستخرج من ممارسات مسؤولة وصديقة للبيئة، وبالتالي فإن عملية الإنتاج صديقة للبيئة. ومع ذلك، يُصنع مطاط السيليكون في المقام الأول من السيلانات التي يتم الحصول عليها من السيليكات الموجودة في الرمال الأرضية، وهو منتج ثانوي لحرق مصادر الكتلة الحيوية.

اعتبارات التكلفة

تكاليف الإنتاج

قد يرجع السبب في ارتفاع تكلفة إنتاج مطاط السيليكون إلى طبيعة مواده الخام وما يبدو أنه تقنيات تصنيع أكثر تعقيدًا. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تتطلب عملية قولبة مطاط السيليكون اللين قوالب خاصة باهظة الثمن، مما يزيد أيضًا من سعر المنتج الأولي.

المتانة على المدى الطويل

منذ مطاط السيليكون لديها تكاليف بدء تشغيل أعلى مقارنة بالمواد الأخرى، فإن متانة مطاط السيليكون غالباً ما تستحق التكلفة. وغالبًا ما يتجاوز إنتاج السيليكون في التطبيقات التي تكون فيها مقاومة الحرارة وخصائص التقادم مواتية. تدوم منتجات السيليكون لفترة أطول وتوفر الكثير من الوقت.

دراسة حالة: أختام السيليكون مقابل الأختام المطاطية العادية

حلقات السيليكون المانعة للتسرب وحلقات الختم المطاطية العادية هي مواد مانعة للتسرب شائعة، ولكن هناك بعض الاختلافات في الأداء والاستخدام.

المواد

تُصنع حلقات الختم المطاطية العادية من المطاط الطبيعي أو المطاط الصناعي، بينما تُصنع حلقات الختم السيليكونية من مطاط السيليكون. المطاط هو مطاط طبيعي، مشتق من اللاتكس الذي تنتجه أشجار المطاط، بينما مطاط السيليكون مصنوع من سلاسل البوليمر، وهي جزيئات طويلة السلسلة مشتقة من البترول المكرر والفحم. يمكن ملاحظة أن مطاط السيليكون يتفوق على المطاط العادي من حيث درجة الحرارة العالية ومقاومة التآكل، لذا فهو يتمتع بأهمية عملية أكبر لمختلف التطبيقات الخاصة.

مقاومة درجات الحرارة

تُظهر موانع التسرب السيليكونية قدرات تشغيلية أفضل من موانع التسرب المطاطية القياسية في نطاق درجات الحرارة من -60 درجة مئوية إلى 230 درجة مئوية. لذلك، يمكنها العمل بسلاسة ضمن نطاق درجة الحرارة المحددة. يمنح هذا الأداء العالي في درجات الحرارة العالية هذه المادة العديد من المزايا وتستخدم على نطاق واسع في التطبيقات التي تتطلب مقاومة درجات الحرارة العالية، مثل خراطيم تكييف الهواء في السيارات، وموانع تسرب البنزين وأنظمة الهواء المضغوط، ومحركات الطائرات النفاثة، والأجهزة الكهروضوئية وغيرها من المجالات. الموانع المطاطية القياسية من النوع المطاطي لها نطاق درجة حرارة تشغيل محدود مقارنةً بنطاق درجة الحرارة المحيطة، عادةً ما تكون -40 درجة مئوية -120 درجة مئوية.

مقاومة المواد الكيميائية

مواد الختم المصنوعة من السيليكون أكثر مقاومة للعوامل الكيميائية من نظيراتها من المطاط العادي. وتستخدم موانع التسرب السيليكونية الصغيرة، مثل الحلقات الدائرية والحشيات وما إلى ذلك، على نطاق واسع في البيئات القاسية.

على سبيل المثال، تتسبب الأحماض والقلويات والمذيبات العضوية في تآكل الأختام المطاطية العادية، ولكن يمكن أن تتحمل أختام السيليكون هذه الوسائط وتعمل. لذلك، نظرًا لخصائص بعض المجالات الصناعية، مثل الصناعات الدوائية والكيميائية والتنقيب عن النفط، من الضروري اختيار حلقات الختم السيليكونية.

أداء مانع التسرب

بالمقارنة مع حلقات الختم المطاطية، تعمل حلقات الختم المصنوعة من مادة السيليكون على تحسين كفاءة الختم. تعتبر موانع تسرب الغازات والسوائل المصنوعة من السيليكون فعالة في منع التسرب لأن المطاط أقل عرضة لأن يصبح هشًا وصلبًا، كما أن الموانع لها عمر خدمة طويل نسبيًا.

من بين فوائد استخدام موانع تسرب السيليكون، وهذا عامل رئيسي جعل موانع تسرب السيليكون شائعة في القطاعات الصناعية مثل تصنيع السيارات وأنظمة الطيران والفضاء والإلكترونيات وغيرها من الصناعات التي تتطلب موانع تسرب السيليكون بكميات كبيرة.

التكلفة

أحد الأسباب الشائعة وراء ارتفاع تكلفة أختام السيليكون عن الحلقات المطاطية العادية هو جودة المادة. ويرجع ذلك إلى أن تكلفة مواد السيليكون الخام مرتفعة وعملية الإنتاج معقدة.

ومع ذلك، في مناسبات خاصة، فإن مقاومة درجات الحرارة العالية والمقاومة الكيميائية وأداء الختم الممتاز الذي توفره موانع التسرب السيليكونية تتجاوز تكلفتها وتكون مقبولة أكثر من الموانع المطاطية التقليدية.

إجمالاً، هاتان الطريقتان لإحكام الإغلاق (موانع التسرب السيليكونية وموانع التسرب المطاطية العادية) لهما نفس المبادئ الأساسية، ولكن لكل منهما مزاياها وعيوبها.

في ممارسة مواد الختم في الحياة الواقعية، يتم اختيار مواد الختم المناسبة بناءً على احتياجات المشروع والظروف الفعلية.

متى تختار مطاط السيليكون؟

على عكس المطاط الطبيعي، يمكن أن يكون مطاط السيليكون خياراً متعدد الاستخدامات في بعض التطبيقات للأسباب التالية:

1. البيئة القاسية

وبهذا، يمكننا تحديد النطاق الذي يمكن أن يعمل فيه السيليكون بشكل كبير، وهو أمر مفيد للغاية، خاصةً في المطابخ الكبيرة والمطابخ الصناعية التي تكون درجات الحرارة فيها شديدة في بعض الأحيان. ضع في اعتبارك حالة تطبيقات الطيران، حيث تحتاج الأجزاء إلى العمل في درجات حرارة أعلى من الحدود المقبولة، وحيث تحتاج الأجهزة الطبية إلى التعرض التراكمي لإجراءات التعقيم المختلفة.

2. التطبيقات الطبية والغذائية

إن توافقه الحيوي واستخدامه في الأطراف الصناعية والقسطرة والأنابيب الطبية يجعل السيليكون الطبي مادة لا غنى عنها. وبدلاً من ذلك، يجب إعطاء الأولوية للسيليكون المخصص للطعام لأواني الخبز وأدوات المطبخ لأنه لا يتسرب إلى الطعام، وهو آمن للغسل في غسالة الأطباق وغير قابل للالتصاق.

3. المعدات الكهربائية والإلكترونية

وبالإضافة إلى قدرة السيليكون على تحمل الفولتية العالية وخصائصه العازلة، فقد وجدته المرافق الكهربائية، وكذلك شركات تصنيع السيليكون والإلكترونيات لا غنى عنه في الكابلات والموصلات والمكونات الإلكترونية الأخرى.

وهي معروفة بطبيعتها الصديقة للبيئة وبالتالي فهي تحظى بشعبية كبيرة في صناعة أشباه الموصلات.

متى تختار المطاط العادي

1. كل يوم العناصر والإعدادات العامة

والسبب في ذلك هو أن الأشياء اليومية البسيطة مثل نقل الأحمال أو السلع الاستهلاكية البسيطة نادراً ما تتطلب أي شيء آخر غير المطاط العادي. ويُعتقد أن مرونته الكبيرة في التمدد ترتبط بانخفاض تكلفته، مما يجعله متوافقاً مع الملابس الرياضية مثل الكرات والأحذية والأربطة المطاطية.

2. التطبيقات الصناعية

على سبيل المثال، في البيئات الصناعية الأقل تطلبًا حيث لا يمثل التعرض للمواد الكيميائية وتقلبات درجات الحرارة اعتبارات رئيسية، قد يكون المطاط ذو القوة الأقل تفضيلاً مناسبًا بشكل مرضٍ لاستخدامه. وغالباً ما يتم اختياره عند العمل مع أحزمة النقل، وموانع التسرب والحشيات، والأجزاء البسيطة.

3. الاستدامة والقابلية للتحلل الحيوي

ما قد لا يضعه الكثير من الناس في الحسبان هو أن الميزة البيئية للمطاط هي أنه يتحلل عند دفنه - وهو عامل رئيسي في الإنتاج الصديق للبيئة والوعي البيئي للمنتج. وتُعد هذه الميزة مفيدة للعناصر التي يتم التخلص منها في نهاية المطاف نظراً لإمكانية إعادة تدويرها بسهولة في هذه الفئات مثل العبوات.

مستقبل المنتجات المطاطية

نظرًا للتطور المستمر والتقدم المستمر في علم المواد، من المرجح أن يصبح مطاط السيليكون مرادفًا للمطاط العادي، وقد يصبح الفرق بين مطاط السيليكون والمطاط العادي غير واضح.

والآن، تعمل المواد الهجينة، مثل مواد اللدائن الاصطناعية الفلورية الاصطناعية، على تحسين الأداء في العديد من هذه التطبيقات الصعبة. ولكن مع مرور الوقت، يجب أن تصبح الاختلافات بين هذه الأنواع من المطاط حاسمة بالنسبة لمطوري المطاط الإلكتروني ومستخدميه.

يُعتقد أن البحث في الجيل التالي من منتجات المطاط الأخضر سيصحح صورة صناعة الإطارات. ومع تحركنا البطيء نحو ثقافة خضراء بلا ريب، أصبح المطاط القابل للتحويل إلى سماد اتجاهًا حديثًا مع الجانب الإضافي المتمثل في تحسين البيئة.

الخاتمة

إن سوق منتجات المطاط ضخمة، ولا تمثل أصناف السيليكون والمطاط العادي سوى جزء صغير من جميع منتجات المطاط. ومع ذلك، وعلى الرغم من أن عدد أنواعه الفرعية قد يكون غير محدود، إلا أننا نتحدث عن تلك الأنواع الفرعية من بينها التي لها خصائصها الخاصة ومكانها الخاص في كتب علم المواد. فلكل نوع منها مجموعة من الخصائص والاستخدامات والمكانة الفريدة في النسيج الكبير لعلم المواد.

ومع ذلك، فإن فهم هذه التباينات بين المواد لا يقتصر على الأكاديميين فقط، بل هو أيضًا أداة مفيدة يجب على المهندسين والمصممين وأي شخص آخر يقوم ببناء المنتجات فهمها من أجل اختيار المواد المناسبة للمنتج. يأتي جزء لا يتجزأ من فهم كلتا المادتين من فهم الفروق الدقيقة بين المطاط والسيليكون. وهذا بدوره سيمكن من اتخاذ قرارات أكثر استنارة مما يجعل استخدام كلتا المادتين أكثر أمانًا وكفاءة وعملية.

إن جدل السيليكون مقابل المطاط ليس مسألة أبيض وأسود بل هو عملية موازنة معقدة تدرك حالات التطبيق بطريقة مركبة وتختار التكنولوجيا وفقًا لذلك. وفي طريقنا للتوجه إلى مواد أكثر استقرارًا وقائمة على المنفعة، يجب أن نعترف بالجوانب الجيدة والسيئة لكل مكون.

بدءاً من الراحة اليومية التي تشعرك بالموثوقية إلى الأداء الرائد في مطاط السيليكون، فإن المواد المتكررة التي تدخل في تصنيع مجموعة كبيرة من المنتجات التي نستخدمها بشكل منتظم تستحق أن نعرفها ونقدرها جميعًا على مستوى أعمق بكثير.