مطاط السيليكون عديم الرائحة وغير سام، لا يخاف من درجات الحرارة العالية وخصائص البرودة، عند 300 درجة مئوية و90 درجة مئوية تحت الصفر "هادئ"، "الوجه لا يتغير لونه"، ولا يزال يتمتع بقوة ومرونة جيدة.

يتمتع مطاط السيليكون أيضًا بعزل كهربائي جيد، ومقاومة الأكسجين ومقاومة الشيخوخة، ومقاومة الضوء ومقاومة الشيخوخة، بالإضافة إلى مقاومة العفن، والاستقرار الكيميائي، إلخ.

منذ إدخال مطاط السيليكون ثنائي ميثيل السيليكون المفلكن بدرجة حرارة عالية، والتطور السريع لمطاط السيليكون, صنع مطاط السيليكون تستخدم على نطاق واسع.

الخصائص الإنشائية والأداء الممتاز لمطاط السيليكون

1. طاقة الترابط الجزيئي العالية

تبلغ طاقة الرابطة C-C 348 كيلوجول/مول؛ وتصل طاقة الرابطة Si-O إلى 444 كيلوجول/مول؛ بينما تبلغ طاقة الرابطة فوق البنفسجية (300 نانومتر) 400 كيلوجول/مول فقط. السلسلة الجزيئية حلزونية، وزاوية الرابطة للسيليكون أكبر (130°- 160°)، والقوة بين الجزيئية صغيرة.

2. الخصائص الفريدة لمطاط السيليكون

أداء ممتاز في مقاومة العوامل الجوية، ومقاومة للأشعة فوق البنفسجية والأكسجين والأكسجين 3 والرذاذ الملحي، إلخ.

طاقة سطح منخفضة، وطارد ممتاز للماء، وطارد ممتاز للماء.

أداء عزل ممتاز، وخصائص عازلة مستقرة على نطاق واسع من درجات الحرارة والترددات. مقاومة جيدة جداً للقوس الكهربائي ومقاومة جيدة جداً للتسرب.

يمكن استخدام مقاومة جيدة لدرجات الحرارة العالية بشكل مستمر عند 180-200 ℃. على الرغم من أن قوة مطاط السيليكون في درجة حرارة الغرفة هي نصف قوة المطاط الطبيعي أو بعض المطاط الاصطناعي، في بيئة ذات درجة حرارة عالية أعلى من 200 ℃, مطاط السيليكون يمكن أن يحافظ على درجة معينة من المرونة والمرونة والصلابة السطحية، ولا توجد تغييرات كبيرة في الخواص الميكانيكية.

يمكن استخدام المرونة الجيدة والمرونة في درجات الحرارة المنخفضة عند -50 ℃. تكون درجة حرارة التحول الزجاجي لمطاط السيليكون بشكل عام -70 ~ -50 ℃، ويمكن أن تصل التركيبة الخاصة إلى -100 ℃، مما يشير إلى أدائها الممتاز في درجات الحرارة المنخفضة. هذا مهم للخطوط الصناعية للطيران والفضاء الجوي.

أداء مثبطات اللهب جيدة، عند الاحتراق، لا يتم إطلاق أي غازات سامة وضارة تقريبًا. يمكن تحويله إلى منتجات شفافة، ويمكن اكتشاف العيوب مثل الفقاعات أو الشوائب بسهولة عن طريق الفحص البصري.

بالمقارنة مع مطاط الأغراض العامة، فإن جميع الأنواع الرئيسية الثلاثة من مطاط السيليكون تحتوي على مكونات تزاوج بسيطة نسبيًا، وكذلك الأنواع المفلكنة على الساخن.

بالإضافة إلى المطاط الخام، يشتمل عامل المطابقة بشكل أساسي على عامل تقوية وعامل الفلكنة وبعض الإضافات الخاصة، وعمومًا، لا يشتمل إلا على 5 إلى 6 مكونات فقط لتشكيل صيغة عملية.

يجب أن يأخذ تصميم تركيبة مطاط السيليكون في الاعتبار النقاط التالية:

(1) مطاط السيليكون للتشبع العالي للمطاط الخام، وعادة لا يمكن استخدام الفلكنة الصفراء الكبريت، واستخدام الفلكنة الساخنة.

الفلكنة الساخنة هي بيروكسيد عضوي كعامل فلكنة، لذلك يجب ألا يحتوي المطاط على مواد نشطة يمكن أن تتفاعل مع نواتج تحلل البيروكسيد، وإلا فإنه سيؤثر على الفلكنة. 

(2) منتجات مطاط السيليكون تُستخدم عمومًا في درجات الحرارة المرتفعة، يجب أن يظل المركب مستقرًا في درجات الحرارة المرتفعة، ولهذا السبب، عادةً ما تستخدم الأكاسيد غير العضوية كعوامل تقوية. 

(3) من السهل أن يتسبب مطاط السيليكون في كميات ضئيلة من الأحماض أو القلويات وغيرها من الكواشف الكيميائية القطبية في حدوث انشقاق وإعادة ترتيب رابطة السيليكون، مما يؤدي إلى تقليل مقاومة مطاط السيليكون للحرارة.

لذا فإن اختيار عوامل المطابقة يجب أن يأخذ في الاعتبار حموضتها وقلويتها، ويجب أن يأخذ في الاعتبار أيضًا حموضة نواتج تحلل البيروكسيد حتى لا تؤثر على أداء المطاط المفلكن.

اختيار المطاط الخام

عند تصميم الصيغة، يجب اختيار المطاط الخام بخصائص مختلفة وفقًا لأداء المنتج وظروف استخدامه.

بشكل عام منتجات مطاط السيليكون تتطلب استخدام درجة حرارة في نطاق -70 ℃ ~ 250 ℃، يمكن استخدام مطاط السيليكون الفينيل؛ عندما يتطلب استخدام المنتجات درجة حرارة أعلى (-90 ~ 300 ℃)، يمكن استخدام مطاط السيليكون منخفض الفينيل؛ عندما تتطلب المنتجات مقاومة درجات الحرارة العالية والمنخفضة وتحتاج إلى مقاومة الوقود أو المذيبات، يجب استخدام مطاط الفلوروسيليكون. 

عامل الفلكنة

إن عامل الفلكنة المستخدم في مطاط السيليكون المفلكن الساخن هو في الأساس بيروكسيد عضوي ومركبات الآزو الأليفاتية والمركبات غير العضوية والأشعة عالية الطاقة وما إلى ذلك، وأكثرها استخدامًا هو البيروكسيد العضوي.

ويرجع ذلك إلى أن البيروكسيدات العضوية تكون أكثر استقرارًا بشكل عام في درجة حرارة الغرفة، ولكن في درجات حرارة الفلكنة الأعلى يمكن أن تتحلل بسرعة لإنتاج الجذور الحرة، مما يجعل مطاط السيليكون متصالبًا. 

يمكن تقسيم البيروكسيدات إلى فئتين وفقاً لمستوى نشاطها. النوع الأول هو النوع العام الأغراض، أي عالي النشاط الذي يمكن أن يكون مفلكنًا لجميع أنواع مطاط السيليكون؛ والنوع الآخر خاص بالفينيل، أي منخفض النشاط، والذي لا يمكن فلكنته إلا لمطاط السيليكون الذي يحتوي على الفينيل. 

وبالإضافة إلى الاختلافات العامة المذكورة أعلاه بين نوعي البيروكسيدات، فإن لكل بيروكسيد خصائصه. عامل الفلكنة BP هو عامل الفلكنة الأكثر استخدامًا للمنتجات المقولبة، ويتميز بسرعة الفلكنة السريعة وكفاءة الإنتاج العالية، ولكنه غير مناسب لإنتاج المنتجات السميكة.

عامل الفلكنة DCBP عامل الفلكنة لأن منتجاته ليست سهلة التطاير، كما أن الفلكنة بدون ضغط ستنتج فقاعات أيضًا، ومناسبة بشكل خاص للمنتجات المضغوطة للفلكنة المستمرة بالهواء الساخن، ولكن درجة حرارة تحللها منخفضة، ومن السهل أن تسبب الحرق، ووقت تخزين المطاط قصير.

إن عامل الفلكنة BP و DCBP عبارة عن مسحوق بلوري، قابل للانفجار، للتشغيل الآمن ومناسب للتشتت، وعادةً ما يستخدم للتفريق في زيت السيليكون أو مطاط السيليكون في الماضي، أن المحتوى العام من 50%. تبلغ درجة غليان عامل الفلكنة 110 ℃ وهي درجة متطايرة للغاية.

يتبخر عامل الفلكنة عندما يتم تخزين المطاط في درجة حرارة الغرفة ويفضل استخدامه في شكل منخل جزيئي كحامل. لا يتفاعل عامل الفلكنة DTBP مع الهواء أو أسود الكربون ويمكن استخدامه في تصنيع المطاط الموصل والمنتجات ذات عمليات التشكيل الصعبة.

يتشابه عامل الفلكنة DBPMH مع DTBP، لكنه لا يتطاير في درجة حرارة الغرفة، ونواتج تحللها متطايرة، مما قد يقلل من زمن الفلكنة في المرحلة الثانية.

لا يتطاير عامل الفلكنة DCP في درجة حرارة الغرفة، ويتعامل مع خصائص النوع الخاص من الفينيل، في حين أن تطاير منتج التحلل منخفض أيضًا، ويمكن استخدامه لفلكنة مناسبات الضغط الخارجي الصغيرة. يستخدم عامل الفلكنة TBPB في تصنيع المنتجات الإسفنجية. 

تتأثر كمية البيروكسيد بمجموعة متنوعة من العوامل. على سبيل المثال، أنواع المطاط الخام، ونوع الحشو وكميته، وتكنولوجيا المعالجة، إلخ. وبصفة عامة، يجب أن يكون عامل الفلكنة أقل ما يمكن طالما يمكن تحقيق الربط المتشابك المطلوب.

لكن الكمية الفعلية أعلى بكثير من الكمية النظرية لأنه يجب أخذ مجموعة متنوعة من عوامل المعالجة في الاعتبار، مثل الخلط غير المتكافئ، وفقدان البيروكسيد في تخزين المطاط، وفلكنة الهواء، وعوامل التركيب الأخرى التي تحجب عوامل التركيب.

للفينيل منتجات السيليكون المصبوبة بمطاط السيليكون مع المطاط، مجموعة متنوعة من البيروكسيد مجموعة متنوعة من أجزاء الوزن الشائعة كما يلي.

وزن المكوّن

عامل متغير الانسيابية BP 0.5 ~ 1

العامل المتغير الانسيابية DCBP 1～2

عامل متغير الانسيابية DTBP 1～2

عامل ثيكسوتروبيك متغير الانسيابية 0.5～1

عامل الكبريت DBPMH 0.5 ～ 1

عامل متغير الانسيابية TBPB 0.5 ～ 1

مع زيادة محتوى الفينيل، يجب تقليل كمية البيروكسيد. يجب أن تكون كمية البيروكسيد في المادة اللاصقة اللاصقة المضغوطة اللاصقة للمنتج المضغوط والمادة اللاصقة أعلى من تلك الموجودة في المادة اللاصقة المقولبة.

في بعض الحالات، يمكن أن يقلل استخدام اثنين من البيروكسيدات من كمية عامل الفلكنة، ويمكن أن يقلل من درجة حرارة الفلكنة بشكل مناسب، مما يحسن من تأثير الفلكنة. 

عامل التعزيز

إن قوة مطاط السيليكون غير المقوى بمطاط السيليكون المفلكن غير المقوى منخفضة للغاية، حوالي 0.3 ميجا باسكال فقط، والتي ليس لها قيمة استخدام عملية. إن استخدام عامل التسليح المناسب يمكن أن يجعل قوة مطاط مطاط السيليكون المفلكن بمطاط السيليكون إلى 3.9-9.8 ميجا باسكال، وهو أمر مهم للغاية لتحسين أداء مطاط السيليكون وإطالة عمر خدمة المنتجات.

يجب أن يأخذ اختيار حشو التسليح بمطاط السيليكون في الاعتبار استخدام مطاط السيليكون في درجات الحرارة العالية والفلكنة بالبيروكسيد، وخاصة التأثيرات الضارة للمواد الحمضية والقلوية على مطاط السيليكون. 

يبلغ قطر الأول من 10-50 نانومتر ومساحة سطحية محددة من 70-400 متر مربع/غرام، مع تأثير تقوية أفضل؛ أما الثاني فيبلغ قطره من 300-10000 نانومتر، مع مساحة سطحية محددة من 30 متر مربع/غرام أو أقل، مع تأثير تقوية أضعف. 

حشو للتقوية

(1) يشير نوع وخصائص السيليكا، حشو تسليح مطاط السيليكون بشكل أساسي إلى السيليكا الاصطناعية، والمعروفة أيضًا باسم السيليكا. تنقسم السيليكا إلى السيليكا المدخنة والسيليكا المترسبة. 

a. يرتبط حجم جسيمات السيليكا المدخنة ومساحة سطحها النوعية وخصائص سطحها وبنيتها بنسبة غاز المواد الخام وسرعة الاحتراق وزمن بقاء نوى SiO2 في غرفة الاحتراق وعوامل أخرى. 

وكلما كانت جسيمات السيليكا المدخنة أدق، كلما كانت مساحة سطحها المحددة أكبر، وكان تأثير التعزيز أفضل، ولكن الأداء التشغيلي أسوأ. وعلى العكس من ذلك، كلما كانت جزيئاته أكثر خشونة ومساحة السطح المحددة أصغر، كان تأثير التعزيز ضعيفًا، ولكن قابلية التشغيل أفضل. 

السيليكا المدخنة هي أحد عوامل التقوية الأكثر استخدامًا في مطاط السيليكونوالمطاط المقوى به يتمتع بقوة ميكانيكية عالية وخصائص كهربائية جيدة للمطاط المفلكن. يمكن أيضًا استخدام السيليكا المدخنة مع عوامل تقوية أخرى أو عوامل تقوية ضعيفة لإنتاج متطلبات مختلفة لاستخدام المطاط. 

السيليكا المترسبة

يتأثر أداء السيليكا المترسبة بظروف الترسيب مثل الحموضة ودرجة الحرارة. 

بالمقارنة مع مركب مطاط السيليكون المعززة بالسيليكا المدخنة، تكون القوة الميكانيكية للمركب المعزز بالسيليكا المترسبة أقل قليلاً، وتكون الخصائص العازلة، خاصة بعد الرطوبة، أقل، ولكن خصائص مقاومة الحرارة الشيخوخة أفضل، وتكلفة المركب أقل بكثير. عندما لا تكون القوة الميكانيكية للمنتج عالية، يمكن استخدام السيليكا المترسبة أو استخدامها مع السيليكا المدخنة. 

يمكن معالجة السيليكا بمركبات مناسبة لصنع مادة كارهة للماء على السطح. هناك طريقتان رئيسيتان للمعالجة: المرحلة السائلة والمرحلة الغازية.

طريقة الطور السائل سهلة للتحكم في الظروف، وجودة المنتج مستقرة وتأثير المعالجة جيد، ولكن العملية معقدة ويجب استعادة المذيب؛ وطريقة الطور الغازي بسيطة، ولكن جودة المنتج غير مستقرة بما فيه الكفاية وتأثير المعالجة ضعيف. 

المواد المستخدمة كعوامل معالجة سطحية هي، من حيث المبدأ، المواد التالية التي يمكن أن تتفاعل مع مجموعات الهيدروكسيل على سطح السيليكا.

• الكحوليات

• الكلوروسيلان

• ألكوكسي سيلان

• إيثر سداسي ميثيل الديسيلسيلل

• سيلازان

(2) آلية تعزيز السيليكا، وكيمياء سطح السيليكا على مطاط السيليكون. ويُعتقد أن هناك نوعين على النحو التالي. 

امتزاز المطاط بواسطة بوليمر امتزاز جزيئات الحشو، بحيث يتم تثبيت أجزاء السلسلة الجزيئية المطاطية مباشرةً بالقرب من جزيئات الحشو أو يتم توجيهها على طول سطح الحشو أو الاحتفاظ بها بواسطة مجاميع الحشو. 

b. جزيئات المطاط وجزيئات الحشو مع جزيئات الحشو وشرائح سلسلة البوليمر مجتمعة لإنتاج ربط متقاطع فعال وتشابك بوليمر لجزيئات الحشو. 

استنادًا إلى التأثيرين المذكورين أعلاه، فإن السيليكا لها تأثير مقوٍ على مطاط السيليكون. 

تختلف حموضة وقلوية السيليكا تبعًا لطريقة إنتاجها. السيليكا المدخنة حمضية والسيليكا المترسبة قلوية.

تبلغ قيمة الأس الهيدروجيني لأنقى سيليكا مدخنة خالية من HCL 6، ويرجع ذلك إلى تفكك مجموعات الهيدروكسيل على سطح السيليكا في الماء لإنتاج H+. وترجع قيمة الأس الهيدروجيني الأقل من 4.6 إلى HCL المحتفظ به عن طريق التحلل المائي في درجات الحرارة العالية. 

(3) طريقة قياس الخواص الفيزيائية والكيميائية للسيليكا

تعكس الخصائص الفيزيائية والكيميائية للسيليكا بشكل مباشر الجودة، لذلك من المهم جدًا قياس المتطلبات المختلفة للاستخدام بدقة. في الوقت الحاضر، مؤشرات الشركات المصنعة الأجنبية ليست هي نفسها، ولكن يتم التعرف على بعض المؤشرات المهمة التي يجب قياسها من قبل كل عائلة.

أهم المؤشرات هي المؤشرات التي تعكس تركيبها الأولي، مثل حجم الجسيمات وتشتتها، ومساحة السطح المحددة، والمؤشرات التي تعكس تركيبها الثانوي، مثل قيمة امتصاص الزيت، وما إلى ذلك، والمؤشرات التي تعكس كيمياء سطحها، مثل تركيز مجموعات الهيدروكسيل المختلفة على السطح، وما إلى ذلك. 

حجم الجسيمات وتوزيع حجم الجسيمات بسبب ظروف التوليد، واختلافات نمو الجسيمات، وبالتالي فإن قطر جسيمات السيليكا ليس موحدًا، وقطر الجسيمات المعتاد، له معنى المتوسط الإحصائي فقط. 

يعد تحديد مساحة السطح النوعية مؤشرًا على حجم مساحة السطح الخارجي لمادة المسحوق، بالنسبة لمادة المسحوق المسامية، فإن مساحة السطح النوعية هي مجموع مساحة السطح ومساحة السطح الخارجي للمسام. 

بشكل عام ، يرتبط حجم جسيمات مادة المسحوق بشكل عكسي بمساحة سطحه المحددة ، وبالتالي فإن تحديد مساحة السطح المحددة يمكن أن يعكس نوعيًا حجم جسيمات المسحوق. نظرًا لأن المجهر الإلكتروني غير متوفر في جميع الوحدات الصناعية، فإن حجم جسيمات المسحوق غير متاح، وبالتالي فإن تحديد مساحة السطح المحددة له قيمة تطبيقية عملية مهمة. 

c. تحديد مجموعة الهيدروكسيل السطحية توجد مجموعات السيلانول على سطح السيليكا، وترتبط العديد من تطبيقات السيليكا مباشرةً بهذه المجموعات، لذلك من المهم جدًا تحديد مجموعة الهيدروكسيل السطحية كميًا. 

تتضمن بيانات تحديد مجموعة الهيدروكسيل السطحية للسيليكا عمومًا مجموعة الهيدروكسيل الكلية، ومجموعة الهيدروكسيل المجاورة، ومجموعة الهيدروكسيل المعزولة.

ويتم دمج المجموعتين الأخيرتين على سطح السيليكا على شكل Si-OH، ويشار إليهما معًا باسم مجموعة الهيدروكسيل المدمجة؛ ومجموعة الهيدروكسيل الكلية هي مجموع مجموعة الهيدروكسيل المدمجة ومجموعة الهيدروكسيل في جزيئات الماء الممتزّة على سطح السيليكا، ويمكن تحديد بيانات مجموعة الهيدروكسيل هذه في ظل ظروف مختلفة على التوالي. وظروف القياس هي. 

(1) مجموعة الهيدروكسيل المقيسة بأخذ عينات مباشرة من كيس السيليكا هي إجمالي كمية الهيدروكسيل.

(2) مجموعة الهيدروكسيل المقاسة عن طريق تجفيف السيليكا عند درجة حرارة 110 درجة مئوية لمدة 3 ساعات هي مجموعة الهيدروكسيل المرتبطة.

(3) مجموعة الهيدروكسيل المقاسة بعد تجفيف السيليكا عند درجة حرارة 600 درجة مئوية لمدة 3 ساعات هي مجموعة الهيدروكسيل المعزولة.

(4) الفرق بين مجموعة الهيدروكسيل المدمجة والمجموعة المعزولة هو مجموعة الهيدروكسيل المجاورة. 

d. يعتقد تحديد التركيب الثانوي في الخارج بشكل عام أن درجة التركيب الثانوي تؤثر بشكل مباشر على سلوك تقوية الحشو، لذلك فإن تحديد التركيب الثانوي مهم جدًا أيضًا.

ولكن حتى الآن لا توجد طريقة جيدة للتحديد، والطريقتان الأكثر استخدامًا هما طريقتان: الأولى هي تحديد الحجم النوعي الظاهري تحت الضغط؛ والثانية هي تحديد قيمة امتصاص الزيت. 

حشوة ضعيفة التسليح

يمكن أيضًا تسمية حشو التسليح الضعيف بالحشو الخامل، وهو عبارة عن تأثير تقوية صغير فقط على مطاط السيليكون، ولا يتم استخدامه بشكل عام بمفرده في مطاط السيليكون، ولكن مع دور السيليكا، لضبط صلابة مطاط السيليكون، وتحسين أداء عملية المطاط ومقاومة المطاط بالكبريت ومقاومة زيت المطاط بالكبريت وخصائصه القابلة للذوبان، وتقليل تكلفة المطاط. 

عوامل التقوية الضعيفة شائعة الاستخدام هي التراب الدياتومي، ومسحوق الكوارتز، وأكسيد الزنك، وثاني أكسيد التيتانيوم، وسيليكات الزركونيوم، وكربونات الكالسيوم، إلخ.