Основа процесса производства изделий из силиконового каучука – вулканизация. Её запускают и осуществляют добавленные в смесь специальные катализаторы и отвердители. Именно они определяют тип и условия превращение жидких или пастообразных материалов в эластичный и прочный полимер.
Принято различать три типа вулканизаций:
Пероксидная или высокотемпературная вулканизация (HTV) проходит без добавления катализаторов. Инициируют процесс и соединяют силоксановые макромолекулы в пространственную решётку органические пероксиды, например, дикумилпероксид. Нагрев смеси до 100–200°C приводит к их разрушению. Образовавшиеся при этом свободные радикалы «сшивают» цепочки силоксана, образуя прочный полимер. Побочные продукты, молекулы олигомеров, бензойной кислоты и летучих непрореагировавших силоксанов, выводят из материала постобработкой в течение 2–24 ч при 150–200°C в циркуляционном воздухе. Без нее силикон останется липким, с прочностью и удлинением на 30-50% ниже, чем после завершения процесса.
Преимущества: высокая прочность на разрыв (15–25 МПа), удлинение до разрушения до 600%, твёрдость по Шору от 30-50А для мягких марок до 70-90А для твёрдых, относительно низкая стоимость изготовления деталей.
Недостатки: требуется термообработка и последующий отжиг для удаления побочных продуктов.
Применения:
— изготовление термостойких уплотнений, шлангов и изоляции кабелей методом непрерывной экструзии при 200-500°C;
— изготовление прессованием деталей толщиной более 10 мм для машиностроения: уплотнители, втулки, манжеты.
Фото: almmouldsolution.com Фото: Яндекс Маркет
Конденсационная вулканизация при комнатной температуре (RTV). Отверждение происходит под действием катализаторов на основе оловоорганических соединений. Реакция сопровождается выделением спирта или уксусной кислоты. В состав рабочей смеси входит силиконовый полимер с концевыми гидроксильными группами (HO-Si) или алкоксиликоновыми-группами (RO-Si), отвердитель (алкилсиликат, этилсиликат) и катализатор (оловоорганика — дибутилолово лаурат, 1–3%). Время «жизни» смеси 10–60 мин при 20°C.
Пост-обработка
Естественное выдерживание 7–14 дней для полного отверждения и испарения остатков; желательно — сушка при 40–60°C. Промывка растворителями для удаления коррозионных кислот при использовании кислотных составов в контакте с металлами.
Преимущества: простота технологий, низкая стоимость работ, использование при температурах 5–40°C.
Недостатки: усадка 0,2–0,5%, токсичность олова (необходима вентиляция помещения), возможная коррозия металлов от побочных продуктов (особенно от HCl в хлоридных системах).
Применения:
— используют в производственных и домашних условиях для нанесения герметиков;
— заполняют швы окон, сантехники, фасадов;
— создают формы под бетон, гипс, воск, полиуретан, эпоксидную смолу;
— заливают блоки электроники, ремонтируют оборудование.
Фото: ru.tosilicone.com Фото: ru.tosilicone.com
Аддитивная вулканизация. Процесс многократного соединения катализатором соседних макромолекул силоксанов за счёт перестроения связей атомов в них. Реакция проходит без выделения побочных продуктов, присутствие воздуха, влаги и других веществ не требуется. В 80% случаев инициируется платиновыми катализаторами при концентрации 5–50 частиц на миллион, эквивалентно 0,0005–0,005% по массе.
Пост-обработка применяется только у медицинских силиконов для стабилизации свойств полимера и удаления остатков низкомолекулярных олигомеров. Извлекать платину из конечного продукта экономически не выгодно. Для соответствия медицинских силиконов строгим нормам при необходимости проводятся:
- выдержка 4–24 ч при 150–200°C;
- кипячение в изопропаноле, воде или промывка струёй азота для удаления поверхностных примесей с последующей сушкой;
- вакуумная дегазация перед заливкой для удаления пузырьков воздуха, получения гладкой поверхности и монолитности изделия.
Преимущества: отсутствие побочных продуктов, минимальная усадка (<0,1%), чистота изделий, соответствующая нормам стандартов и регламентов для изделий, применяемых в медицине и пищевой промышленностей.
Недостатки: высокая стоимость катализатора и чувствительность процесса к каталитическим ядам (сера, амины), необходимо производить изделия только на чистом оборудовании, выделенном для аддитивной полимеризации.
Применения: изготовление деталей для медицинских приборов, производство изделий прозрачных, биологически совместимых, контактирующих с продуктами и лекарствами.
Фото: pkns.ru
Таким образом, для производства силиконовых материалов с хорошей адгезией, часто выбирают конденсационные составы. Для массового изготовления прочных технических деталей оптимальна пероксидная вулканизация. А при заливке силиконов для ответственных применений, где важнее всего чистота и точность геометрии, применяют аддитивные технологии на основе платины.
Понимание этих различий позволяет правильно подобрать материал и технологию для решения конкретной инженерной задачи.
