A -keményedő folyékony szilikongumi (LSR/RTV-2) készítmények mellett a vinil-szilikonolaj határozza meg az „alapjelleget”, míg a hidrogén-tartalmú szilikonolaj a „térhálósító vázat”. A megfelelő hidrogéntartalmú szilikonolaj kiválasztása fél sikert jelent a sikeres termék kialakításában.
Egy. Hidrogén-tartalmú szilikonolaj: A szilikon addíciós-építésének "építésze".
Ha összehasonlítjuk a szilikon térhálósító hálózatot egy épülettel:
• Vinil-szilikonolaj=acélváz (a lánc fő szerkezetét biztosítja)
• Hidrogén{0}}tartalmú szilikonolaj=betonhézagok (térhálós csatlakozási pontokat biztosít)
• Platina katalizátor=építési utasítások (vezérli a reakció beindítását)
A hidrogén{0}}tartalmú szilikonolaj szerkezetének típusa, hidrogéntartalma és molekulatömege közvetlenül meghatározza ennek az „épületnek” a sűrűségét, szilárdságát és rugalmasságát.
Két. A hidrogént{1}} tartalmazó szilikonolajok szerkezete és osztályozása
2.1Alapvető kémiai szerkezet A hidrogén{0}}tartalmú szilikonolaj kémiai neve polimetil-hidrogén-sziloxán (PMHS), alapvető szerkezeti egysége pedig:
Ahol:
• M egység: trimetil-sziloxi (CH3)3SiO [1/2] – vég-záró csoport
• Mᴴ egység: Dimetil-hidrosziloxi (CH3)₂HSiO [1/2] – Hidrogén-tartalmú vég-záró
• D egység: Dimetilsziloxi (CH3)₂SiO [2/2] – Főlánc ismétlődő egység
• Dᴴ egység: metilhidrosziloxi (CH₃)HSiO [2/2] – hidrogén-tartalmú főláncegység
2.2 Három fő szerkezeti típus A Si{0}}H-kötések molekulaláncon való eloszlása alapján a hidrogén-tartalmú szilikonolajok három kategóriába sorolhatók:
vég-hidrogén-szilikon olajokA vég-hidrogén-szilikon olajok térhálósodási reakciója főként a molekulaláncok végein megy végbe, ami hosszabb láncszakaszt eredményez a térhálósított hálózatban. Ezért: • Alacsonyabb térhálósodási sűrűség • Kisebb a vulkanizátum keménysége • Nagyobb nyúlás • Általában jobb átlátszóság (kevesebb térhálósodási pont, kisebb mikroszkopikus inhomogenitás)
Oldalsó-hidrogén-szilikon olajokSi-H eloszlik a főláncon, és minden molekula több térhálósító pontban vesz részt: • Nagy térhálósodási sűrűség • A vulkanizátum nagy keménysége • Jó szakítószilárdság • A túlzott használat azonban könnyen a vegyület rideggé válásához vezethet.
Végső- és oldalsó-hidrogén-szilikon olajokaz elmúlt években a használat gyors és folyamatos növekedését tapasztalták. A végcsoportok/oldalcsoportok hidrogéntartalom arányának beállításával a térhálósított hálózati struktúra széles tartományban szabályozható, hogy megfeleljen a különböző alkalmazási forgatókönyvek igényeinek.
2.3 Az alapvető különbség a hidroxil-szilikonolaj és a hidrogén{0}}tartalmú szilikonolaj között. Kezdők körében gyakori tévhit:
a hidrogén{0}}tartalmú szilikonolaj és a hidroxil-szilikonolaj összekeverése.
• Hidrogén-tartalmú szilikonolaj (Si-H): addíciós-típusú szilikonolajként használható, vinilcsoportokkal térhálósodik, és nem igényel vizet.
• Hidroxil-szilikonolaj (Si-OH): Kondenzációs- típusú szilikonolajhoz használják, térhálósító szerekkel (például tetraetil-ortoszilikáttal) kondenzálódik és dehidratálódik.
A kettőnek teljesen eltérő kémiai tulajdonságai vannak, és soha nem szabad keverni.
Három. Hidrogéntartalom: A térhálósodási sűrűség „gombja”.
3.1 A hidrogéntartalom meghatározása és mérése A hidrogéntartalom a hidrogén-tartalmú szilikonolajban lévő Si-H-kötések mennyiségére vonatkozik, és általában két mértékegységben fejezik ki:
Mértékegység: Meghatározás: Tipikus tartomány:
tömeg% H tömeg százalékos aránya a Si{0}}H-kötésben a teljes tömeghez viszonyítva 0,05-1,6%
mol% A D^H egységek molszázaléka az összes D egységhez viszonyítva 5% ~ 100%
Az iparban a hidrogéntartalmat általában kémiai módszerekkel (a hidrogén térfogatának mérése érdekében lúgfelesleggel reagálva) vagy infravörös spektroszkópiával (a Si{0}}H jellemző abszorpciós csúcsa 2160 cm-1-nél) határozzák meg.
3.2A hidrogéntartalom hatása a térhálósodási sűrűségre
A keresztkötési sűrűség és a hidrogéntartalom, valamint a viniltartalom közötti összefüggés a klasszikus gumirugalmasság elméletből származtatható.
Főbb következtetések:
• Ha a hidrogéntartalom a sztöchiometria alatt van, a keresztkötési sűrűség lineárisan növekszik a hidrogéntartalom növekedésével.
• Ha a hidrogéntartalom meghaladja a sztöchiometriát, a térhálósodási sűrűség hajlamos telítődni (a viniltartalom korlátozza).
• A túlzott mennyiségű hidrogén{0}}tartalmú szilikonolaj nemcsak pazarló, hanem elreagálatlan Si-H-maradványokat is tartalmaz, ami csökkenti a hőállóságot.
3.3 A hidrogéntartalom hatása a keménységre A keménység (Shore A) közvetlenül összefügg a térhálósodási sűrűséggel.
A kísérleti adatok azt mutatják, hogy:
Megjegyzés: Az adatok a vég-oldali hidrogén-tartalmú szilikonolajon (viszkozitása 200 mPa·s), a 0,5 mol% viniltartalmú vinil-szilikonolajon és a 10 ppm platina katalizátoron alapulnak.
Minta: A keménység megközelítőleg lineárisan növekszik, ha a hidrogéntartalom 0,05%-ról 0,30%-ra nő; 0,50% felett a keménység növekedése lelassul, de a ridegség jelentősen megnő.
3.4 A hidrogéntartalom hatása a mechanikai tulajdonságokra:
Szakítószilárdság és szakítószilárdság
A hidrogéntartalom hatása a szakítószilárdságra fordított U{0}}alakú görbét követ:
• Alacsony hidrogéntartalom (<0.10%): Insufficient crosslinking density, large slip space between molecular chains, low tensile strength (<3 MPa)
• Mérsékelt hidrogéntartalom (0,15-0,35%): Mérsékelt térhálósodási sűrűség, a láncszegmensek ellenállnak a feszültségnek és van egy bizonyos csúszási helyük, ami a legnagyobb szakítószilárdságot eredményezi (5-8 MPa)
• High hydrogen content (>0,50%): Túlzott térhálósodás, korlátozott láncszegmens mozgás, a feszültségkoncentráció könnyen töréshez vezet, a szakítószilárdság csökken.
A szakítószilárdság hasonló mintát követ, az optimális hidrogéntartalom tartománya valamivel alacsonyabb, mint az optimális szakítószilárdság.
A nagy rugalmasságot igénylő alkalmazásokhoz (például próbababák és rugalmas formák) alacsony -hidrogén-tartalmú készítmény javasolt; szerkezeti komponensekhez nagy-hidrogén-tartalmú készítmény használható.
3.5A hidrogéntartalom hatása az átlátszóságra A hozzáadott -keményedő szilikon átlátszóságát két tényező korlátozza:
• Töltőanyag diszperzió (az addíciós -keményítő rendszerekben általában nincs töltőanyag, vagy csak minimális a töltőanyag, így nem ez az elsődleges tényező)
• A térhálósított hálózat mikroszkopikus egyenletessége{0}} A hidrogéntartalom átlátszóságra gyakorolt hatásának mechanizmusa:
• Alacsony hidrogéntartalom: ritka térhálós{0}}pontok, egyenetlen lokális-térhálósodás, ami mikroszkopikus fázisszétváláshoz vezethet → Enyhe homály
• Mérsékelt hidrogéntartalom: egységes keresztkötés-, szabályos hálózat → Optimális átlátszóság (áteresztőképesség > 90%)
• Magas hidrogéntartalom: Túl gyors keresztkötések-, lokális, nagy-sűrűségű mikro-régiók kialakulása → Mikroszkopikus feszültségkoncentráció és törésmutató különbségek → Csökkent átlátszóság
Optikai minőségű szilikon (LED tokozás, optikai lencsék) esetén a hidrogéntartalmat 0,15-0,25 tömeg% tartományban javasolt szabályozni.
3.6 A hidrogéntartalom hatása a hőállóságra A szilikongumi hőállóságát főként a következő tényezők befolyásolják:
• A főlánc termikus oxidációs stabilitása (magas Si{0}}O kötési energia, jó alaphőállóság)
• A térhálósodási pontok termikus stabilitása
• A maradék Si{0}}H termikus oxidációja A hidrogéntartalom hatása a hőállóságra:
• Megfelelő hidrogéntartalom: stabil Si{0}}C-C-Si keresztkötéseket képez, kiváló hőállóság (hosszú-használat 200 fokon)
• Túlzott hidrogéntartalom: a maradék Si-H könnyen oxidálódik magas hőmérsékleten, ami a főlánc megszakadásához és a térhálósító hálózat lebomlásához vezet, ami lágyulásban, ragadósságban és magas hőmérsékleten a mechanikai tulajdonságok csökkenésében nyilvánul meg.
Ipari tapasztalat: a hidrogéntartalmat a sztöchiometrikus arány 90-95%-ában kell hozzáadni a megfelelő térhálósítás biztosítása érdekében, miközben elkerülhető a Si-H maradék.
For high-temperature applications (>200 fok), javasolt a vég-hidrogén vagy alacsony-hidrogéntartalmú készítmények használata.
3.7A hidrogéntartalom hatása a folyamat teljesítményére Fazékidő: Maga a hidrogéntartalomnak nincs közvetlen hatása a fazékidőre (a fazékidőt főként a platina katalizátor és az inhibitorok mennyisége szabályozza).
A nagy hidrogéntartalmú készítmények azonban gyakran a következő folyamatproblémákkal küzdenek:
• Koncentráltabb exoterm reakció (térfogategységenként több Si-H vesz részt a reakcióban), ami helyi hőmérséklet-emelkedéshez vezet, és közvetve lerövidíti a fazékidőt.
• Érzékenyebb a katalizátorokra; még a nyomokban lévő szennyeződések is kiválthatják a "robbanásveszélyes polimerizációt". Kötési sebesség: azonos katalizátor adagolás mellett:
• A magasabb hidrogéntartalom gyorsabb kikeményedési sebességet (több reakcióhelyet) eredményez.
• A tényleges kikeményedési sebesség azonban jobban függ a Si-H/Si-Vi illesztési aránytól és a katalizátorkoncentrációtól.
Bontási tulajdonságok: A magas hidrogéntartalmú készítmények nagy térhálósodási sűrűséggel, valamivel nagyobb vulkanizátum zsugorodást mutatnak, és összetett tapadást mutatnak a formákhoz. A leválasztószer mennyiségét az adott forma anyagának megfelelően kell beállítani.
Négy. Molekulasúly: „szabályozó” a hálózati skálán
4.1 A molekulatömeg és a viszkozitás kapcsolata A hidrogén-tartalmú szilikonolaj molekulatömegét általában nem közvetlenül mérik, hanem a kinematikai viszkozitás jellemzi (mm²/s vagy mPa·s, 25 fok).
Az iparban használt hidrogén{0}}tartalmú szilikonolajok általános viszkozitási tartományai:
| Viszkozitási fokozat | Viszkozitási tartomány (mPa·s, 25 fok) | Hozzávetőleges molekulatömeg | Tipikus alkalmazások Spray bevonat |
| Alacsony viszkozitás | 20-50 | 1,000~2,500 | Vékony-rétegű kapszulázó általános penészragasztó |
| Közepes viszkozitású | 100-500 | 5,000-15,000 | Elektronikus tokozású vastag{0}}falú termékek |
| Magas viszkozitás | 1,000-10,000 | 30,000-80,000 | Nagy szilárdságú{0}}szerkezeti alkatrészek |
4.2 A molekulatömeg hatása a keresztkötési hálózat szerkezetére A hidrogén{0}}tartalmú szilikonolaj molekulatömege határozza meg a keresztkötések közötti molekulatömeget (Molecular Weight Between Crosslinks, Mc): Kis molekulatömegű hidrogén-tartalmú szilikonolaj:
• Rövid molekulaláncok, kis távolság a keresztkötések között
• Sűrű keresztkötési hálózat, de rövid láncszegmensek
• Nagy keménység és nagy vulkanizált modulus
• Alacsony nyúlás és gyenge rugalmasság
• A "rövid acélrudak + sűrű csomópontokhoz" hasonló szerkezetű, nagy molekulatömegű hidrogént{1}} tartalmazó szilikonolaj:
• Hosszú molekulaláncok, nagy távolság a keresztkötések között
• Ritka keresztkötési hálózat, de hosszú láncszegmensek
• Lágy vulkanizálás alacsony modulussal
• Nagy nyúlás és jó rugalmasság
• A "hosszú acélrudak + ritka csomópontokhoz" hasonló szerkezet
4.3A molekulatömeg hatása a mechanikai tulajdonságokra
Mechanizmus: A nagy molekulatömegű hidrogén-tartalmú szilikonolaj által alkotott térhálósított-hálózatban a hosszú láncú szegmensek feszültség hatására orientálódhatnak és megnyúlhatnak, több energiát nyelve el, ezáltal nagyobb szakítószilárdságot és szakítószilárdságot eredményezve. A kis molekulatömegű hidrogén{3}}tartalmú szilikonolaj túl merev hálót képez, ami feszültségkoncentrációhoz és idő előtti töréshez vezet.
4.4 A molekulatömeg hatása az illékony anyagokra Ez egy gyakran figyelmen kívül hagyott, de döntő tényező:
• Alacsony molekulatömegű hidrogén{0}}tartalmú szilikonolaj (<200 mPa·s): Contains more oligomers, resulting in high volatile matter (>1%)
• High molecular weight hydrogen-containing silicone oil (>1000 mPa·s): alacsony illékonyanyag (<0.5%) Hazards of excessively high volatile matter:
• A kis molekulatömegű vegyületek elpárolognak a vulkanizálás során, és olajköd- vagy ködszerű lerakódásokat képeznek{0}}a termék felületén
• Elektronikus csomagolási alkalmazásokban illékony anyagok szennyezik az alkatrészeket.
• Magas{0}}hőmérsékletű alkalmazásoknál az illékony anyagok buborékokat és üregeket okoznak.
• Optikai alkalmazásokban az illékony anyagok lecsapódnak a lencse felületén, ami befolyásolja a fényáteresztést.
Kiválasztási alapelvek:
• Electronic/Optical Grade Applications: Select high viscosity (>1000 mPa·s) vagy alacsony illékonyságú finomított hidrogén{1}}tartalmú szilikonolaj.
• Általános ipari alkalmazások: Közepes viszkozitás (100-500 mPa·s) elegendő.
• Gyors bontást igénylő ipari formák: Az alacsony viszkozitás elfogadható, de megfelelő vulkanizálást biztosít.
4.5A molekulatömeg hatása a keverési folyamatra
A hidrogén{0}}tartalmú szilikonolajat egyenletesen el kell keverni vinil-szilikonolajjal, töltőanyagokkal és adalékanyagokkal:
• Alacsony viszkozitású hidrogén{0}}tartalmú szilikonolaj: könnyen diszpergálható és alacsony keverési energiafogyasztású, de hajlamos a töltőanyag felületére "mászni", ami egyenetlen eloszlást eredményez.
• Nagy viszkozitású hidrogén{0}}tartalmú szilikonolaj: nehezen keverhető, hosszabb keverési időt vagy nagyobb nyíróerőt igényel, de ha egyenletesen eloszlik, jobb a tárolási stabilitása.
A tényleges készítményekben gyakran alkalmazzák a magas és alacsony viszkozitás kombinálásának stratégiáját a feldolgozhatóság és a teljesítmény egyensúlyára.
Öt. A szilikonolajat tartalmazó hidrogén kiválasztásának elvei{1}}: az elmélettől a gyakorlatig
Hidrogén{0}}tartalmú szilikonolaj kiválasztása
A megfelelő hidrogént{0}} tartalmazó szilikonolaj-típus az alkalmazási forgatókönyvek alapján
Alkalmazási forgatókönyvek:
Elektronika/Elektromos: Alacsony illékonyság, nagy tisztaság, 0,5-1,0% hidrogéntartalom
Formázás/Ipari: Közepes viszkozitás, kiegyensúlyozott teljesítmény, hidrogéntartalom 0,3-0,8%
Orvosi/Élelmiszer: Magas biztonság, alacsony maradékanyag, 0,2-0,5% klórtartalom
A térhálósodási sűrűség és a vulkanizálási feltételek ellenőrzése
5.1Döntési mátrix kiválasztása
| Alkalmazási forgatókönyvek | Ajánlott szerkezeti típusok | Hidrogéntartalom (tömeg%) | Ajánlott viszkozitás (mPa·s) | Kulcsfontosságú szempontok |
| Precíziós formaragasztó | Végső-oldali hidrogéntartály | 0.15-0.30 | 200-500 | Közepes keménység, nagy nyúlás, könnyen szétszedhető |
| Elektronikus virágcserepes keverék | Oldalsó-oldali hidrogéntartály vagy vég-oldali hidrogéntartály | 0.20-0.40 | 500-2000 | Alacsony illékonyság, magas hővezető képesség, szigetelés |
| LED optikai csomagolás | Vége a -hidrogén elszigetelésének | 0.10-0.20 | 1000-5000 | Nagy átlátszóság, alacsony illékonyság, magas hőmérséklet-állóság |
| Bevonás/permetezés | Végső-oldali hidrogéntartály vagy vég-oldali hidrogéntartály | 0.05-0.15 | 20-100 | Alacsony viszkozitású, permetezhető, rugalmas |
| Ragasztók/Tömítőanyagok | Végső-oldali hidrogéntartály | 0.20-0.50 | 100-500 | Közepes keménység, erős tapadás |
| Emberi modellek/protézisek | Vége- a hidrogén elszigetelésének | 0.05~0.12 | 500-2000 | Ultra-lágy, nagy nyúlás, alacsony keménység |
| High-Temperature Curing Parts (>200 fok) | Vége- a hidrogén elszigetelésének | 0.10-0.20 | 1000+ | Alacsony Si{0}}H maradék, hőöregedésállóság |
| Gyorsbontású gyártósor | Oldal -Hidrogén szigetelés | 0.30-0.60 | 100-300 | Gyors kötés, nagy keménység |
5.2 Az elvek és a vinil szilikon olajok párosítása
A hidrogén{0}}tartalmú szilikonolajok kiválasztását a vinil-szilikon olajokkal párban kell megfontolni.
Sztöchiometrikus arány: Ideális reakciómólarány: Si-H mól / Si-Vi mól=1.0 Tapasztalati arány az ipari gyakorlatban: R=Si-H mól / Si-Vi mól • R < 1,0: túl sok vinil, elégtelen keresztkötés,{{7}hiányos keresztkötés vulkanizálja a felületet • R=1.0~2,0: Ideális tartomány, elegendő térhálósítás, kiegyensúlyozott teljesítmény • R > 2,0: Si-H többlet, magas maradék Si-H, csökkent hőállóság, rossz hosszú távú megbízhatóság.
5.3Gyakori tévhitek a kiválasztásban
1. tévhit: A magasabb hidrogéntartalom gyorsabb kikeményedést jelent. Helyes válasz: A kikeményedés sebessége elsősorban a platina katalizátor koncentrációjától és aktivitásától függ; a hidrogéntartalomnak másodlagos hatása van. A túlzott hidrogéntartalom valójában egyenetlen kikeményedést eredményezhet a helyi túl-térhálósodás miatt.
2. tévhit: Az alacsony-viszkozitású hidrogén-tartalmú szilikonolajat mindig könnyebb keverni.
Helyes válasz: Bár az alacsony viszkozitást valóban könnyebb keverni, nagyobb az illékonysága, és hajlamos a rendszeren belüli „vándorlásra”, ami potenciálisan rétegződéshez és egyenetlen teljesítményhez vezethet hosszú{0}}tárolás után.
3. tévhit: A vég-hidrogént- tartalmazó szilikonolaj rosszabbul teljesít, mint az oldal-hidrogént- tartalmazó szilikonolaj.
Helyes válasz: A kettő különböző alkalmazásokhoz alkalmas. A vég-hidrogént- tartalmazó szilikonolaj gyakran felülmúlja az oldalsó-hidrogén-tartalmú szilikonolajat az átlátszóság és a rugalmasság tekintetében, így ez az előnyben részesített választás optikai és rugalmas alkalmazásokhoz.
4. tévhit: A hidrogén-tartalmú szilikonolaj hosszabb ideig szabadon tárolható.
Helyes válasz: A Si{0}}H kötések érzékenyek a nedvességre és az oxigénre. A levegőnek való hosszan tartó -expozíció lassú hidrolízist és oxidációt okoz, ami a hidrogéntartalom csökkenéséhez, a viszkozitás változásához és hidrogénbuborékok képződéséhez vezet. Zárt, fényálló-és száraz környezetben kell tárolni.
5.4 A DeepSea Technology műszaki ajánlásai
A fenti elemzés alapján a Shanghai Silicon Power Materials Co., Ltd. a következőket javasolja:
• Először is határozza meg a teljesítménycélokat, majd válassza ki a hidrogén{0}}tartalmú szilikonolajokat: a kiválasztás előtt adja meg a keménységet, a nyúlást, az átlátszóságot és a hőmérsékletállóságot.
• Kezdje kis{0}}léptékű teszteléssel: Az elméleti számításoknak meg kell adni a kezdeti megfogalmazást. Határozza meg az optimális paramétereket kis-léptékű teszteléssel (legalább 3 hidrogéntartalom gradiens javasolt).
• Ügyeljen a tárolási stabilitásra: válasszon alacsony-illékony, nagy-tisztaságú hidrogén-tartalmú szilikonolajokat, hogy elkerülje a tételek közötti teljesítményingadozást.
• Vegye figyelembe a Si{0}}H/Si-Vi-t párban: Ne válasszon hidrogén-tartalmú szilikonolajokat elkülönítve; vinil szilikon olajokkal együtt kell megtervezni őket.
• A nyári készítmények további validálást igényelnek: A reakcióképesség változásai magas hőmérsékleten a téli validáláson átesett készítmények túlságosan rövid működési időszakokat vagy rendellenes kikeményedést okozhatnak nyáron.
Hat. Következtetés A hidrogén--tartalmú szilikonolaj kiválasztása "a kompromisszumok művészete".
• Keménység vagy rugalmasság? → Állítsa be a hidrogéntartalmat
• Erősség vagy nyúlás? → Állítsa be a molekulatömeget
• Átlátszóság vagy hőállóság? → Állítsa be a szerkezet típusát
• Gyors kötés vagy hosszú üzemidő? → Állítsa be a katalizátort és az inhibitort. Nincs „legjobb” hidrogén-tartalmú szilikonolaj, csak a „legmegfelelőbb”.
A szerkezet, a paraméterek és a teljesítmény közötti belső kapcsolat megértése kulcsfontosságú a magabiztos összetételtervezés szempontjából, nem pedig a próbálkozásokra hagyatkozva az eredmény elérése érdekében.
A Deepsea technológiáról:
A Jiujiang Deepsea Technology Development Co., Ltd. évek óta mélyen részt vesz a speciális szilícium-szerves vegyszerek területén, és a hidrogén-tartalmú szilikonolaj-termékek teljes skáláját kínálja (vég-tartalmú, oldalsó-tartalmú, vég-oldali-tartalmú, 0 m~10 m-es, 0 m~10-es viszkozitású) 0,05–1,6 tömeg%, és testreszabott összetételi javaslatokat nyújthat az ügyfelek speciális alkalmazásai szerint.
