Cao su silicone là gì ? Tính chất – Phân loại – Ứng dụng

Cao su silicone là gì ?

Cao su silicone là gì ? Nó không giống như những loại cao su thông thường. Chúng có độ bền cũng như nhiều đặc tính ưu việt khác. Như những thiết bị cần những yêu cầu khắc khe về yêu cầu kỹ thuật thì người ta ưu tiên chọn lựa vật liệu silicone.

Silicone là một dạng cao su tổng hợp, nó là sản phẩm được tổng hợp bằng cách thay đổi silicon. Trong cấu tạo phân tử Silicone sẽ bao gồm một xương sống của các nguyên tử silic với các nguyên tử ôxy xen kẽ với nhau. Khi silicone có liên kết silic-oxy năng lượng cao, nó có khả năng chịu nhiệt tốt hơn các loại cao su hoặc chất đàn hồi khác.

Cấu tạo cao silicon

• Công thức hóa học của loại cao su silicone đơn giản nhất là Poly Dimethyl Siloxane (MQ) được thể hiện bên dưới.
• Trong công thức này, do liên kết Si-O (444 kJ/mol) bền hơn liên kết C-C (356 kJ/mol) làm cho cao su silicone có tính kháng nhiệt độ cao tốt hơn các loại cao su hữu cơ truyền thống. Bên cạnh đó, mạch chính cao su silicone không có các liên kết đôi chưa bão hòa làm cao su silicone trơ, kháng tốt với các yếu tố môi trường như oxy, ozon, ánh sáng mặt trời.
• Ngoài ra, do năng lượng quay tự do của liên kết Si-O thấp tạo nên tính mềm dẻo cho cao su silicone chưa gia công.
• Thực tế, các mạch phân tử Poly Siloxane được biến tính, thêm vào các nhánh bên để đạt được những tính chất nhất định cho các ứng dụng riêng biệt.
• Nhìn chung, Methyl, Vinyl, Phenyl và Trifluoropropyl là các nhóm nhánh thông dụng nhất tạo thành các sản phẩm Poly Siloxane thương mại khác nhau.
• Sự kết hợp của các nhóm vinyl (ít hơn 1% mol) như nhánh bên của chuỗi phân tử Poly Siloxane (loại VMQ) tăng đáng kể hiệu quả kết mạng với các Peroxide hữu cơ. Điều này giúp loại VMQ có tính biến dạng dư thấp và tính kháng dầu nóng cải thiện so với loại MQ.
• Nhánh Vinyl có thể được kết hợp vào mạch chính ở những vị trí nhất định, giúp kiểm soát các liên kết mạng, tính chất cơ lý của sản phẩm tốt hơn và ổn định trong thời gian dài.
• Ngày nay, hầu hết các loại cao su silicone thương mại đều chứa một lượng đơn vị Vinyl nhất định.
• Tương tự, việc thế một phần các nhóm Methyl (5 tới 10%) bằng các nhóm Phenyl (loại PMQ) sẽ giúp cao su silicone cải thiện tính kháng nhiệt độ thấp. Một loại cao su silicone khác là Fluorosilicone, các nhánh Trifluoropropyl được gắn vào chuỗi Poly dimethyl siloxane mang lại tính phân cực cho cao su silicone, giúp kháng được nhiên liệu, dầu mỡ và dung môi.

Phân loại vật liệu

Cao Su Silicon (MQ, VMQ, FVMQ, PVMQ)

Cao Su Silicone Chứa Dimethyl Siloxane

– Tại đây chúng ta chỉ xem xét các loại cao su có thể cán luyện được, nhìn chung chứa 5,000 – 9,000 đơn vị dimethyl siloxane.

– Các polymer chỉ chứa đơn vị lặp lại như trên được gọi là methyl silicone, và theo hệ thống tên gọi ISO là MQ.

– Có thể thay thế một vài nhóm methyl (<0.5%) bằng nhóm vinyl, và vinyl methyl silicone được tạo thành (theo hệ thống tên gọi ISO là VMQ) có những tính chất lưu hóa được cải thiện và biến dạng nén ít hơn.

– Việc thay thế 5 – 10% nhóm methyl trên nguyên tử silic bằng nhóm phenyl giúp cho polymer thể hiện những tính chất nổi bật ở nhiệt độ thấp.

– Nhiệt độ giòn xấp xỉ khoảng -117 độ C có thể đạt được khi so sánh với khoảng -70 độ C của các loại VMQ.

– Tên gọi ISO cho các loại silicone được biến tính bằng nhóm phenyl là PMQ, hoặc là PVMQ nếu loại này được biến tính cùng lúc bằng nhóm vinyl.

– Để cải thiện tính kháng dung môi của polymer, một nhóm fluoroankyl có thể thay thế cho một nhóm methyl trên mỗi nguyên tử silic, polymer tạo thành (theo hệ thống tên gọi ISO là FMQ hoặc FVMQ)

– Cao su silicone thể hiện tính chống lão hóa nhiệt tốt và có thể được xem xét sử dụng tới nhiệt độ 200 độ C.

– Điều này thật sự đúng nếu peroxide có tính acid còn lại trong cao su không mất đi hết trong quá trình lưu hóa lại.

– Nhìn chung những chất độn silica được dùng để gia cường cho những vật liệu này, than đen ít gia cường hơn, và sử dụng trong một số trường hợp đặc biệt.

– Silicone cũng có sẵn ở dạng lỏng (LR hoặc LSR), dạng lưu hóa ở nhiệt độ phòng (RTV) và dạng lưu hóa ở nhiệt độ cao (HTV).

Tính chất cao su silicon chịu nhiệt

– Màu sắc: trắng, đen, vàng, xanh, đỏ…

– Độ cứng cao su silicone: từ 30 shore A đến 80 shore A

– Chịu được nhiệt độ lên đến 300 độ C

– Giấy chứng nhận nguyên vật liệu: FDA, RoSH, Co.

– Cao su silicone không thể hiện mức độ cường lực cao ở nhiệt độ phòng

– Cao su silicone có tính năng ở nhiệt độ cao so với hầu hết những loại cao su hữu cơ khác

– Có thể tiếp xúc với hơi nước ở mức áp suất cao và qua những phản ứng thủy ngân mà không ảnh hưởng đến chất lượng của silicone.

– Cao su silicone có độ bền khá cao và có khả năng cách điện rất tốt. Nên được dùng nhiều trong những dây cáp và dây điện.

– Cao su xốp màu đỏ silicone không chịu được nhiệt cao, có thể sử dụng được ở nhiệt độ cao nhất lên đến 200 độ C.

– Cao su Silicon có thể bị lão hóa trong môi trường hoàn toàn kín và không có oxi, chúng có thể bị lão hóa qua những phản ứng thủy phân ngay bên trong. Nhưng quá trình lão hóa này có thể kéo dài hơn các loại cao su tự nhiện và tổng hợp khác

– Do đã bão hòa, khả năng chống lại oxy, ozon và tia cực tím của silicone là rất tốt, nhưng điều đó cũng có nghĩa là phải dùng peroxide cho quá trình lưu hóa.

– Tính kháng dầu của silicone nhìn chung tương đương với tính kháng dầu của polycloroprene, trong khi tính kháng dầu của fluorosilicone thì đạt mức kháng dầu của fluorocacbon.

Ứng dụng

– Cao su silicone có những chất trơ về mặt lý sinh nên được ứng dụng trong lĩnh vực Y tế, Cấy ghép, Dược phẩm, Thực phẩm, hóa chất…

– Cao su silicon được ứng dụng trong dân dụng và thể thao

– Cao su silicone có quá trình đốt cháy hình thành silica là một chất cách điện được ứng dụng trong thiết bị điện tử, thiết bị điện, dây cáp, Ô tô…

– Cao su silicone còn được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực công nghiệp và dân dụng khác.