Силикон: что это такое и виды материала

Благодаря устойчивости к экстремальным температурам, инертности к химическим веществам, эластичности и стабильности в течение всего срока службы, силиконовые изделия незаменимы там, где обычные материалы не выдерживают нагрузки. Рассмотрим, что это за материал, его происхождение и его виды.

Определение и происхождение материала

Силикон — эластомер из класса кремнийорганических соединений. В его основе лежит полимерная цепь, построенная на чередовании атомов кремния и кислорода (Si–O–Si). Такое строение определяет высокую термическую и химическую стабильность материала. В отличие от органических полимеров, в которых основой цепи выступает углерод, в силиконовой структуре отсутствуют слабые связи, подверженные термодеструкции. Это способствует его термостойкости и долговечности.

Происхождение силикона связано с глубокой переработкой природного кремния, который извлекается из кварцевого песка. Затем, в процессе производства, из кремния получают специальные кремнийорганические соединения, из которых собирается силикон. В зависимости от того, для чего он нужен, эти блоки можно соединить в длинные цепочки или переплести между собой, чтобы получить материал нужной прочности и гибкости. Термин «силикон» был предложен в начале XX века британским химиком Фредериком Киппингом, который первым систематизировал исследования кремнийсодержащих полимеров. Однако масштабное производство началось во второй половине 20 века, когда возникла потребность в термостойких материалах для авиации и электроники.

Основные свойства и характеристики

Силикон характеризуется комплексом физико-химических параметров, сочетающихся в одном материале, что принципиально отличает его от большинства эластомеров. Структура с устойчивыми Si–O связями делает его способным функционировать в экстремальных условиях без потери функциональности.

Ключевые эксплуатационные характеристики силикона:

• Диапазон температур от –50 °C до +250 °C у стандартных марок, до +300 °C у термостойких.
• Устойчивость к УФ-излучению, озону, атмосферному старению и радиации.
• Инертность к сточным водам (грязным), кислотам, щелочам, маслам и растворителям.
• Электроизоляционные свойства: диэлектрическая проницаемость, стабильность при высоких частотах.
• Высокая эластичность, восстановление формы после сжатия.
• Биологическая инертность и гипоаллергенность.

Отдельным преимуществом силикона выступает слабая адгезия к большинству поверхностей.

Совокупность перечисленных характеристик делает силикон универсальным материалом для ответственных применений, включая изоляцию электронных узлов, производство медицинских компонентов, элементов уплотнения, виброгашения и термостабилизации.

Классификация видов силикона

По физической форме и консистенции силиконы подразделяются на три основные группы: жидкий силиконовый каучук (LSR), резину высокой консистенции (HCR) и силиконы, отверждаемые при комнатной температуре (RTV).

• LSR — это двухкомпонентные низковязкие составы, отверждаемые платиновым катализатором при температуре от 120 °C. Они обладают высокой текучестью и точно заполняют форму, что делает их незаменимыми при производстве изделий сложной геометрии, в том числе медицинских и пищевых.

• HCR — высоковязкий силикон, требующий интенсивного перемешивания и нагрева для формирования. Обычно отверждается с помощью органических пероксидов или платиновых систем, отличается высокой прочностью, устойчивостью к нагрузкам и износу, используется в производстве технических изделий, уплотнителей, кабельных оболочек.
• RTV-силиконы — это эластомеры, которые отверждаются без термической обработки. Однокомпонентные составы полимеризуются под действием влаги, двухкомпонентные — после смешивания. Они применяются для герметизации, заливки, создания форм, ремонта и изоляции в бытовом и промышленном сегменте.

По химической структуре силиконы делятся на:

• Органические — это кремнийорганические полимеры с Si–O основной цепью и органическими заместителями (метил, фенил, винил и др.), которые формируют основу большинства каучуков и компаундов.
• Фторсиликоны — модифицированный вариант с повышенной химической стойкостью к растворителям, топливу, маслам и способностью сохранять эластичность в широком диапазоне температур.
• Неорганические, представленные в основном силикагелем и кремниевыми оксидами, обладают высокими сорбционными характеристиками и используются как влагопоглотители, осушители и наполнители.

По способу отверждения различают:

• Термически отверждаемые силиконы (LSR, HCR) — требуют нагрева и используются при производстве массовых промышленных изделий, где важны скорость цикла и стабильность характеристик.
• RTV-составы удобны в монтаже и ремонте — они не требуют дополнительного оборудования, хорошо адгезируют к различным материалам и быстро набирают прочность при 20–25 °C.

По назначению и специальным свойствам силикон подразделяется на:

• Пищевой — безопасен при контакте с едой, не выделяет вредных веществ и хорошо переносят чистку.
• Медицинский — стерилен, не вызывает реакции и применяется, например, в катетерах и масках.
• Высокотемпературный — сохраняет гибкость даже при 250–300 °C, поэтому его используют в оборудовании, где важна термостойкость.
• Маслостойкий и химически стойкий работает в агрессивных средах — например, в двигателях, насосах и химических установках.

Применение различных видов

Эксплуатационные свойства силикона предопределяют сферу применения. Причем выбор конкретного вида определяется требованиями к температурной стабильности, эластичности, химической стойкости.

Самые распространенные направления:

• Строительство и монтаж: силиконовые герметики применяются для герметизации стыков, швов, швов фасадных панелей, остекления, кровельных элементов.
• Медицина: силикон применяется для изготовления катетеров, трубок, имплантов, перевязочных материалов, контактирующих с кожей и слизистыми.
• Электроника: используется в качестве заливочных компаундов, термоизоляционных прокладок, защитных оболочек для печатных плат, LED-модулей и датчиков.
• Пищевая индустрия: из силикона изготавливают формы, коврики, трубки и прокладки, пригодные для прямого контакта с пищевыми продуктами.
• Машиностроение и транспорт: силиконовые шланги, уплотнители и демпферы применяются в условиях вибрации, высоких температур и агрессивной среды.

Компания NLS поставляет как технические, так и пищевые и медицинские силиконы, подбирая решения под конкретные условия эксплуатации.