Daudzu cilvēku iespaids par silikonu ir virtuvē: cepešpannas, lāpstas, kūku veidnes, kas ir mīkstas satveršanai, bet ļoti karstumizturīgas-, ja tās tiek ievietotas krāsnī; Pat iznākot no augstas temperatūras virs 200 grādiem, nav redzama "kušana".
Mīkstie materiāli, ar kuriem parasti saskaramies, piemēram, plastmasas maisiņi, gumijas lentes, putuplasta kokvilna, kļūs lipīgi, deformējas vai pat izkusīs augstā temperatūrā
Kāpēc silikons var "intuitīvi pretoties" sasniegt maigumu un izturību pret augstu temperatūru? Šodien mēs izskaidrosim šo jautājumu no struktūras, elektroniskās uzvedības līdz inženiertehniskajām lietojumprogrammām.
01 Izjauciet skeletu un apskatiet to
Silikonam (precīzāk, istabas temperatūrā vai augstā temperatūrā vulkanizētai silikona gumijai ar polidimetilsiloksāna galveno ķēdi, PDMS) ir pavisam cits "skelets" nekā parastajai organiskajai gumijai - Si-O-Si neorganiskā organiskā hibrīda galvenā ķēde. Šī galvenā ķēde vienlaikus nosaka tās "maigumu" un "karstumizturību".
Kāpēc tas ir mīksts?
Garāks saites garums un plašāks saites leņķis: Si-O saites ir garākas par C-C saitēm, un arī Si-O-Si saites leņķis ir lielāks. Šo divu lietu kombinācija atstāj lielāku "kustības vietu" ķēdes segmentam, lai tā varētu griezties, atvieglojot ķēdes locīšanu uz priekšu un atpakaļ - tāpēc stiklošanās temperatūra (Tg) ir ļoti zema (PDMS Tg bieži ir aptuveni -120 grādi). Pasaulē, kur istabas temperatūra ir daudz augstāka par Tg, tas dabiski ir "mīkstmieši".
Sānu pamatnes "eļļošana": visizplatītākā silikona sānu pamatne ir - CH3. Metilgrupas ir maza izmēra un tām ir vāja mijiedarbība viena ar otru. Ķēdes nav ļoti "lipīgas" viena ar otru, piemēram, uzklājot neredzamu smēreļļu molekulārā līmenī. Makroskopiski tie izskatās mīksti un tiem ir viegls atsitiens.
Zema rotācijas barjera: rotācijas pretestība ap Si{0}}O saiti ir maza, un segmenti ir elastīgi kā savstarpēji savienoti savienojumi, kas ir arī mikroskopiskais zemā Tg avots.
Kāpēc tas ir karstum{0}}izturīgs?
Pati Si-O saite ir ļoti spējīga pārraut: Si-O saites saites enerģija ir ievērojami augstāka nekā tipiskām C-C un C-O saitēm, tāpēc tās "pārraušanai" ir nepieciešama lielāka enerģija, tāpēc augstā temperatūrā tā nav viegli pārraujama.
Neorganiskais karkass: galvenā organiskā kaučuka ķēde parasti ir C-C vai C-O, kas karsta skābekļa apstākļos ir vairāk pakļauta reaktīvo brīvo radikāļu uzbrukumiem; Si-O galvenā ķēde ir stabilāka un tiek pakļauta lēnākai termiskai oksidatīvai novecošanai.
Komplektā ar aizsargapvalku ugunsgrēka gadījumā: silikona gumija augstā temperatūrā/atklātā liesmā radīs blīvu neorganisku pelnu slāni, kas līdzīgs silīcija dioksīdam (SiO ₂), piemēram, ātri pārklājoties ar karstumizturīgu -apvalku, lai bloķētu karstuma un skābekļa turpināšanu, tāpēc to parasti raksturo "pašiztecēšana" un "izdalīšanās".
Kopsavilkums vienā teikumā:
Maigumu nodrošina ķēžu elastība un vāja starpmolekulārā mijiedarbība, savukārt karstumizturību nodrošina spēcīgas Si{0}}O saites un neorganiskie pirolīzes produkti. Šīs divas lietas nav pretrunīgas.
