Silikon kauçuk, ana zinciri dönüşümlü olarak silikon ve oksijen atomlarından oluşan ve silikon atomları tipik olarak iki organik gruba bağlanan bir kauçuk tipini ifade eder. Sıradan silikon kauçuğu esas olarak metil grupları ve az miktarda vinil grupları içeren siloksan bağlantılarından oluşur.
Silikon Kauçuğun Termal Yaşlandırılması
Termal yaşlanma, silikon kauçuğun yaşlanmasının en önemli şeklidir. Silikon kauçuğun hizmet ortamı, ısı ve oksijen kombinasyonunun termal yaşlanmaya yol açtığı yüksek-sıcaklıktaki havadır. Termal-oksidatif yaşlanma süreci sırasında, yüksek sıcaklıklar silikon kauçuğun oksidasyonunu teşvik eder ve oksijen de termal bozunmasını teşvik eder.
Termal-oksidatif yaşlanma sırasında silikon kauçuğundaki yapısal değişiklikler iki kategoriye ayrılabilir: birincisi, termal-oksidatif yaşlanma reaksiyonlarının neden olduğu moleküler zincirin bozulması; ikincisi, moleküler zincirler arasında çapraz-bağlantı. Moleküler zincirin bozulması, kauçuğun yaşlandıktan sonra yapışkan hale gelmesine neden olur; -yaşlanma sonrası çapraz-bağlanma kauçuğu sertleştirir. Her ikisi de kauçuğun mekanik özelliklerinin azalmasına ve sonuçta başarısızlığa yol açacaktır. Hava sıcaklığı arttıkça vulkanize silikon kauçuk çapraz-bağlanır ve kopma uzamasındaki azalma, çekme mukavemetindeki azalmadan çok daha fazladır.
Silikon Kauçuğun Isı Direncini Etkileyen Faktörler
1. Kimyasal Yapı
(1). Ana Zincir ve Yan Gruplar
Ana zincir, silikon kauçuğun en temel omurgasıdır ve termal yaşlanması üzerinde belirleyici bir etkiye sahiptir. Ana zincir, önemli bir polarite ve esneklik sergileyen, sarmal bir yapıda düzenlenmiş siloksan bağlarından oluşur. Bu nedenle, yüksek sıcaklıklarda ana zincir bozulmasına ve yan grup oksidasyon reaksiyonlarına yatkın hale gelir, bu da silikon kauçuğun giderek yumuşamasına ve faydalı değerini kaybetmesine neden olur. Silikon kauçuğun ana zinciri farklı yapılardan oluşuyorsa ısı direnci de önemli ölçüde değişir. Ana zincire fenilen, siklodisilazan, difenil eter, fenilen grupları veya karboranilen gibi grupların eklenmesi, siklizasyon bozunma reaksiyonları olasılığını büyük ölçüde önleyebilir ve malzemenin genel ısı direncini geliştirebilir. Yan gruplara gelince, vinil silikon kauçuğun yan grupları sırasıyla fenil, metil, etil, propil ve bütil olduğunda, yüksek-sıcaklık ortamında sırayla oksitlenecek ve malzemenin ısı direncinin azalmasına yol açacaktır. Ayrıca araştırmalar, alkil yan grupları arttıkça silikon kauçuğun termal stabilitesinin de azaldığını buldu. Örneğin dimetil silikon kauçuğun ısı direnci, bütil silikon kauçuğun ısıya karşı direncinden daha iyidir.
(2). Son Gruplar
Metil silikon kauçuğun uç grubu bir hidroksil grubu olduğunda, daha düşük sıcaklıklarda moleküller arası yoğunlaşma reaksiyonları meydana gelebilir, bu da ana zincirin kesilmesini teşvik eder ve böylece malzemenin ısı direncini etkiler. Daha yüksek sıcaklıklarda, geri-geri ısırma reaksiyonları meydana gelebilir, bu da rastgele bozulmaya neden olur ve sonuçta silikon-fenil bağlarının ve silikon-oksijen bağlarının bölünmesi yoluyla silikon kauçuğun ısı direncini etkiler.
2. Yarı-İnorganik Polimer Kompozit Malzemeler
Yarı-inorganik bir polimer kompozit malzeme olarak, silikon kauçuğa farklı dolgu maddeleri eklemek, ısı direnci üzerinde farklı etkiler yaratabilir. Örneğin, bazı amfoterik metal bileşiği dolgu maddeleri, silikon kauçuğun içindeki asidik veya bazik maddeleri emebilir ve bu maddelerin neden olduğu silikon kauçuğun katalitik bozunmasını etkili bir şekilde azaltabilir. Bu önlem termal yaşlanma olasılığını etkili bir şekilde azaltabilir. Bu amaç için yaygın olarak kullanılan bir malzeme tipik olarak alüminyum oksittir. Özetle, dolgu maddeleri sadece mükemmel genişleticiler değildir, aynı zamanda uygun şekilde kullanıldığında silikon kauçuğun ısı direncini de önemli ölçüde artırabilir.
3. Çevresel Faktörler
Su buharı da dahil olmak üzere servis ortamındaki su, silikon kauçuğundaki siloksan bağlarının bölünmesine neden olarak silanol gruplarının oluşmasına neden olabilir. Silanol gruplarının varlığının silikon kauçuğun ısı direncini olumsuz etkilediği iyi bilinmektedir. Ayrıca çok ilginç bir nokta da dolgulu silikon kauçukta siloksanların hidrolizi ve yeniden düzenlenmesinin mekanik özellikler üzerinde aynı etkiye sahip olmasıdır. Bu nedenle, yalnızca mekanik özellik analizi yoluyla hidrolizin varlığını etkili bir şekilde belirlemek zordur, ancak ısı direncindeki farklılıklar, bunun belirlenmesi için bir temel oluşturabilir. Silikon kauçuk sistemindeki asitlerin veya bazların varlığı, bunun bozunmasını katalize edecektir. Ayrıca çevresel oksijen ve ozonun da silikon kauçuğun termal bozunması üzerinde bazı olumsuz etkileri vardır. Aynı zamanda, uygulama ortamında döngüsel stres yükleri mevcutsa, dimetilsiloksan ve difenilsiloksan kopolimer elastomerlerinin bozunmasını hızlandırabilir, böylece malzemenin ısı direncini azaltabilir. Ayrıca bozunma mekanizması bu iki kopolimerin bileşim oranına bağlı olarak farklılık gösterir.
Silikon Kauçuğun Isı Direncini Artırmaya Yönelik Önlemler
Vulkanize silikon kauçuğun termal yaşlanma mekanizmasına dayanarak, termal yaşlanma özelliklerini iyileştirmek için aşağıdaki gibi çeşitli yöntemler vardır:
(1) Yan zincirlerin ayrışmasının neden olduğu moleküler zincirlerin çapraz bağlanmasını veya bozulmasını önlemek için fenil gruplarının eklenmesi gibi silikon kauçuğu yan zincirlerinin bileşimini değiştirin. Bunun nedeni, fenil gruplarının kolayca oksitlenmemesi ve silikon zincirinde sterik engel oluşturması, organosilikon zincirinin ayrışmasını daha zor hale getirmesidir. Ayrıca daha büyük konjugasyon ve sterik engelleme etkilerinden dolayı termal bozunma sıcaklıkları daha yüksektir.
(2) Karbon, desiloksi, benzen, difenil eter ve siklodisilazan grupları gibi vulkanizattaki çapraz-bağlayıcı bağların termal stabilitesini arttırmak için silikon kauçuğun moleküler zincirine büyük parçalar ekleyin.
(3) Yan zincir oksidatif çapraz-bağlanmasını ve ana zincir siklizasyon bozulmasını önlemek için bileşiğe, demir oksit, dioksan, heksafenilsiklotrisiloksan vb. gibi ısıya-dirençli katkı maddeleri ekleyin.
