Vetyä sisältävän{0}}silikoniöljyn rakenne ja valinta

Lisäksi-kovettuva nestemäinen silikonikumi (LSR/RTV-2) koostumusten lisäksi vinyylisilikoniöljy määrittää "perusluonteen", kun taas vetyä-siistävä silikoniöljy määrittää "silloittavan rungon". Oikean vetyä sisältävän silikoniöljyn valitseminen on puoli voittoa onnistuneen tuotteen muotoilussa.

Yksi. Vetyä-sisältävä silikoniöljy: Lisää{2}}kovettavan silikonin "arkkitehti".

Jos vertaamme silikonisilloitusverkkoa rakennukseen:

• Vinyylisilikoniöljy=teräsrunko (tarjoaa pääketjun rakenteen)

• Vetyä -sisältävät silikoniöljyä=betonisaumat (tarjoaa silloittuvia liitoskohtia)

• Platinakatalysaattorin=rakennusohjeet (ohjaa reaktion käynnistymistä)

Vetyä sisältävän silikoniöljyn rakennetyyppi, vetypitoisuus ja molekyylipaino määräävät suoraan tämän "rakennuksen" tiheyden, lujuuden ja joustavuuden.

Kaksi. Vetyä{1}}sisältävien silikoniöljyjen rakenne ja luokitus

2.1Kemiallinen perusrakenne Vety{0}}silikoniöljyn kemiallinen nimi on polymetyylivetysiloksaani (PMHS), ja sen perusrakenneyksikkö on:

Jossa:

• M-yksikkö: trimetyylisiloksi (CH3)3SiO [1/2] – pääte-pääteryhmä

• Mᴴ-yksikkö: Dimetyylihydrosiloksi (CH3)₂HSiO [1/2] – Vetyä-sisältävä pää-pääte

• D-yksikkö: Dimetyylisiloksi (CH3)₂SiO [2/2] – Pääketjun toistuva yksikkö

• Dᴴ-yksikkö: Metyylihydrosiloksi (CH₃)HSiO [2/2] – Vetyä- sisältävä pääketjuyksikkö

2.2 Kolme päärakennetyyppiä Si-H-sidosten jakautumisen perusteella molekyyliketjussa vetyä- sisältävät silikoniöljyt voidaan jakaa kolmeen luokkaan:

loppu-vetysilikoniöljytPääty-vetysilikoniöljyjen silloitusreaktio tapahtuu pääasiassa molekyyliketjujen päissä, mikä johtaa pidempään ketjusegmenttiin silloitetussa verkossa. Siksi: • Pienempi silloitustiheys • Pienempi vulkanisaatin kovuus • Suurempi venymä • Yleensä parempi läpinäkyvyys (vähemmän silloituspisteitä, pienempi mikroskooppinen epähomogeenisuus)

Sivu{0}}vetysilikoniöljytSi-H on jakautunut pääketjuun, ja jokainen molekyyli osallistuu useisiin silloituspisteisiin: • Suuri silloitustiheys • Vulkanisaatin korkea kovuus • Hyvä veto- ja repäisylujuus • Liiallinen käyttö voi kuitenkin helposti johtaa yhdisteen haurastumiseen.

Pää- ja sivu-vetysilikoniöljytkäytön nopea ja jatkuva kasvu viime vuosina. Säätämällä päätyryhmien/sivuryhmien vetypitoisuuden suhdetta silloitettua verkkorakennetta voidaan ohjata laajalla alueella vastaamaan eri sovellusskenaarioiden tarpeita.

2.3 Olennainen ero hydroksyylisilikoniöljyn ja vetyä{0}}sisältävän silikoniöljyn välillä. Aloittelijoilla yleinen väärinkäsitys:

sekoittaa vetyä{0}}silikoniöljyä ja hydroksyylisilikoniöljyä.

• Vetyä- sisältävä silikoniöljy (Si-H): Käytetään lisä--tyyppiseen silikoniöljyyn, se silloittuu vinyyliryhmien kanssa eikä vaadi vettä.

• Hydroksyylisilikoniöljy (Si-OH): Käytetään kondensaatio--tyyppiseen silikoniöljyyn, se tiivistyy ja dehydratoituu silloitusaineiden (kuten tetraetyyliortosilikaatin) avulla.

Näillä kahdella on täysin erilaiset kemialliset ominaisuudet, eikä niitä saa koskaan sekoittaa.

Kolme. Vetysisältö: Silloitustiheyden "nuppi".

3.1 Vetypitoisuuden määrittely ja mittaaminen Vetypitoisuus viittaa Si-H-sidosten määrään vetyä-pitoisessa silikoniöljyssä, ja se ilmaistaan ​​yleensä kahdessa yksikössä:

Yksikkö: Määritelmä: Tyypillinen alue:

paino-% H-massan prosenttiosuus Si-H-sidoksessa suhteessa kokonaismassaan 0,05-1,6 %

mol% D^H-yksiköiden mooliprosentti suhteessa kaikkiin D-yksiköihin 5% ~ 100%

Teollisuudessa vetypitoisuus määritetään yleensä kemiallisilla menetelmillä (reagoimalla ylimäärän alkalin kanssa vedyn tilavuuden mittaamiseksi) tai infrapunaspektroskopialla (Si{0}}H:n ominaisabsorptiohuippu kohdassa 2160 cm⁻¹).

3.2Vetypitoisuuden vaikutus silloitustiheyteen

Ristisidostiheyden ja vetypitoisuuden sekä vinyylipitoisuuden välinen suhde voidaan johtaa klassisesta kumin elastisuusteoriasta.

Keskeiset johtopäätökset:

• Kun vetypitoisuus on stoikiometrian alapuolella, silloitustiheys kasvaa lineaarisesti vetypitoisuuden kasvaessa.

• Kun vetypitoisuus ylittää stoikiometrian, silloitustiheydellä on taipumus kyllästyä (vinyylipitoisuus rajoittaa).

• Liiallinen vetyä{0}}siistävä silikoniöljy ei ole vain tuhlausta, vaan se sisältää myös reagoimattomia Si-H-jäämiä, mikä heikentää lämmönkestävyyttä.

3.3 Vetypitoisuuden vaikutus kovuuteen Kovuus (Shore A) liittyy suoraan silloitustiheyteen.

Kokeelliset tiedot osoittavat, että:

Huomautus: Tiedot perustuvat pää{0}}vetyä- sisältävään silikoniöljyyn (viskositeetti 200 mPa·s), vinyylisilikoniöljyyn, jonka vinyylipitoisuus on 0,5 mol-%, ja platinakatalyyttiin, jonka pitoisuus on 10 ppm.

Kuvio: Kovuus kasvaa suunnilleen lineaarisesti vetypitoisuuden kasvaessa 0,05 %:sta 0,30 %:iin; yli 0,50 %, kovuuden kasvu hidastuu, mutta hauraus kasvaa merkittävästi.

3.4 Vetypitoisuuden vaikutus mekaanisiin ominaisuuksiin:

Vetolujuus ja repäisylujuus

Vetypitoisuuden vaikutus vetolujuuteen seuraa käänteistä U{0}}muotoista käyrää:

• Alhainen vetypitoisuus (<0.10%): Insufficient crosslinking density, large slip space between molecular chains, low tensile strength (<3 MPa) 

• Kohtuullinen vetypitoisuus (0,15–0,35 %): Kohtuullinen silloitustiheys, ketjusegmentit kestävät rasitusta ja niillä on tietty liukutila, mikä johtaa korkeimpaan vetolujuuteen (5–8 MPa)

• High hydrogen content (>0,50%): Liiallinen silloittuminen, rajoitettu ketjusegmentin liike, jännityskeskittymä johtaa helposti murtumiseen, vetolujuus laskee.

Repäisylujuus noudattaa samanlaista mallia, jolloin optimaalinen vetypitoisuusalue on hieman pienempi kuin optimaalinen vetolujuusarvo.

Korkeaa joustavuutta vaativiin sovelluksiin (kuten mallinuket ja joustavat muotit) suositellaan alhaisen -vety-pitoisuuden käyttämistä. rakenneosien osalta voidaan käyttää korkean -vety-pitoisuuden sisältävää formulaatiota.

3.5Vetysisällön vaikutus läpinäkyvyyteen Lisää{0}}kovettuvan silikonin läpinäkyvyyttä rajoittaa kaksi tekijää:

• Täyteainedispersio (lisä{0}}kovetusjärjestelmissä ei tyypillisesti ole täyteainetta tai sitä on vain vähän, joten tämä ei ole ensisijainen tekijä)

• Ristikytketyn verkon mikroskooppinen tasaisuus Vetysisällön läpinäkyvyyteen vaikuttavan mekanismin:

• Alhainen vetypitoisuus: harvat risti{0}}sidoskohdat, epätasainen paikallinen ristisilloitus{1}}, mikä saattaa johtaa mikroskooppiseen faasien erottumiseen → Lievä samea

• Kohtuullinen vetypitoisuus: Tasainen risti{0}}linkitys, säännöllinen verkko → Optimaalinen läpinäkyvyys (läpäisevyys > 90 %)

• Korkea vetypitoisuus: Liian nopea ristisitoutuminen-, muodostaen paikallisia korkean-tiheyden mikro-alueita → Mikroskooppiset jännityspitoisuudet ja taitekerroinerot → Vähentynyt läpinäkyvyys

Optisen silikonin (LED-kotelointi, optiset linssit) vetypitoisuus on suositeltavaa säätää välillä 0,15-0,25 painoprosenttia.

3.6 Vetypitoisuuden vaikutus lämmönkestävyyteen Silikonikumin lämmönkestävyyteen vaikuttavat pääasiassa seuraavat tekijät:

• Pääketjun terminen hapettumiskestävyys (korkea Si-O-sidosenergia, hyvä peruslämmönkestävyys)

• Silloituspisteiden lämpöstabiilisuus

• Jäännös-Si{0}}H:n lämpöhapetus Vetypitoisuuden vaikutus lämmönkestävyyteen:

• Sopiva vetypitoisuus: muodostaa stabiileja Si-C-C-Si-silloituksia, erinomainen lämmönkestävyys (pitkäaikainen käyttö 200 asteessa)

• Liiallinen vetypitoisuus: jäännös Si-H hapettuu helposti korkeissa lämpötiloissa, mikä johtaa pääketjun katkeamiseen ja silloitusverkoston hajoamiseen, mikä ilmenee pehmenemisenä, tahmeana ja heikentyneenä mekaanisena ominaisuuksina korkeissa lämpötiloissa.

Teollinen kokemus: vetypitoisuutta tulisi lisätä 90–95 % stoikiometrisesta suhteesta riittävän silloittumisen varmistamiseksi välttäen samalla Si-H-jäämiä.

For high-temperature applications (>200 astetta), on suositeltavaa käyttää loppu-vetypitoisuutta tai vähän{2}}vetyä sisältäviä formulaatioita.

3.7Vetypitoisuuden vaikutus prosessin suorituskykyyn Käyttöaika: Itse vetypitoisuudella on vain vähän suoraa vaikutusta käyttöikään (käyttöaikaa säätelee pääasiassa platinakatalysaattorin ja estäjien määrä).

Korkean vetypitoisuuden koostumuksissa on kuitenkin usein seuraavat prosessiongelmat:

• Väkevämpi eksoterminen reaktio (enemmän Si-H:ta tilavuusyksikköä kohti osallistuu reaktioon), mikä johtaa paikalliseen lämpötilan nousuun ja lyhentää epäsuorasti käyttöikää.

• Herkempi katalyyteille; jopa epäpuhtaudet voivat laukaista "räjähtävän polymeroinnin". Kovettumisnopeus: Samalla katalyyttiannoksella:

• Suurempi vetypitoisuus johtaa nopeampaan kovettumisnopeuteen (enemmän reaktiokohtia).

• Todellinen kovettumisnopeus riippuu kuitenkin enemmän Si-H/Si-Vi-sovitussuhteesta ja katalyyttipitoisuudesta.

Irrotusominaisuudet: Korkean vetypitoisuuden koostumuksilla on korkea silloittumistiheys, hieman suurempi vulkanointikutistuminen ja monimutkainen tarttuvuus muotteihin. Irrotusaineen määrä on säädettävä tietyn muottimateriaalin mukaan.

Neljä. Molekyylipaino: "säätelijä" verkkoasteikolla

4.1 Molekyylipainon ja viskositeetin suhde Vety-pitoisen silikoniöljyn molekyylipainoa ei yleensä mitata suoraan, vaan sille on tunnusomaista kinemaattinen viskositeetti (mm²/s tai mPa·s, 25 astetta).

Yleiset viskositeettialueet teollisuudessa käytettäville{0}}vetyä sisältäville silikoniöljyille:

4.2 Molekyylipainon vaikutus ristisidosverkoston rakenteeseen Vetyä-sisältävän silikoniöljyn molekyylipaino määrittää ristisidosten välisen molekyylipainon (Molecular Weight Between Crosslinks, Mc): Pienimolekyylipainoinen vetyä-siistävä silikoniöljy:

• Lyhyet molekyyliketjut, pieni väli silloitusten välillä

• Tiheä silloitusverkko, mutta lyhyet ketjusegmentit

• Korkea kovuus ja korkea vulkanisoidun moduulin moduuli

• Alhainen venymä ja huono kimmoisuus

• Rakenne on samanlainen kuin "lyhyet teräspalkit + tiheät solmut". Korkean molekyylipainon omaava silikoniöljy{1}}siistävä:

• Pitkät molekyyliketjut, suuri väli silloitusten välillä

• Harva silloitusverkko, mutta pitkät ketjusegmentit

• Pehmeä vulkanointi matalalla moduulilla

• Suuri venymä ja hyvä kimmoisuus

• Rakenne samanlainen kuin "pitkät terästangot + harvat solmut"

4.3Molekyylipainon vaikutus mekaanisiin ominaisuuksiin

Mekanismi: Suuren molekyylipainon vetyä-sisältävän silikoniöljyn muodostamassa ristiinsidottu{0}}verkostossa pitkäketjuiset segmentit voivat suuntautua ja ulottua jännityksen alaisena, jolloin ne imevät enemmän energiaa, mikä johtaa korkeampaan veto- ja repäisylujuuteen. Pienimolekyylipainoinen vetyä-siistävä silikoniöljy muodostaa liian jäykän verkoston, mikä johtaa jännityksen keskittymiseen ja ennenaikaiseen rikkoutumiseen.

4.4 Molekyylipainon vaikutus haihtuviin aineisiin Tämä on usein huomiotta jätetty, mutta ratkaiseva tekijä:

• Pienen molekyylipainon vetyä{0}}sisältävä silikoniöljy (<200 mPa·s): Contains more oligomers, resulting in high volatile matter (>1%)

• High molecular weight hydrogen-containing silicone oil (>1000 mPa·s): Vähähaihtuva aine (<0.5%) Hazards of excessively high volatile matter:

• Pienen molekyylipainon yhdisteet haihtuvat vulkanoinnin aikana muodostaen öljysumua tai sumu{0}}kaltaisia ​​kerrostumia tuotteen pinnalle

• Elektronisissa pakkaussovelluksissa haihtuvat aineet saastuttavat komponentteja.
• Korkeissa{0}}lämpötiloissa haihtuvat aineet aiheuttavat kuplia ja tyhjiä paikkoja.

• Optisissa sovelluksissa haihtuvat aineet tiivistyvät linssin pinnalle, mikä vaikuttaa valonläpäisyyn.

Valintaperiaatteet:

• Electronic/Optical Grade Applications: Select high viscosity (>1000 mPa·s) tai vähän haihtuvaa vetyä sisältävää silikoniöljyä.

• Yleiset teolliset sovellukset: Keskiviskositeetti (100-500 mPa·s) on riittävä.

• Teollisuusmuotit, jotka vaativat nopean irrotuksen: Matala viskositeetti on hyväksyttävä, mutta varmistaa riittävän vulkanoinnin.

4.5Molekyylipainon vaikutus sekoitusprosessiin

Vetyä sisältävä{0}}silikoniöljy on sekoitettava tasaisesti vinyylisilikoniöljyyn, täyteaineisiin ja lisäaineisiin:

• Matalaviskositeettinen{0}}vetyä sisältävä silikoniöljy: helppo hajottaa ja sekoitusenergian kulutus on alhainen, mutta se pyrkii "ryömimään" täyteainepinnalla, mikä johtaa epätasaiseen jakautumiseen.

• Korkeaviskositeettinen vetyä{0}}sisältävä silikoniöljy: vaikea sekoittaa, vaatii pidemmän sekoitusajan tai suuremman leikkausvoiman, mutta kun se on levinnyt tasaisesti, sen säilyvyys säilyy paremmin.

Varsinaisissa formulaatioissa käytetään usein korkean ja alhaisen viskositeetin yhdistämisstrategiaa prosessoitavuuden ja suorituskyvyn tasapainottamiseksi.

Viisi. Vedyn valintaperiaatteet-Silikoniöljyä sisältävä: teoriasta käytäntöön

Vetyä{0}}sisältävän silikoniöljyn valintapäätös

Sopivan vedyn{0}}sisältävän silikoniöljytyypin sovittaminen käyttöskenaarioihin

Sovellusskenaariot:
Elektroniikka/sähkö: alhainen haihtuvuus, korkea puhtaus, vetypitoisuus 0,5-1,0 %
Muovaus/Teollinen: Keskiviskositeetti, tasapainoinen suorituskyky, vetypitoisuus 0,3-0,8 %
Lääketiede/Ruoka: Korkea turvallisuus, vähäinen jäännös, klooripitoisuus 0,2-0,5 %
Silloitustiheyden ja vulkanointiolosuhteiden tarkistaminen

5.1Päätösmatriisin valinta

5.2 Periaatteet sovitetaan vinyylisilikoniöljyihin

Vetyä{0}}sisältävien silikoniöljyjen valintaa on harkittava yhdessä vinyylisilikoniöljyjen kanssa.

Stökiömetrinen suhde: Ihanteellinen reaktion moolisuhde: moolia Si-H / moolia Si-Vi=1.0 Empiirinen suhde teollisessa käytännössä: R=moolia Si-H / moolia Si-Vi:tä • R < 1,0: Liiallinen vinyyli, riittämätön silloitus,{7}riittämätön silloitus{7} vulkanoi pinta • R=1.0~2,0: Ihanteellinen alue, riittävä silloitus, tasapainoinen suorituskyky • R > 2,0: Ylimääräinen Si-H, korkea jäännös Si-H, heikentynyt lämmönkestävyys, huono pitkän ajan{13}}luotettavuus.

5.3Yleisiä väärinkäsityksiä valinnassa

Väärinkäsitys 1: Korkeampi vetypitoisuus tarkoittaa nopeampaa kovettumista. Oikea vastaus: Kovettumisnopeus riippuu pääasiassa platinakatalyytin pitoisuudesta ja aktiivisuudesta; vetypitoisuudella on toissijainen vaikutus. Liiallinen vetypitoisuus voi itse asiassa johtaa epätasaiseen kovettumiseen paikallisen yli-silloittumisen vuoksi.

Väärinkäsitys 2: Matala-viskositeettinen vety-silikoniöljy on aina helpompi sekoittaa.

Oikea vastaus: Vaikka alhainen viskositeetti on todellakin helpompi sekoittaa, sen haihtuvuus on korkeampi ja se on taipuvainen "siirtymään" järjestelmän sisällä, mikä voi johtaa kerrostumiseen ja epätasaiseen suorituskykyyn pitkän{0}}varastoinnin jälkeen.

Harhakäsitys 3: Pää-vetyä sisältävä-silikoniöljy toimii huonommin kuin sivu-sisältävä vetyä-siistävä silikoniöljy.

Oikea vastaus: Molemmat sopivat eri sovelluksiin. Pää-vetyä sisältävä-silikoniöljy ylittää usein sivu-vetyä sisältävän-silikoniöljyn läpinäkyvyyden ja joustavuuden suhteen, joten se on ensisijainen valinta optisiin ja joustaviin sovelluksiin.

Väärinkäsitys 4: Vetyä-pitoista silikoniöljyä voidaan säilyttää avoimesti pitkiä aikoja.

Oikea vastaus: Si-H-sidokset ovat herkkiä kosteudelle ja hapelle. Pitkäaikainen -altistuminen ilmalle aiheuttaa hidasta hydrolyysiä ja hapettumista, mikä johtaa vetypitoisuuden laskuun, viskositeetin muutoksiin ja vetykuplien muodostumiseen. Se on säilytettävä suljetussa, valonpitävässä-ja kuivassa ympäristössä.

5.4 DeepSea Technologyn tekniset suositukset

Yllä olevan analyysin perusteella Shanghai Silicon Power Materials Co., Ltd. suosittelee seuraavaa:

• Määritä ensin suorituskykytavoitteet ja valitse sitten vetyä{0}}sisältävät silikoniöljyt: Aseta kovuus, venymä, läpinäkyvyys ja lämpötilankesto etusijalle ennen valinnan tekemistä.

• Aloita pienen{0}}mittakaavan testaamisesta: Teoreettisten laskelmien pitäisi antaa alustava muotoilu. Määritä optimaaliset parametrit pienen mittakaavan -testauksen avulla (vähintään 3 vetypitoisuusgradienttia suositellaan).

• Kiinnitä huomiota varastoinnin vakauteen: Valitse vähän-haihtuvia, erittäin-puhtaita vetyä-sisältäviä silikoniöljyjä, jotta vältytään erien-to{4}}suorituskyvyn vaihteluilta.

• Harkitse Si-H/Si-Vi:tä pareittain: Älä valitse vetyä- sisältäviä silikoniöljyjä erikseen. ne on suunniteltava yhdessä vinyylisilikoniöljyjen kanssa.

• Kesävalmisteet vaativat lisävalidointia: Muutokset reaktiivisuudessa korkeissa lämpötiloissa voivat aiheuttaa talven validoinnin läpäisseille formulaatioille liian lyhyitä käyttöjaksoja tai epänormaalin kovettumisen kesällä.

Kuusi. Johtopäätös Vetyä sisältävän silikoniöljyn{1}}valitseminen on "kauppojen taide".

• Kovuus vai joustavuus? → Säädä vetypitoisuutta

• Lujuus vai venymä? → Säädä molekyylipainoa

• Läpinäkyvyys vai lämmönkestävyys? → Säädä rakennetyyppiä

• Nopea kovettuminen vai pitkä käyttöaika? → Säädä katalyytti ja inhibiittori. Ei ole olemassa "parasta" vetyä sisältävää{1}} silikoniöljyä, vain "sopivin".

Rakenteen, parametrien ja suorituskyvyn välisen luontaisen suhteen ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää luotettavien formulaatioiden suunnittelussa sen sijaan, että luottaisi yrityksen ja erehdyksen avulla tulokseen.

Tietoja Deepsea Technologysta:

Jiujiang Deepsea Technology Development Co., Ltd. on ollut syvästi mukana erikoisorgaanisten piikemikaalien alalla useiden vuosien ajan tarjoten täyden valikoiman vetyä-pitoisia silikoniöljytuotteita (päässä-sisältävät, sivu-sisältävät, pää{5}}puolen-pitoisuudet, pitoisuus 0-20 m², viskositeetti 0-20 0,05-1,6 painoprosenttia, ja se voi tarjota räätälöityjä formulaatioehdotuksia asiakkaiden erityisten sovellusten mukaan.