ทำไมลูกถ้วยคอมโพสิตจึงใช้ยางซิลิโคน?

ในบรรดาวัสดุพอลิเมอร์ที่ใช้แทนเซรามิกและแก้วได้ ยางซิลิโคนประสบความสำเร็จในทางปฏิบัติมาตั้งแต่ปี 1960 และโดดเด่นกว่าโพลีเมอร์หลายชนิด ฉนวนยางซิลิโคนมีข้อดีมากกว่าฉนวนเซรามิก ประการแรก มีน้ำหนักเบา ใช้งานง่าย และปลอดภัย นอกจากนี้ ฉนวนเซรามิกมักจะแตกหักซึ่งอาจเกิดจากการกระแทกเพียงครั้งเดียว และฉนวนยางซิลิโคนสามารถทนต่อแรงกระแทกทางกล เช่น เมื่อรถชนเสาโทรศัพท์

แม้ว่าวัสดุพอลิเมอร์อื่น ๆ ก็มีข้อดีที่อธิบายข้างต้น แต่ยางซิลิโคนเท่านั้นจะไม่ทำให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมมากเกินไป ฉนวนโพลีเมอร์มีคุณสมบัติกันน้ำ ป้องกันการรั่วซึมและการโค้งงอของพื้นผิวจากหยดน้ำที่ตกลงมา ฉนวนยางซิลิโคนสามารถต้านทานน้ำได้เร็วกว่าฉนวนโพลีเมอร์อื่นๆ จึงเป็นวัสดุที่ทนทานซึ่งสามารถใช้งานได้ในสภาพแวดล้อมที่เลวร้ายเป็นเวลานาน

1. ลักษณะของยางซิลิโคน

1.1 ลักษณะทางเคมีของไซลอกเซน

1.1.1 พันธะเคมีที่มีความเสถียร

สายโซ่หลักของยางซิลิโคนประกอบด้วยโซ่ไซลอกเซน (Si-O) เนื่องจากอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของ Si และ O บนพันธะนี้คือ 1.8 และ 3.5 ตามลำดับ ซึ่งแตกต่างกันมาก โครงสร้างโพลาไรซ์ดังแสดงในรูปที่ เกิด 1(ละเว้น) ซึ่งมีคุณสมบัติของพันธะไอออนิก ดังนั้นพลังงานพันธะของ Si-O จึงสูงกว่า CC (ดูตารางที่ 1) นอกจากนี้ ① เนื่องจากธรรมชาติของพันธะไอออนิกกระดูกสันหลัง คุณสมบัติไอออนของโซ่ด้านข้าง methyl CH อ่อนลง ซึ่งโมเลกุลอื่นโจมตีได้ไม่ง่าย ดังนั้นความเสถียรทางเคมีจึงดี ② เนื่องจาก Si จะไม่เกิดพันธะคู่และพันธะสามตัว ดังนั้นจึงเป็นการยากที่จะสร้างจุดเริ่มต้นของการสลายตัวของกระดูกสันหลัง (ด้วยเหตุนี้พันธะ SI-C ค่อนข้างคงที่) ซึ่งทำให้กระดูกสันหลังของยางซิลิโคนมีเสถียรภาพมากขึ้น

1.1.2 โพลีเมอร์ที่มีความยืดหยุ่นสูง

มุมพันธะ (Si-O-Si) ของไซลอกเซนมีขนาดใหญ่กว่า (130 องศา -160 องศา ) และระดับความอิสระของไซล็อกเซนสูงกว่าพอลิเมอร์อินทรีย์ (CC, C: 110 องศา) ระยะพันธะ Si-O (1.64A) นั้นมากกว่าระยะ CC (1.5A) เช่นกัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง โมเลกุลของพอลิเมอร์โดยรวมเคลื่อนที่ได้ง่าย (ทำให้เสียรูปได้ง่าย)

เนื่องจากโครงสร้างเป็นเกลียวของโพลิไซล็อกเซน พันธะโพลิไซล็อกเซนบนสายโซ่หลักจะอยู่ภายในเนื่องจากการดึงดูดของพันธะไอออน และด้านนอกคือกลุ่มเมทิลที่มีปฏิสัมพันธ์ของลูกโซ่ด้านข้างที่อ่อนแอ ดังนั้นแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของโพลิไซลอกเซนจึงมีขนาดเล็ก

1.2 ลักษณะของยางซิลิโคน

ตามลักษณะทางเคมีที่อธิบายไว้ในข้อ 1.1 ยางซิลิโคนมีลักษณะดังต่อไปนี้ ซึ่งสามารถนำไปใช้ในสถานการณ์ฉนวนไฟฟ้าแรงสูงได้

1.2.1 ความต้านทานความร้อนและความเย็น

เนื่องจากยางซิลิโคนมีพลังงานพันธะสูงและความเสถียรทางเคมี ทนความร้อนได้ดีกว่าโพลีเมอร์อินทรีย์ นอกจากนี้ เนื่องจากปฏิกิริยาที่อ่อนแอระหว่างโมเลกุล อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วจึงต่ำและความต้านทานความหนาวเย็นได้ดี ดังนั้นลักษณะของมันจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อใช้ในส่วนใดส่วนหนึ่งของโลก

1.2.2 กันน้ำ

เนื่องจากพื้นผิวของโพลิไซลอกเซนเป็นหมู่เมทิลจึงไม่ชอบน้ำ จึงสามารถใช้กันน้ำได้

1.2.3 ไฟฟ้า

จำนวนอะตอมของคาร์บอนในโมเลกุลของยางซิลิโคนนั้นน้อยกว่าพอลิเมอร์อินทรีย์ ดังนั้นความต้านทานอาร์กและการรั่วซึมจึงดีมาก นอกจากนี้ แม้แต่การเผาไหม้ก็ยังก่อให้เกิดฉนวนซิลิกอน ดังนั้นฉนวนไฟฟ้าจึงดีเยี่ยม ,

png ฉนวนแท่ง

1.2.4 ทนต่อสภาพอากาศ

เนื่องจากพลังงานพันธะของไซลอกเซนนั้นสูงกว่าพลังงานแสงอัลตราไวโอเลต จึงมีโอกาสน้อยที่จะทำให้เกิดริ้วรอยเนื่องจากแสงอัลตราไวโอเลต ในการทดสอบการเร่งอายุการต้านทานโอโซน โพลิเมอร์อินทรีย์ในไม่กี่วินาทีถึงสองสามชั่วโมงจะเกิดจากการเสื่อมสภาพและการแตกร้าว และยางซิลิโคนแม้หลังจากอายุ 4 สัปดาห์มีความแข็งแรงลดลงเพียงเล็กน้อยเท่านั้น และไม่ทำให้เกิดการแตกร้าว กล่าวคือ ต้านทานโอโซนได้ดี ฝนกรดเป็นส่วนผสมของไอออนที่มีค่า pH ประมาณ 5.6 และมีการใช้สารละลายในการทดสอบฝนกรดเทียม (500 ครั้ง) ยางซิลิโคนมีความทนทานต่อสารเคมีได้ดีเยี่ยม แม้ว่ายางซิลิโคนในฝนกรดและสารผสมอื่นๆ อาจมีการเปลี่ยนแปลงที่แตกต่างกันด้วย แต่ผมเกรงว่าผลกระทบจะไม่ใหญ่นัก

1.2.5 การเสียรูปถาวร

ลักษณะการเสียรูปถาวร (การยืดตัวถาวรและการเสียรูปถาวรแบบอัดแรง) ของยางซิลิโคนที่อุณหภูมิห้อง/อุณหภูมิสูงจะดีกว่าโพลิเมอร์อินทรีย์

2 การจำแนกประเภทของยางซิลิโคน

ตามลักษณะของยางซิลิโคนก่อนวัลคาไนซ์สามารถแบ่งออกเป็นของแข็งและของเหลวสองประเภท นอกจากนี้ยังสามารถแบ่งออกเป็นวัลคาไนซ์เปอร์ออกไซด์ หลอมโลหะปฏิกิริยาเพิ่มเติมและหลอมโลหะปฏิกิริยาควบแน่นสามประเภทตามกลไกการหลอมโลหะ ความแตกต่างระหว่างยางซิลิโคนที่เป็นของแข็งและของเหลวอยู่ในน้ำหนักโมเลกุลของโพลิไซลอกเซน ยางซิลิโคนแข็งสามารถวัลคาไนซ์ได้ด้วยปฏิกิริยาเปอร์ออกไซด์และการเติมอย่างใดอย่างหนึ่ง และโดยทั่วไปจะเรียกว่ายางวัลคาไนซ์อุณหภูมิสูง (HTV) และยางวัลคาไนซ์ร้อน (HCR) แม้ว่าวัสดุยางซิลิโคนเหลวที่วัลคาไนซ์โดยปฏิกิริยาการเติมก็สามารถหลอมโลหะที่อุณหภูมิห้องได้ แต่เนื่องจากวิธีการขึ้นรูปและอุณหภูมิการหลอมโลหะจะแตกต่างกัน จึงเรียกว่ายางซิลิโคนเหลว (LSR) ยางวัลคาไนซ์ที่อุณหภูมิต่ำ (LTV) และอุณหภูมิห้องแบบสององค์ประกอบ ยางวัลคาไนซ์ (RTV) เป็นต้น ในการผลิตฉนวนโพลีเมอร์มักใช้การฉีดขึ้นรูปและการเทแม่พิมพ์

ยางซิลิโคนชนิดปฏิกิริยาควบแน่นแบบส่วนประกอบเดียว (วัลคาไนซ์อากาศเปียก) สามารถใช้สำหรับเคลือบหลุมร่องฟันและผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ การเจือจางตัวทำละลายที่มีประโยชน์ในการใช้พลังงาน การเคลือบยางซิลิโคนวัลคาไนซ์ที่อุณหภูมิห้อง โดยการพ่นเป็นวัสดุป้องกันสำหรับฉนวนเซรามิก

ยางซิลิโคนสำหรับฉนวนโพลีเมอร์

ยางซิลิโคนสามารถแบ่งออกได้หลายประเภทตามการใช้งาน

3.1 ยางซิลิโคนที่มีอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์

สามารถรับยางซิลิโคนที่มีความต้านทานการรั่วซึมและอาร์คได้ดีโดยเติมอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (ATH) ในปริมาณมาก ยางซิลิโคนที่บรรจุอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จำนวน 50 ก้อนมีคุณสมบัติต้านทานการรั่วไหลของไฟฟ้าแรงสูง (4.5kV) และมีความต้านทานอาร์กที่ดี ทนต่อสภาพอากาศ ทนต่อละอองเกลือ และทนฝนกรด สามารถใช้เป็นวัสดุฉนวนในพื้นที่ สเปรย์เกลือหนัก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากยางซิลิโคนชนิดนี้มีการเติม ATH สูง จึงมีข้อเสียคือมีความหนืดสูง (พลาสติก) ความแข็งแรงเชิงกลต่ำ เป็นต้น

3.2 ยางซิลิโคนไม่มีอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์

ในพื้นที่เช่นยุโรปในทวีปที่ไม่มีการพ่นเกลือ สามารถใช้ยางซิลิโคนที่ไม่มี ATH ได้เนื่องจากระดับมลพิษต่ำ ในโอกาสนี้ โดยเลือกยางซิลิโคนที่เหมาะสม การรักษาพื้นผิวคาร์บอนแบล็คสีขาว การเพิ่มสามารถปรับปรุงรอยต้านทานการรั่วซึมของสารผสมเพื่อปรับปรุงการไม่ชอบน้ำ เพื่อตอบสนองความต้องการติดตามความต้านทานการรั่วไหลของไฟฟ้าแรงสูง เมื่อเปรียบเทียบกับยางซิลิโคน ATH จะมีความหนืดต่ำกว่า มีคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลที่ดีขึ้น และมีคุณสมบัติทางไฟฟ้า

3.3 อุปกรณ์เสริมสายเคเบิลภายนอก

เนื่องจากเป็นอุปกรณ์เสริมสายเคเบิลภายนอกอาคาร จึงต้องมีความทนทานต่อการรั่วซึม วัสดุที่มีคุณสมบัติการยืดตัวถาวรต่ำสามารถรับได้โดยใช้โพลีเมอร์ที่มีความหนาแน่นของการเชื่อมขวางที่ปรับแล้วสำหรับผลิตภัณฑ์ที่หดตัวที่อุณหภูมิห้อง (การหดตัวด้วยความเย็น)

3.4 สำหรับอุปกรณ์เคเบิลภายในอาคาร

เนื่องจากเป็นสายเคเบิลสำหรับใช้ในร่ม จึงไม่น่าจะได้รับผลกระทบจากการพ่นเกลือ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีความต้านทานการรั่วไหล ยังคงมีความจำเป็นที่จะต้องมีคุณลักษณะการเสียรูปถาวรต่ำโดยใช้การหดตัวที่อุณหภูมิห้อง (การหดตัวด้วยความเย็น)

3.5 การประยุกต์ใช้การเคลือบ

หากฉีดพ่นบนส่วนที่ปนเปื้อนอย่างหนักของเคลือบยางซิลิโคน ก็จะสามารถคงสภาพการไม่ชอบน้ำได้ดีเป็นเวลานาน ฉนวนยังสามารถเคลือบตามระดับมลพิษเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการใช้งานอย่างต่อเนื่องและประหยัดค่าใช้จ่าย มีรายงานว่าหากเคลือบฉนวนยางซิลิโคน จะคงสภาพความไม่ชอบน้ำของฉนวนไว้ได้อีก ปัจจุบันมีฉนวนเคลือบสองประเภทและฉนวนยาง