Производитель и фабрика силиконовых трубок, специализирующаяся на изготовлении высокоточных силиконовых изделий на заказ в течение 14 лет.
Самое важное, что нужно знать о силиконовой резине.
Введение: Неорганическо-органический гибридный полимер
⚙Что такое силикон и как он производится
Наиболее распространенными видами каучука являются углеродсодержащие материалы, изготовленные из соединений, содержащихся в сырой нефти и природном газе. Силиконовый каучук обладает одной особенной особенностью: это искусственно созданное сочетание двух различных областей химии. Он находится на стыке химии неорганического кварца и синтетического макромолекулярного дизайна.
Первый метод — это прямой способ производства коммерческих силиконовых эластомеров. Затем производители используют очищенный кварцевый песок для удаления кислорода и получения элементарного кремния. После этого его помещают в специализированный реактор, где он реагирует с метилхлоридом. Этот процесс представляет собой медьсодержащий катализатор Мюллера-Рохова в псевдоожиженном слое.
Силиконовые полимеры мягкие. Это текучие жидкости, состоящие из длинных прямых цепочек. Эти цепочки состоят из повторяющихся молекул силикона. Именно упрочнение связей отличает базовую силиконовую жидкость от конечного силиконового каучука. Она сохраняет свою форму при смешивании с пирогенным диоксидом кремния. Такая структура позволяет материалу выдерживать суровые условия окружающей среды без разрушения, чего раньше никогда не наблюдалось.
✦Почему это служит десятилетиями и работает практически везде
Многие обычные каучуки остаются мягкими только потому, что производители добавляют в них дополнительные химические масла. Силиконовый каучук по своей природе долговечен и не требует смягчающих добавок. На молекулярном уровне силиконовые эластомеры обладают естественной гибкостью и, следовательно, не зависят от:
✕Фталаты
✕Эфирные пластификаторы
✕Антиоксидантные стабилизаторы
Благодаря своей стабильности силиконовая резина находит широкое применение в бесчисленных областях техники. Ее полимерный состав позволяет ей бесперебойно работать как в условиях сильного холода, так и в условиях сильной жары.
Молекулярная архитектура и основы химии
⚒Термодинамика полисилоксанового остова и связей
Силикон получает свою прочность благодаря кремний-кислородной структуре (--Si--O--Si--). Для её разрыва требуется 106 ккал/моль энергии. Это больше, чем для прямой цепи (C--C), для которой требуется 85 ккал/моль, и для углерод-кислородной связи (C--O), для которой требуется 76 ккал/моль. Эти связи жизненно важны для предотвращения разрыва:
⚠Термическое расщепление
⚠Пиролиз
⚠Солнечное УФ-излучение
⚠Повреждение озонового слоя
Атомы также расположены на значительном расстоянии друг от друга: межатомное расстояние составляет 1,64 Å по сравнению с 1,54 Å в связи C--C, под углами 134°–142° вместо плотных 110° в тетраэдрически связанных атомах углерода. Вращение требует 0 кДж/моль, поэтому цепи принимают спиральную конформацию. В этом случае внешние метильные группы (--CH3) экранируют полярный каркас и поддерживают низкие межмолекулярные силы.
✎Классификация полимеров и функциональность органических боковых групп
В соответствии с правилами ASTM D1418, эластомеры обозначаются буквой «Q» для четырехкомпонентной кремниевой основы, технически называемой четвертичной основой. Буквы в начале обозначения используются для обозначения присоединенных углеродных групп:
●MQ: Использует две метильные группы для диэлектрической изоляции и термостойкости.
●VMQ/MVQ: содержит от 0,1 до 0,5 мол.% винильных групп (–CH=CH2) в качестве реакционноспособных центров для более быстрого пероксидного сшивания или платинового отверждения.
●PVMQ/PMQ. Предотвращает образование кристаллов за счет громоздких фенильных колец (–C6H5), снижая температуру хрупкости при низких температурах до -100°C или -110°C для применения в криокосмической отрасли и Арктике.
●FVMQ: Обеспечивает устойчивость к масляным очистителям, алифатическим/ароматическим углеводородам и топливу, сохраняя при этом термостойкость.
Механическая динамика и экологические показатели
❄Экстремумы температур и механика стеклования (Tg)
Стандартный метилсиликон имеет температуру стеклования в диапазоне от -120 до -123 °C из-за минимального стерического препятствия. Углеводородные каучуки, с другой стороны, трескаются при температуре от -20 до -40 °C, тогда как силикон остается податливым и эластичным при криогенных температурах.
Стандартный VMQ способен работать в диапазоне температур от -50°C до +200°C (+220°C непрерывно). Термостабилизированные смеси выдерживают скачки температуры до +300°C без молекулярного разложения. Специальные смеси в пламени витрифицируются в керамическую форму, оставляя на страховочных тросах защитный слой из золы SiO2. Однако его линейный коэффициент теплового расширения составляет от 2 до 4 × 10⁻⁴ K⁻¹, что примерно в 100 раз больше, чем у инструментальной стали (1,5 × 10⁻⁶ K⁻¹), и по этой причине требуется точное проектирование усадки при формовании.
⏱Остаточная деформация при сжатии, упругое восстановление и динамическое уплотнение
Какова степень восстановления силиконовой прокладки после зажима? Лабораторные испытания, такие как ISO 815-1 и ASTM D395 Метод B, позволяют обнаружить сохраняющееся сплющивание путем сжатия образца на 25% в течение 22 часов при температуре 175°C с последующим исследованием образовавшейся вмятины. В отличие от резины, которая становится мягкой, лучшие силиконовые смеси, имеющие плоскостность 5–25%, продолжают деформироваться, поддерживая герметичность.
Что касается статических деталей, таких как фланцы, торцевые уплотнения, уплотнительные кольца и дверцы печей, силикон является лучшим вариантом, поскольку он не подходит для использования с динамически вращающимися валами. В агрессивном воздухе он показывает лучшие результаты, чем ненасыщенные каучуки, поскольку не трескается после 96 часов воздействия озона в концентрации 200 pphm при температуре 40°C и деформации 80%. Платиновые силиконы выдерживают более 100 циклов паровой очистки при 134°C и остаются жесткими и твердыми, не размягчаясь из-за разрушения под воздействием воды.
◆Распространение слезной пленки, спектр твердости по Дюрометру и перистальтическое расслоение
Полидиметилсилоксановая камедь сама по себе слаба, как пластилин. Для повышения её прочности производители добавляют в неё порошки пирогенного диоксида кремния с огромной площадью поверхности, измеренной газовым методом, превышающей 100 м²/г. Это приводит к прочности резины на разрыв от 5 до 11 Н/мм² и удлинению от 100 до 1100%. Кроме того, она обеспечивает диапазон твердости по Шору А от 3 до 90 по Шору А в соответствии с правилами ISO 48-4.
Однако показатели разрыва полностью зависят от способа разрезания тестовой полоски. Показания полоски ASTM D 624 Die B в форме полумесяца составляют от 5 до 55 Н/мм. Показания полоски ISO 34-1 Method Bb, разрезанной под углом, на 30% ниже. Показания полоски ISO 34-1 Method A, разрезанной пополам, на 50% ниже.
В медицинских перистальтических насосах используется циклическое сжатие и окклюзия с помощью вращающихся роликов.медицинские трубки из ТПЭНеобходимо обеспечить быстрое возвращение в исходное положение на 30-70 процентов. Это гарантирует, что внутренний просвет снова откроется. В противном случае, постоянное трение ролика может привести к отслаиванию от внутренней стенки мельчайших резиновых частиц, которые попадут в жидкость.
▦Таблица 1: Химия сшивания и отверждения: платинокатализируемое присоединение против пероксидной радикальной вулканизации
| Параметр | Отверждение присоединением платины (гидросилилирование) | Радикальное отверждение перекисью |
|---|---|---|
| Механизм реакции | Силоксановый сшивающий агент Si–H присоединяется к винильным связям C=C полимера с помощью платинового катализатора. | Термическое разложение органических пероксидов приводит к образованию свободных радикалов, которые отщепляют атом водорода или атакуют винильные группы. |
| Побочные продукты реакции | Побочные продукты не образуются (чистая реакция присоединения). | Кислоты, образующиеся в результате разложения органических веществ, летучие фрагменты (бензойная кислота, фениловые спирты). |
| Температура отверждения | 120–200 °C (быстрая кинетика, регулируемая температура) | 150–200 °C (требуется преодоление периода полураспада перекиси) |
| Чувствительность атмосферного кислорода | Не подвержен воздействию окружающего воздуха; затвердевает, образуя совершенно сухую, нелипкую поверхность. | Поверхности, подверженные воздействию атмосферного кислорода, остаются липкими даже при отсутствии давления/инертного газа. |
| Риск отравления катализатором | Высокая чувствительность к каталитическим ядам (амины, сера, оловоорганические соединения, фосфор, органический каучук). | Чрезвычайно устойчив к загрязнениям окружающей среды и тяжелым компаундирующим наполнителям. |
| Требования к пост-отверждению | Необязательно для промышленных деталей; обязательно для деталей, контактирующих с медицинскими/пищевыми продуктами, для удаления летучих циклосилоксанов. | Обязательно устранить запахи разложения летучих перекисей и образование налета на поверхности. |
| Соответствие нормативным требованиям | Стандартный выбор для применения в соответствии со стандартами USP Class VI, ISO 10993, FDA, BfR XV и EP 3.1.9. | Широко используется в промышленных профилях, автомобильных шлангах и стандартных коммерческих прокладках. |
Кинетика вулканизации и технологическое проектирование
⚡Платиновое гидросилилирование против пероксидного радикального сшивания
Процесс превращения сырого силикона в эластичную резину включает два основных метода отверждения. Это не зависит от формы материала, будь то твердые блоки или перекачиваемая жидкость. В случае пероксидного отверждения химические соединения разлагаются при температуре от 150°C до 200°C, образуя связывающие радикалы. Однако кислород окружающей среды останавливает эту реакцию, поэтому открытые поверхности остаются липкими, если материал не запекается под давлением, в паровой камере или в камерах с инертным газом.
Гидросилилирование, метод на основе платины, обходит эту проблему, используя катализатор из драгоценного металла для направленного связывания кремнийгидридных групп с винильными группами в диапазоне температур 120–200 °C. Поскольку при этом не образуются химические отходы, компоненты сохраняют свою первоначальную прозрачность, вкус и запах. Единственная реальная проблема заключается в том, насколько легко загрязнение катализатора даже незначительными количествами аминов, серы или даже остатками старой резины от производственного оборудования может сорвать процесс.
♨Динамика вторичной отделки и дегазации после вулканизации
Форма отформованных деталей сохраняется после извлечения из формы, но все же требуется дополнительная термообработка. Детали можно запекать при температуре 200°C в печи с принудительной циркуляцией воздуха не менее четырех часов, чтобы закрепить механическую прочность и удалить все попавшие в них летучие вещества.
Нагревание в присутствии пероксидов предотвращает миграцию кислотных групп и образование белой порошкообразной пыли на поверхности. В медицинских изделиях, отвержденных платиной, оно удаляет летучие кольцевые молекулы, такие как силоксаны D4, D5 и D6. Наконец, эта последняя термическая обработка оптимизирует плотность сшивки и снижает остаточную деформацию при сжатии до минимального рабочего уровня.
▦Таблица 2: Матрица характеристик материалов: силиконовая резина (VMQ/PVMQ) по сравнению с альтернативными промышленными эластомерами
| Показатель эффективности | Силиконовый каучук (VMQ / PVMQ) | Нитридный каучук (НБР) | Резина EPDM | Фторэластомер (FKM / Viton®) | Термопластичный эластомер (ТПЭ/ТПУ) |
|---|---|---|---|---|---|
| Диапазон рабочих температур | от -50°C до +220°C (PVMQ: до -110°C) | от -30°C до +100°C | от -45°C до +130°C | от -20°C до +200°C | от -40°C до +85°C |
| Высокая остаточная деформация при высоких температурах (175°C) | Отлично (от 5% до 25%) | Неисправность (термическая деградация) | Плохое состояние / Ухудшение качества (>70%) | Хорошо (от 15% до 30%) | Полное расплавление / нарушение текучести |
| Биосовместимость и экстрагируемые вещества | Высочайшая чистота (без пластификаторов; класс VI по Фаренгейту США) | Плохое качество (содержит пластификаторы, серу, цинк) | Умеренное содержание (содержит технологические масла) | Средний и высокий уровень (только для специализированных оценок) | Хорошее качество (зависит от класса; низкое содержание экстрагируемых веществ) |
| Устойчивость к маслам и неполярным видам топлива | Плохое состояние (сильное набухание углеводородов) | Отличный | Плохое (набухание углеводородов) | Выдающийся | От хорошего до отличного |
| Прочность на растяжение и разрыв | Умеренная (5–11 МПа; 15–50 Н/мм) | Высокое (10–25 МПа) | Умеренное и высокое давление (10–20 МПа) | Высокое давление (10–20 МПа) | Очень высокое давление (20–40 МПа) |
| Устойчивость к УФ-излучению, озону и атмосферным воздействиям. | Практически непроницаемый (силоксановый остов) | Плохое качество (требуются антиозонаторы) | Выдающийся | Выдающийся | От среднего до хорошего |
Соответствие нормативным требованиям и отраслевые приложения
✚Медицинская биосовместимость и многоканальная экструзия
Медицинское оборудование должно пройти тщательное тестирование, чтобы его можно было безопасно использовать в контакте с пациентами. Материалы отбираются на основе строгих медицинских спецификаций. Используемые силиконы сертифицированы по стандартам USP Class VI и ISO 10993, что означает, что они нетоксичны, пирогенны и гемосовместимы. Поскольку платиноотверждаемые силиконы по своей природе гидрофобны, они не вызывают кровотечений или нежелательных иммунных реакций.
С точки зрения производства, прецизионная экструзия позволяет изготавливать сложные многоканальные трубки, включающие каналы для подачи упаковочной жидкости, для надувания баллона и для направляющей проволоки — всё в одном профиле. Производители также используют соэкструзию стержней из сульфата бария или висмута для обеспечения хорошей видимости при рентгеновском облучении. Кроме того, эти изделия выдерживают обычные процедуры стерилизации в больницах (паровая автоклавизация, этиленоксид, гамма-излучение) без растрескивания.
✦Санитария при контакте с пищевыми продуктами, выщелачивание и транспортировка жидкостей.
Силиконовая резина — лучший вариант для использования в пищевой промышленности, поскольку она сочетает в себе строгие требования безопасности и превосходную износостойкость. Она соответствует основным международным стандартам, включая FDA 21 CFR 177.2600, немецкий BfR XV, NSF-51 и санитарные требования 3A.
Характеристики производительности
✓Данный материал абсолютно не оказывает никакого сенсорного воздействия и никоим образом не повлияет на вкус, запах или цвет деликатных молочных и безалкогольных продуктов.
✓Линии прошли испытания на устойчивость к жестким щелочным чисткам методом «очистки на месте» (CIP) и циклам стерилизации паром на месте (SIP) при температуре 134°C.
✓Обладает широкой термостойкостью и надежно функционирует в диапазоне температур от -50°C в морозильных камерах до +200°C в промышленных печах, сохраняя гибкость даже без использования пластификаторов.
✓Что касается химической совместимости, то он подходит для использования с водой, спиртами и слабыми кислотами, но в случае длительного контакта с концентрированными неорганическими кислотами или неполярными жирами следует провести тестирование.
Заключение и стратегические закупки эластомеров
★Почему силикон — номер один, и почему важна точность производства.
Силиконовая резина — это гибрид, и именно это привлекает инженеров к ее использованию в ответственных областях применения. Силикон используется в критически важных медицинских и пищевых целях. В производстве промышленного оборудования его применяют главным образом благодаря минеральной основе, широкому диапазону температур (-50°C до +220°C), безопасности для тела и устойчивости к необратимому сплющиванию, что делает его незаменимым материалом.
Но даже при использовании лучших материалов результат зависит от понимания производственного процесса. Материал должен пройти различные операции, чтобы превратиться из простой резины в надежные детали со сверхвысокими допусками. Необходимы точные размеры пресс-формы с учетом усадки при охлаждении и условия чистой комнаты для точной работы. Правильное выполнение этих этапов приводит к получению высокоэффективных компонентов, которые служат дольше, чем обычные аналоги, каждый раз.
✉Сотрудничество с компанией Ruixiang Silicone для производства продукции на заказ.
Ищете надежного партнера по производству? Компания Dongguan Ruixiang Precision Silicone Products Co., Ltd. имеет 14-летний опыт работы. Их сертифицированная по стандарту ISO 13485 чистая комната уровня 100 000 GMP предлагает комплексные индивидуальные решения, начиная от...медицинские трубкиа также многоканальные катетеры, соответствующие требованиям FDA пищевые шланги и формованные уплотнения, изготовленные в точном соответствии с вашими спецификациями.
➤В качестве заключительного шага свяжитесь сегодня с компанией Ruixiang Silicone по адресу www.medicalsiliconetube.com, чтобы напрямую поговорить со специалистами по техническому обеспечению и заказать образцы, изготовленные по индивидуальному заказу для ваших критически важных задач по перекачке и герметизации жидкостей.
Часто задаваемые вопросы
ВЧем силиконовая резина отличается от обычной резины, изготовленной из углерода?
Силиконовый каучук имеет кремний-кислородный каркас, а не углеродную цепь. Для поддержания его прочности со временем не требуются химические смягчители, фталаты или сложные эфиры-пластификаторы. Он обладает изначально гибкой молекулярной структурой.
ВЧем отличается от отверждения с помощью перекиси водорода от отверждения с добавлением платины?
Гидросилилирование — это процесс отверждения с добавлением платины. Он идеально подходит для медицинского применения, поскольку является чистым, быстрым, нечувствительным к кислороду и не образует побочных продуктов. Единственный способ образования свободных радикалов в процессе отверждения перекисью — это термическое разложение.
ВПочему же силиконовая резина так популярна в пищевой и медицинской промышленности?
Силиконовая резина соответствует строгим нормативным стандартам, таким как USP Class VI, ISO 10993, FDA и BfR XV. Пищевые и лекарственные жидкости не изменят свой вкус, цвет или запах, поскольку она нетоксична, гемосовместима, термостойка до 200°C и полностью лишена сенсорных ощущений.