Силікагелеві термостійкі|Професійний посібник: стрибок від 200 градусів до 300 градусів – вичерпне пояснення того, як вибрати, використовувати та уникнути помилок із силікагелевими термостійкими матеріалами

Звичайна силіконова гума має-тривалу робочу температуру 200 градусів. При 250 градусах він починає твердіти, тріскатися, і його механічні властивості різко падають. У таких сферах застосування, як нові акумуляторні батареї транспортних засобів, аерокосмічні ущільнювачі та промислові валики для гарячого штампування, температури часто перевищують 250 градусів, чого звичайна силіконова гума просто не може витримати.

Термостійкі засоби - ключ до вирішення цієї проблеми. Однак вибір неправильного типу може призвести до таких проблем, як недостатня термостійкість, непридатні продукти стануть червоними або коричневими або навіть перешкодити вулканізації, незважаючи на додавання агента. У цій статті пояснюється типи, принципи, параметри, відповідність процесів і загальні підводні камені.

01 Що таке силіконові термостійкі? Силіконові термостійкі агенти – це функціональні добавки, додані до силіконової гуми для покращення термостійкості матеріалу та термо-окисної стабільності. Їх основна мета полягає в тому, щоб підвищити -температуру довгострокової експлуатації з 200 градусів до 250-300 градусів, одночасно затримуючи погіршення механічних властивостей за високих температур.

У високо-температурному,-насиченому киснем середовищі силікон проходить два основні процеси: спочатку бічні групи (метильні групи) окислюються з утворенням вільних алкільних радикалів. З’єднання вільних радикалів призводить до збільшення щільності перехресних -зв’язків, що спричиняє поступове твердіння продукту та навіть розтріскування (широко відоме як твердіння). По-друге, основний ланцюг зазнає циклізаційної деградації, утворюючи низько{5}}молекулярні-циклічні силоксани, такі як D3 і D4, що призводить до зменшення молекулярної маси та втрати механічних властивостей. Роль термостійких агентів полягає в уповільненні цих двох процесів шляхом захоплення вільних радикалів, пригнічення ланцюгових реакцій окиснення та захисту основного ланцюга силікону.

Технічні шляхи діляться на два основні напрямки: неорганічні оксиди металів-використовують окисно-відновні реакції для поглинання вільних радикалів, що утворюються в результаті окислення, і регенерують їх під дією кисню, таким чином циклічно виконуючи свою функцію; і кремнійорганічний/органічний-утворення захисного шару навколо головного ланцюга силікону через дизайн молекулярної структури або безпосереднього захоплення вільних радикалів. Кожен маршрут має свої застосовні сценарії, які будуть детально порівняні пізніше.

02 Порівняння чотирьох типів

Силіконові термостійкі-агенти на ринку в основному поділяються на чотири категорії, із суттєвими відмінностями за принципом дії, дією та вартістю:

① Оксиди металів-найбільш класичний і широко використовуваний тип. Найчастіше використовується червоний оксид заліза (-Fe₂O₃). Додавання 2-5 частин на 100 частин компаунду може збільшити довгострокову термостійкість з 200 градусів до 250 градусів і зменшити подовження при розриві при 250 градусах на 40%. Він дешевий, але забарвить продукт у червоний/коричневий колір. Діоксид церію (CeO₂) є більш ефективним, ніж оксид заліза, з меншим впливом на колір (блідо-жовтий) і може бути доданий у кількості 0,5-4 частин. Також можна використовувати оксид кобальту, оксид марганцю, оксид цинку та діоксид титану. Серед них подвійна система TiO₂+Fe₂O₃ (більше або дорівнює 0,1% кожна) може перешкоджати утворенню формальдегіду та циклосилоксанів (D4/D5/D6), зменшуючи викиди ЛОС на 60%-80%.

② Рідкісноземельні сполуки – високо-термостійкі-рішення. Стеарати лантаноїдів або комплекси ацетилацетону та маткова суміш гідроксиду церію (Ce(OH)₃) (додана 5–10%) мають початкову температуру розкладання TGA приблизно 400 градусів, що дозволяє силікону залишатися стабільним при 300 градусах. Представницькі продукти включають термостійкі агенти лантаноїдів рідкоземельних елементів, які забезпечують значну термостійкість, але є дорожчими, використовуються в аерокосмічній галузі, високо-герметизації та інших застосуваннях, що вимагають стійкості до надзвичайно високих температур.

③ Organosilicon heat resistant agents-the first choice for transparent/light-colored products. Hexaphenylcyclotrisilazane (HPCS), added at 0.5%–3.0%, has a TGA initial degradation temperature >450 градусів, що робить його одним із найбільш -теплостійких різновидів доступних на даний момент, не впливаючи на прозорість. Існують також органічні термо{3}}стійкі добавки (рідкого прозорого типу), що містять іони перехідних металів і тіоефірні зв’язки, які ефективно вловлюють вільні радикали в результаті окисної деградації, значно покращуючи термо-окислювальну стабільність при 280 градусах, зберігаючи механічні властивості та технологічність. Кремнійорганічні-модифіковані фенольні антиоксиданти (що містять бензотриазол або силоксанові трансплантати зі структурою утруднених амінів) також належать до цієї категорії. До переваг відносяться прозорість, відсутність впливу на колір і хороша диспергируемость; до недоліків відноситься висока вартість.

④ Нанокомпозитний тип – тенденція, яка стрімко розвивається в останні роки. Нано-оксид заліза, нано-оксид церію, нано-оксид цирконію тощо мають велику питому поверхню та високу активність. Низька кількість додавання (зазвичай 1-3 частини) може досягти ефекту більше ніж 5 частин традиційних оксидів з меншим впливом на колір і прозорість. Існує також композиційна система гідроксид цирконію + оксид ітрію + гексафенілциклотрисілазан, яка досягає вищої температурної стійкості завдяки багатокомпонентній синергії. Композитні оксидні термостійкі агенти також є гарячою областю патенту.

Коротко: для низької вартості вибирайте червоний оксид заліза (червоний прийнятний); для температур вище 280 градусів вибирайте рідкоземельні або кремнійорганічні типи; для прозорості вибирайте кремнійорганічні види; для низьких кількостей додавання вибирайте типи нанокомпозитів.

03 Відповідність системі вулканізації Несумісність між термостійким агентом і системою вулканізації може призвести до зниження термостійкості або, у важких випадках, до повної відсутності вулканізації.

Пероксидна система (ді(2,4-діоксан/ді(2,5-діоксан)): найкраща сумісність, основний вибір для жаростійкої-силіконової гуми. Пероксид-індуковане зшивання C-C (Si-CH₂-CH₂-Si) демонструє чудові термічна стабільність порівняно з -затверділим зшиванням, що робить його більш придатним для термостійких застосувань Bis-2,5-(2,5-ди-трет-бутилпероксигексан) має високу температуру розкладання та менш схильний до вигорання, що робить його придатним для густих продуктів (біс-2,5-диметил-2,5-ди-трет-бутилпероксигексан) підходить для швидкої вулканізації тонких виробів. У поєднанні з допоміжними речовинами для зшивання TAIC (у 1,5–2 рази більше перекису) можна збільшити щільність зшивання, зменшивши ступінь стиснення з 28% до 16% при 200 градусах протягом 70 годин.

Платинові системи (додатковий-тип): особливу увагу слід звернути на можливість того, що іони металів і компоненти сірки/фосфору/азоту в термостійкому агенті можуть отруїти платиновий каталізатор, що призведе до неповної вулканізації. При використанні інгібіторів ацетилену важливо переконатися, що термостійкий агент не перешкоджає порогу інгібування. Кремнійорганічні термостійкі агенти, такі як HPCS, добре сумісні з платиновими системами та є кращим вибором для рідкого силікону додаткового{3}}типу. Для підтвердження сумісності оксиди металів потребують попереднього-невеликого тестування.

Система подвійної вулканізації (пероксид + KH-CL): використовується для фенілсиліконового каучуку, досягаючи повної вулканізації з високою міцністю та високою-температурною стійкістю, підходить для екстремальних умов роботи вище 300 градусів.

Першим кроком у виборі завжди є підтвердження системи вулканізації, а потім вибір типу термостійкого агента; порядок не можна змінити.

04 Три процеси додавання
**Змішування у відкритому млині:** Після диспергування силіконового каучуку у відкритому млині додайте термостійкий агент (який можна додавати одночасно з кольоровою матковою сумішшю та вулканізуючим агентом) і кілька разів розкачайте до однорідності. Це найпоширеніший метод, який підходить для твердих гумових сумішей. Термостійкі агенти на основі оксидів металів повинні бути повністю дисперговані, щоб уникнути локальної агломерації, що призводить до нерівномірної термостійкості. Зверніть увагу на контроль температури змішування, оскільки деякі органічні термостійкі агенти -чутливі до тепла.

**Змішування в місильній машині: ** Тверді каучукові суміші додаються в місильну машину разом із сирою гумою, кремнеземом і агентом для контролю структури. Після рівномірного змішування залиште на 8–36 годин (контроль структури), потім додайте термостійкий агент і рівномірно перемішайте. Підходить для масового виробництва з кращою дисперсією, ніж відкритий млин. Багато запатентованих складів композиційних оксидних термостійких агентів використовують цей процес. Рідка силіконова гума (LSR): додайте безпосередньо до клею A/B і перемішайте до однорідності. Для ЛСР найкраще підходять органічні термостійкі засоби (рідкого типу) з додаванням 0,5–3 %. Це найпростіший процес, але слід подбати про дегазацію після перемішування, щоб уникнути появи бульбашок, які впливають на щільність продукту. Тип порошку оксиду металу потребує дисперсійної маткової суміші перед додаванням, інакше він схильний до осідання.

Основне нагадування: Термостійка силіконова гума має пройти вторинне затвердіння (зазвичай 200 градусів × 4 години), щоб видалити речовини з низькою-молекулярною-вагою та повністю активувати термостійкий агент для досягнення оптимальної термостійкості. Вироби без вторинного затвердіння матимуть значно знижену термостійкість. Крім того, уникайте використання металевих домішок, таких як мідь і марганець, які сприяють термічному окисленню та прискорюють термічне старіння силіконової гуми.

05 Ключові параметри: Вибираючи термостійкий засіб, зверніть особливу увагу на ці п’ять ключових показників:

① Довгострокова-температура термостійкості – основний показник. Звичайна силіконова гума витримує температуру до 200 градусів. Додавання 2-5 частин червоного оксиду заліза може досягати 250 градусів; оксид заліза + сполука церію може досягати 250-280 градусів; рідкоземельні / кремнійорганічні термостійкі агенти можуть досягати 280-300 градусів; і фенілсиліконовий каучук + термостійкий агент може досягати 300-350 градусів. Тестування зазвичай виконується відповідно до тесту на старіння гарячим повітрям (GB/T 3512), вимірюючи швидкість збереження механічних властивостей після 250 градусів × 72 години або 225 градусів × 500 годин.

② Ступінь збереження механічних властивостей після термічного старіння-на практиці важливіший, ніж просто вимірювання термостійкості. Високоякісні -жаростійкі агенти повинні зберігати більше або дорівнює 60% міцності на розрив і більше або дорівнює 50% подовження при розриві після 250 градусів × 72 години. Звичайний червоний оксид заліза зберігає приблизно 49,4% міцності на розрив і менше 80% подовження при розриві після 225 градусів × 500 год.

③ Початкова температура розкладання TGA-індекс термогравіметричного аналізу, що відображає температуру, при якій матеріал починає розкладатися. HPCS > 450 градусів, оксид заліза-допований TiO₂ приблизно 420 градусів, маткова суміш гідроксиду церію приблизно 400 градусів, стандартна полісилоксанова рідина приблизно 380 градусів. Чим вища температура ТГА, тим більший потенціал термостійкості.

④ Дозування – безпосередньо впливає на вартість і фізичні властивості. Червоний оксид заліза 2-5 частин, діоксид церію 0,5-4 частини, HPCS 0,5%-3%, маткова суміш гідроксиду церію 5%-10%, легований оксидом заліза TiO₂ 2%-5%, нанокомпозит типу 1-3 частини. Занадто низьке дозування призводить до недостатньої термостійкості, тоді як занадто високе дозування впливає на механічні властивості, збільшує вартість і може призвести до труднощів диспергування.

⑤ Вплив кольору – часто не помічається, але має вирішальне значення. Червоний оксид заліза робить продукт червоно-коричневим, діоксид церію стає блідо-жовтим, оксид кобальту стає сірувато-чорним, а кремнійорганічні та нанокомпозитні матеріали практично не впливають на колір. Прозорі або світло-кольорові продукти можна вибирати лише з кремнійорганічних типів або нанокомпозитів із-обробленою поверхнею.

06 Аплікація Пейзаж

New Energy Vehicles (41,2%) – ущільнювачі акумуляторної батареї, ізоляція-кабелю високої напруги, ущільнювачі системи керування температурою. У 2025 році споживання термо{4}}стійких агентів, які використовуються в нових ущільнювачах акумуляторних батарей транспортних засобів, досягло 1980 тонн, -за-рік зростання на 28,9%, що робить цей ринок найбільшим ринком нижньої течії. Вимоги включають -тривалу термостійкість 200-250 градусів, а також вимоги щодо вогнестійкості та низького вмісту ЛОС.

Фотовольтаїка (28,5%) – клеї для фотоелектричних рам, суміші для заливки розподільних коробок. Перебування на відкритому повітрі під тривалим -сонячним світлом і великими перепадами температур вимагає стійкості як до тепла, так і до погодних умов.

Споживча електроніка (15,7%) – склеювання екранів смартфонів і захист внутрішніх компонентів (приблизно 0,005 кг на телефон), ущільнювачі компресорів побутової техніки та захист друкованих плат (приблизно 2500 тонн у 2024 році). Вимоги включають світлі-кольорові або прозорі матеріали, насамперед термостійкі-агенти на основі силікону.

Промислові датчики (9,3%) – ущільнення датчиків високої-температури, що потребує тривалої-стабільності.

Силікон медичного -класу (5,3%) – вимагає сертифікації FDA/ISO 10993 і високої чистоти термостійких агентів.

Аерокосмічна промисловість – ущільнювачі літаків і ракет, системи ущільнення дверей космічних кораблів; використано спеціальних жаростійких-препаратів: 312 тонн, що на 22,4% більше--року; вимагає екстремальної температурної стійкості вище 300 градусів; переважно рідкоземельні та кремнійорганічні сполуки.

Інші традиційні сфери – промислові деталі для гарячого штампування (пластини для гарячого тиснення, валики для гарячого тиснення, колеса для гарячого штампування), форми зі сплавів із низькою-температурою плавлення (форми для ювелірних виробів із свинцю, олова, цинкового сплаву), жаростійкі-форми для випічки/силіконовий посуд, дроти та кабелі, шланги, гумові валики, силікон для ламінатора листи, силіконові ізолятори, теплопровідні силіконові листи, ущільнювальні кільця та ін.

07 Поширені проблеми та посібник з усунення несправностей
Шість найпоширеніших проблем у майстерні та вказівки щодо усунення несправностей:

проблема

Причина

Рішення

Недостатня термостійкість/твердіння та розтріскування після високої температури

Недостатнє додавання, нерівномірна дисперсія, відсутність вторинної вулканізації, неправильний тип термостійкого агента

Збільшити суму додавання; збільшити час змішування для забезпечення диспергування; обов'язкова вторинна вулканізація при 200 градусів × 4 години; замініть рідкоземельними або кремнійорганічними речовинами вище 250 градусів

Продукт стає червоним/коричневим/невідповідність кольорів

Використовуються фарбувальні термостійкі агенти, такі як червоний оксид заліза або оксид кобальту

Замініть діоксид церію (блідо-жовтий) або кремнійорганічні речовини (прозорі/безбарвні); віддавайте перевагу кремнійорганічним термостійким агентам для світло{0}}забарвлених продуктів

Знижена прозорість/туманний

Невідповідність показника заломлення між металооксидним наповнювачем і силікагелем, погана дисперсія

Замініть на кремнійорганічні термостійкі-реагенти на основі кремнію (HPCS або рідкий органічний тип); nano-тип потребує обробки поверхні перед використанням.

Неповна вулканізація/не{0}}вулканізація

Іони металів або компоненти, що містять - сірку-, фосфор- і азот- у термостійкому агенті, отруюють платиновий каталізатор.

Замініть платинову систему термостійким агентом на основі кремній-органіки; для пероксидних систем підтвердити, що термостійкий засіб не споживає перекис; заздалегідь провести невелике-тестування.

Знижені механічні властивості/низька міцність на розрив

Excessive heat resistant agent addition (>10 частин), наповнювач агломер.

Зменшіть кількість додавання; перейти до типу нано-композиту (низька кількість додавання, висока ефективність); оптимізувати процес диспергування (три-млин/високий зсув).

Великий компресійний комплект

Недостатня щільність зшивання, термостійкий агент впливає на зшивання.

Додайте засіб для зшивання TAIC до пероксидної системи (у 1,5-2 рази більше пероксиду); оптимізувати процес вторинної вулканізації.

08 Пункти вибору: шість-система прийняття рішень із питань
Вибираючи термостійкий засіб, спочатку задайте шість питань:

① Яка цільова температурна стійкість? ① **Для температур від 200-250 градусів:** Виберіть червоний оксид заліза (найвища економічна-ефективність); для 250-280 градусів виберіть оксид заліза + з'єднання церію або нанокомпозитний тип; для 280-300 градусів виберіть рідкоземельні сполуки або кремнійорганічні сполуки (HPCS); вище 300 градусів, потрібна комбінація фенілсиліконового каучуку та термостійкого агента.

② **Вимоги до кольору та прозорості:** Для червоних/темних продуктів червоний оксид заліза є найекономічнішим; для легких/напів{0}}прозорих продуктів виберіть діоксид церію або нано-тип; для повністю прозорих продуктів підходять тільки кремнійорганічні сполуки (ГПХС або рідкі органічні термостійкі засоби).

③ **Довготривале-або коротко{1}}термінове використання:** Для тривалого-безперервного використання (тисячі годин) потрібне високе збереження механічних властивостей після теплового старіння, тому рекомендуються рідкоземельні або кремнійорганічні сполуки; для короткочасного-періодичного використання достатньо червоного оксиду заліза.

④ **Яка система вулканізації:** Пероксидні системи мають найширшу сумісність, і можна використовувати більшість термостійких агентів; платинові системи повинні уникати сірки, фосфору, азоту та іонів металів, які заважають платині, і перевага надається кремнійорганічним сполукам; Системи подвійної вулканізації використовуються для стійкості фенілсиліконового каучуку до екстремальних температур.

⑤ **Який процес:** Усі типи гумових сумішей можна змішувати за допомогою відкритих млинів/змішувачів; для LSR бажано використовувати рідкі органічні термостійкі -агенти або попередньо-дисперговані маткові суміші; зауважте, що для активації ефекту термостійкості необхідна вторинна вулканізація.

⑥ Чи існують вимоги до сертифікації? Медичні застосування вимагають біосумісності FDA/ISO 10993; застосування, що контактує з харчовими продуктами, вимагає LFGB/FDA; електронні програми вимагають відповідності вимогам RoHS/REACH і низького вмісту ЛОС (вибір системи TiO₂+Fe₂O₃ може зменшити ЛОС на 60–80%); автомобільні програми вимагають дотримання стандартів OEM.

Після з’ясування цих шести запитань буде визначено напрям відбору. Для решти коригувань дозування та оптимізації процесу технічна команда Yaneng може допомогти з тестуванням зразків.