Hướng dẫn kỹ thuật này trình bày các đặc điểm thị trường, các loại và phương pháp sản xuất của cao su silicone – một trong những loại chất đàn hồi tổng hợp hoặc polymer được sử dụng rộng rãi nhất, với nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Thành phần và các tính chất cơ bản
Cao su silicone được cấu tạo từ một chuỗi chính silic-oxy (Si-O) có các nhóm bên hữu cơ (thường là methyl, vinyl hoặc phenyl) liên kết với nó. Sự kết hợp độc đáo giữa tính ổn định vô cơ và tính linh hoạt hữu cơ này mang lại cho cao su silicone một cấu trúc riêng biệt, đó là cấu trúc bán hữu cơ.
Các đặc điểm chính của các vật liệu này có thể được mô tả như sau:
- Chịu nhiệt độ cao: Các vật liệu này có thể hoạt động liên tục trong dải nhiệt độ từ -60 °C đến +260 °C. Một số công thức cụ thể cho phép dải nhiệt độ tối đa từ -100 °C đến 300 °C.
- Khả năng chống hóa chất và thời tiết tốt: Khả năng chống hóa chất của các vật liệu này bao gồm khả năng chịu được nồng độ cao của ôzôn, tia UV và oxy, cùng với nhiều loại hóa chất khác nhau.
- Khả năng cách điện tuyệt vời: Các vật liệu này có độ bền điện môi cực thấp, nhưng lại có khả năng chống phóng điện corona rất tốt.
- Phù hợp cho các ứng dụng trong lĩnh vực y tế và thực phẩm: Các vật liệu này không độc hại và không mùi, phù hợp để sử dụng trong các sản phẩm tiếp xúc với cơ thể người và thực phẩm.
- Khả năng duy trì tính linh hoạt tốt ở nhiều mức nhiệt độ: Các vật liệu này có thể duy trì tính linh hoạt và khả năng chống biến dạng vĩnh viễn do nén trong một dải nhiệt độ rộng.
Phân loại và các loại cao su silicone
Cao su silicone có thể được phân loại theo phương pháp đóng rắn và thành phần hóa học.
Các phương pháp xử lý
Lão hóa ở nhiệt độ cao (HTV): Được đóng rắn thông qua quá trình liên kết chéo ở nhiệt độ trên 150 °C; phù hợp với nhiệt độ trên 300 °C.
Quá trình lưu hóa ở nhiệt độ phòng (RTV): Quá trình lưu hóa diễn ra ở nhiệt độ phòng (nhiệt độ môi trường). Có hai dạng: Hệ thống một thành phần (RTV-1) chỉ bao gồm một thành phần, còn hệ thống hai thành phần (RTV-2) bao gồm cả hai thành phần.
Cao su silicone lỏng (LSR): Là vật liệu hai thành phần có độ nhớt thấp, được xử lý bằng bạch kim để đúc phun các chi tiết phức tạp.
Thành phần hóa học và cấp độ
Cao su vinyl methyl siloxane (VMQ): Đây là loại được sử dụng phổ biến nhất và có khả năng chống biến dạng vĩnh viễn do nén rất tốt.
Cao su fluoro-silicone (FVMQ): Các vật liệu này có khả năng chống lại dung môi, dầu và nhiên liệu rất tốt, khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho thị trường hàng không vũ trụ và ô tô.
Cao su phenyl siloxane (PMQ, PVMQ): Các loại silicone này có độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp (-120 °C) tốt hơn so với các loại silicone khác.
Các loại silicone chuyên dụng bao gồm: silicone chống cháy (MF775), silicone tuân thủ tiêu chuẩn FDA, silicone dẫn điện và silicone có thể phát hiện kim loại.
Tổng quan về quy trình sản xuất
Bước 1 - Chuẩn bị nguyên liệu thô
Silic phải là loại có chất lượng rất cao, có thể thu được từ quá trình tinh chế thạch anh hoặc cát qua phản ứng thủy phân để tạo ra các liên kết siloxan – những thành phần cơ bản cấu thành nên tất cả các sản phẩm cao su silicone. Các chất phụ gia, chẳng hạn như chất làm cứng, chất độn và bột màu để tạo ra kết quả mong muốn cụ thể, sau đó phải được pha chế và trộn với polymer để tạo ra các đặc tính mong muốn.
Trong giai đoạn trùng hợp của quy trình sản xuất silicone, các nguyên liệu thô đã qua tinh chế, đặc biệt là octamethylcyclotetrasiloxane (DMC), được xử lý trong các bình phản ứng sản xuất trước khi đạt được các thông số nhiệt độ, thời gian và áp suất phù hợp nhằm hình thành trọng lượng phân tử và các đặc tính cấu trúc mong muốn; do đó, cần phải thực hiện quá trình khuấy trộn mạnh để phân tán đều và đúng cách các chất phụ gia trong toàn bộ hỗn hợp silicone.
Hỗn hợp silicone sẽ phải được đưa vào máy đúc và định hình bằng một trong bốn phương pháp sản xuất được nêu dưới đây:
- Ép đùn - Được sử dụng để sản xuất các sản phẩm có tuổi thọ cao, chẳng hạn như ống và gioăng.
- Đúc nén - Các sản phẩm đòi hỏi độ chính xác cao, chẳng hạn như vòng đệm O-ring.
- Đúc phun - Dùng để sản xuất các chi tiết có hình dạng phức tạp với số lượng lớn.
- Quá trình cán màng - Được sử dụng để sản xuất tấm và màng silicon.
Ứng dụng
Ô tô và Hàng không vũ trụ: Các miếng đệm, vòng đệm, ống mềm và bộ giảm chấn rung phải chịu được nhiệt độ cực cao và các chất lỏng có tính ăn mòn mạnh Thiết bị y tế: Ống dẫn, vật liệu cấy ghép, dụng cụ phẫu thuật và các bộ phận làm kín có tính tương thích sinh học và khả năng chịu được quá trình tiệt trùng Ngành công nghiệp điện tử: Các linh kiện chống nhiễu điện từ (EMI), cao su dẫn điện, các điểm tiếp xúc bàn phím và vật liệu cách điện cho các ứng dụng cao áp Ngành xây dựng: Chất trám khe, chất kết dính và miếng đệm chống thời tiết giúp duy trì độ dẻo dai và khả năng chống chịu thời tiết Chế biến thực phẩm: Các loại gioăng, miếng đệm và ống dẫn được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt dành cho các ứng dụng vệ sinh
Công nghệ sơn lót để tăng cường độ bám dính
Sơn lót silicon là yếu tố thiết yếu để tạo ra sự bám dính chắc chắn giữa cao su silicone và các chất nền khác nhau. Các lớp sơn lót này, thường bao gồm các hợp chất silan và siloxan trong các dung môi hữu cơ, đóng vai trò là chất tăng cường độ bám dính bằng cách điều chỉnh năng lượng bề mặt của các chất nền trơ.
Hướng dẫn nộp đơn:
- Chuẩn bị bề mặt: Chuẩn bị tất cả các bề mặt nền; đảm bảo không còn tạp chất, khô ráo và sạch sẽ.
- Thoa lớp sơn lót: Thoa lớp sơn lót lên bề mặt bằng cách quét, phun hoặc nhúng thành các lớp mỏng (từ 1 đến 10 μm).
- Làm khô và xử lý dung môi: Phải loại bỏ dung môi trước khi dán. Có thể thực hiện bằng cách để dung môi bay hơi [10 phút đến 2 giờ] và/hoặc xử lý nhiệt [100 đến 150 °C] để tăng cường độ bám dính; Độ bám dính sẽ tăng dần theo thời gian;
Các sản phẩm cao su silicone phải được dán với ELASTOSIL® AUX G 3243 và G 790 không chứa toluene trong khoảng thời gian quy định để đạt được độ bám dính tối ưu; và chúng có thể kết dính rất chắc chắn với các bề mặt kim loại, nhựa, gốm sứ và thủy tinh, đồng thời sẽ mất đến vài ngày để đạt được độ bám dính tối đa.
Các yếu tố cần xem xét khi lựa chọn
Khi lựa chọn cao su silicone cho một ứng dụng cụ thể, cần phải xem xét một số yếu tố sau:
- Nhiệt độ: Cần xem xét cả hai mức cực trị cũng như tần suất xuất hiện của nhiệt độ hoạt động cụ thể đó.
- Hóa chất: Các loại chất lỏng (chất lỏng kỹ thuật), dầu hoặc dung môi công nghệ mà silicon sẽ sử dụng.
- Tuân thủ quy định: Cần xem xét các quy định của FDA, UL hoặc bất kỳ quy định nào khác trong ngành.
- Đặc tính vật lý: Bao gồm độ cứng tối thiểu yêu cầu, độ bền kéo, độ bền xé và độ giãn dài của silicone.
- Tính chất điện: Cần xem xét liệu silicone có cần phải là chất cách điện hay chất dẫn điện hay không.
- Liên kết: Xác định xem có cần phải sơn lót bề mặt cần dán bằng silicone hay không.
Silicone tiếp tục có những bước tiến mới nhờ những đột phá trong lĩnh vực silicone chịu nhiệt độ cao, tính tương thích sinh học, cũng như các công thức silicone tiên tiến có khả năng chịu đựng được những điều kiện khắc nghiệt nhất (ví dụ: khả năng kháng hóa chất đối với nhiều chất khác nhau); do đó, silicone vẫn tiếp tục được ngành công nghiệp ứng dụng trong các công nghệ mới với tính khả thi về mặt thương mại và công nghiệp.