Borracha de silicone refere-se a um tipo de borracha cuja cadeia principal é composta alternadamente de átomos de silício e oxigênio, com átomos de silício normalmente ligados a dois grupos orgânicos. A borracha de silicone comum consiste principalmente em ligações siloxano contendo grupos metil e uma pequena quantidade de grupos vinil.
Envelhecimento Térmico da Borracha de Silicone
O envelhecimento térmico é a forma mais significativa de envelhecimento da borracha de silicone. O ambiente de serviço da borracha de silicone é em ar-de alta temperatura, onde a combinação de calor e oxigênio leva ao envelhecimento térmico. Durante o processo de envelhecimento térmico-oxidativo, as altas temperaturas promovem a oxidação da borracha de silicone e o oxigênio promove sua degradação térmica.
As mudanças estruturais na borracha de silicone durante o envelhecimento térmico-oxidativo podem ser divididas em duas categorias: primeiro, a degradação da cadeia molecular causada por reações de envelhecimento térmico-oxidativo; segundo, a ligação-cruzada entre cadeias moleculares. A degradação da cadeia molecular faz com que a borracha fique pegajosa após o envelhecimento; a reticulação-reticulada-pós-envelhecimento endurece a borracha. Ambos farão com que as propriedades mecânicas da borracha diminuam, levando à falha. À medida que a temperatura do ar aumenta, a borracha de silicone vulcanizada se reticula-e a diminuição do alongamento na ruptura é muito maior do que a da resistência à tração.
Fatores que afetam a resistência ao calor da borracha de silicone
1. Estrutura Química
(1). Cadeia Principal e Grupos Laterais
A cadeia principal é a espinha dorsal mais fundamental da borracha de silicone e tem influência decisiva no seu envelhecimento térmico. A cadeia principal é composta por ligações siloxânicas dispostas em uma estrutura helicoidal, exibindo polaridade e flexibilidade significativas. Portanto, em altas temperaturas, é propenso à degradação da cadeia principal e reações de oxidação de grupos laterais, fazendo com que a borracha de silicone amoleça gradualmente e perca seu valor utilitário. Se a cadeia principal da borracha de silicone for composta por estruturas diferentes, sua resistência ao calor também varia significativamente. A introdução de grupos como fenileno, ciclodissilazano, éter difenílico, grupos fenileno ou carboranileno na cadeia principal pode inibir grandemente a possibilidade de reações de degradação por ciclização e melhorar a resistência geral ao calor do material. Em relação aos grupos laterais, quando os grupos laterais da borracha de vinil-silicone são fenil, metil, etil, propil e butil respectivamente, em um ambiente de alta-temperatura, eles oxidarão sequencialmente, levando a uma diminuição na resistência ao calor do material. Além disso, a pesquisa descobriu que à medida que os grupos laterais alquil aumentam, a estabilidade térmica da borracha de silicone também diminui. Por exemplo, a resistência ao calor da borracha de dimetil silicone é melhor do que a da borracha de butil silicone.
(2). Terminar grupos
Quando o grupo final da borracha de metil silicone é um grupo hidroxila, podem ocorrer reações de condensação intermolecular em temperaturas mais baixas, o que promove a cisão da cadeia principal, afetando assim a resistência ao calor do material. Em temperaturas mais altas, podem ocorrer reações-de contra-ataque, levando à degradação aleatória, afetando, em última análise, a resistência ao calor da borracha de silicone por meio da clivagem das ligações de silício-fenil e de silício-oxigênio.
2. Materiais Compostos Poliméricos Semi-Inorgânicos
Como um material composto de polímero semi{0}}inorgânico, a adição de diferentes cargas à borracha de silicone pode ter efeitos variados em sua resistência ao calor. Por exemplo, certas cargas compostas de metal anfotérico podem absorver substâncias ácidas ou básicas dentro da borracha de silicone, reduzindo efetivamente a degradação catalítica da borracha de silicone causada por estas substâncias. Esta medida pode efetivamente diminuir a possibilidade de envelhecimento térmico. Um material comumente usado para esta finalidade é normalmente o óxido de alumínio. Em resumo, os enchimentos não são apenas excelentes extensores, mas também podem melhorar significativamente a resistência ao calor da borracha de silicone quando usados adequadamente.
3. Fatores Ambientais
A água no ambiente de serviço, incluindo o vapor de água, pode causar a quebra das ligações de siloxano na borracha de silicone, gerando grupos silanol. É bem conhecido que a presença de grupos silanol afeta negativamente a resistência ao calor da borracha de silicone. Além disso, um ponto muito interessante é que na borracha de silicone preenchida, a hidrólise e o rearranjo dos siloxanos têm o mesmo efeito nas propriedades mecânicas. Portanto, é difícil determinar eficazmente a presença de hidrólise apenas através da análise das propriedades mecânicas, mas as diferenças na resistência ao calor podem fornecer uma base para a sua determinação. A presença de ácidos ou bases no sistema de borracha de silicone catalisará a sua degradação. Além disso, o oxigênio e o ozônio ambientais também têm certos efeitos adversos na degradação térmica da borracha de silicone. Simultaneamente, se existirem cargas de tensão cíclicas no ambiente de aplicação, isso pode acelerar a degradação dos elastômeros copolímeros de dimetilsiloxano e difenilsiloxano, reduzindo assim a resistência ao calor do material. Além disso, o mecanismo de degradação difere dependendo da proporção de composição destes dois copolímeros.
Medidas para melhorar a resistência ao calor da borracha de silicone
Com base no mecanismo de envelhecimento térmico da borracha de silicone vulcanizada, existem vários métodos para melhorar suas propriedades de envelhecimento térmico, como segue:
(1) Modificar a composição das cadeias laterais de borracha de silicone, como a introdução de grupos fenil, para evitar reticulação-ou degradação das cadeias moleculares causada pela decomposição das cadeias laterais. Isso ocorre porque os grupos fenil não são facilmente oxidados e criam um obstáculo estérico na cadeia do silicone, tornando a cadeia do organossilício mais difícil de decompor. Além disso, devido à sua maior conjugação e efeitos de impedimento estérico, a sua temperatura de decomposição térmica é mais elevada.
(2) Introduzir segmentos volumosos na cadeia molecular da borracha de silicone para aumentar a estabilidade térmica das ligações cruzadas-no vulcanizado, como carbono, deciloxi, benzeno, éter difenílico e grupos ciclodissilazano.
(3) Adicione aditivos-resistentes ao calor ao composto para evitar a reticulação-oxidativa da cadeia lateral e a degradação da ciclização da cadeia principal, como óxido de ferro, dioxano, hexafenilciclotrissiloxano, etc.
