Paljude inimeste mulje silikoonist on köögis: küpsetusvormid, labidad, koogivormid, mis on küll pehmed haarata, kuid ahju pannes väga kuumakindlad; Isegi kõrgest üle 200 kraadisest temperatuurist välja tulles ei ole nähtavat "sulamist".
Pehmed materjalid, millega tavaliselt kokku puutume, nagu kilekotid, kummipaelad, vahtpuuvill, muutuvad kõrgel temperatuuril kleepuvaks, deformeeruvad või isegi sulavad
Miks võib silikoon "intuitiivselt vastu pidada" saavutada pehmuse ja kõrge temperatuuritaluvuse? Täna selgitame seda asja struktuurist, elektroonilisest käitumisest kuni insenerirakendusteni.
01 Võtke luustik lahti ja vaadake
Silikoonil (täpsemalt toatemperatuuril või kõrgel temperatuuril vulkaniseeritud silikoonkumm, mille põhiahel on polüdimetüülsiloksaan, PDMS) on tavalisest orgaanilisest kummist täiesti erinev "skelett" - Si-O-Si anorgaaniline orgaaniline hübriid põhiahel. See põhiahel määrab samaaegselt selle "pehmuse" ja "kuumuskindluse".
Miks see pehme on?
Pikem sideme pikkus ja laiem sideme nurk: Si-O sidemed on pikemad kui CC sidemed ja ka Si-O-Si sideme nurk on suurem. Nende kahe asja kombinatsioon jätab ketisegmendi pöörlemiseks suurema "liikumisruumi", mis muudab keti edasi-tagasi painutamise lihtsamaks – klaasistumistemperatuur (Tg) on seetõttu väga madal (PDMS Tg on sageli umbes -120 kraadi). Maailmas, kus toatemperatuur on palju kõrgem kui Tg, on see loomulikult "mollusk".
Külgmise aluse "määrimine": Kõige tavalisem silikoonist küljealus on - CH3. Metüülrühmad on väikese suurusega ja neil on nõrk vastastikmõju. Ketid ei ole üksteisega väga "kleepuvad", nagu nähtamatu määrdeõli kasutamine molekulaarsel tasemel. Makroskoopiliselt tunduvad need pehmed ja kergelt tagasilöögiga.
Madal pöörlemisbarjäär: Si-O sideme pöörlemistakistus on väike ja segmendid on painduvad nagu omavahel ühendatud liigendid, mis on ka madala Tg mikroskoopiline allikas.
Miks see on kuumakindel?
Si-O side ise on väga purunemisvõimeline: Si-O sideme sideme energia on oluliselt kõrgem kui tüüpilistel CC- ja CO-sidemetel, mistõttu on selle "lõhkumiseks" vaja suuremat energiat, mistõttu see ei purune kõrgel temperatuuril kergesti.
Anorgaaniline karkass: Orgaanilise kummi põhiahel on üldiselt CC või CO, mis on kuuma hapniku tingimustes vastuvõtlikum reaktiivsete vabade radikaalide rünnakutele; Si-O põhiahel on stabiilsem ja läbib aeglasema termilise oksüdatiivse vananemise.
Kaasas tulekahju korral kaitsekesta: silikoonkumm tekitab kõrgel temperatuuril/avatud leegi all ränidioksiidiga (SiO ₂) sarnase tiheda anorgaanilise tuhakihi, nagu katab end kiiresti kuumakindla kestaga, et takistada kuumuse ja hapniku edasist sissetungimist, mistõttu seda iseloomustab tavaliselt "isekustumine" ja "isekustumine".
Kokkuvõte ühes lauses:
Pehmus tuleneb ahelate paindlikkusest ja nõrkadest molekulidevahelistest interaktsioonidest, kuumakindlus aga tugevatest Si-O sidemetest ja anorgaanilistest pürolüüsi saadustest. Need kaks asja ei ole vastuolus.
