Guma silikonowa - Guma MVQ – definicja, rodzaje, właściwości, zastosowania

Co to jest guma silikonowa?

Guma silikonowa to elastomer składający się z silikonu, czyli polimeru zawierającego krzem wraz z węglem, wodorem i tlenem. Jest szeroko stosowana w przemyśle, dlatego istnieją różne formuły jej produkcji.

Kauczuki silikonowe są często jedno- lub dwuskładnikowymi polimerami i mogą zawierać wypełniacze w celu poprawy właściwości lub obniżenia kosztów.

Dzięki temu guma MVQ jest wyjątkowym rodzajem gumy. Posiada wystarczającą wytrzymałość, aby używać jej w silnikach odrzutowych, a jednocześnie zapewnia na tyle duży poziom bezpieczeństwa, że znajduje zastosowanie w smoczkach do butelek dla niemowląt.

Kauczuk silikonowy jest generalnie niereaktywny, stabilny i odporny na ekstremalne warunki i temperatury.

Czy silikon to to samo, co guma?

Silikon to nie to samo, co guma. Chociaż oba materiały są elastomerami i wykazują lepkosprężyste właściwości, różnią się strukturą atomową i mają inne cechy

Czy guma silikonowa jest plastikiem?

Guma silikonowa to syntetyczny polimer, który często uważany jest za rodzaj plastiku. Nie jest to jednak tradycyjny plastik wykonany z materiałów ropopochodnych, jak większość tworzyw sztucznych. Zamiast tego silikon jest wytwarzany z krzemionki, która pochodzi z piasku, co czyni go bardziej naturalnym materiałem niż większość plastików.

Z technicznego punktu widzenia silikon można uznać za część rodziny kauczuków, ale jest on również hybrydą kauczuku syntetycznego i syntetycznego polimeru z tworzywa sztucznego. Dlatego silikon nie jest dokładnie ani plastikiem, ani gumą, ale raczej unikalnym materiałem, który dzieli niektóre właściwości z obydwoma wymienionymi.

Co oznacza skrót VMQ oraz MVQ?

Skróty VMQ i MVQ oznaczają z języka angielskiego “Vinyl Methyl Silicone” oraz “Methyl Vinyl Silicon”, czyli praktycznie to samo. Oba odnoszą się do gumy silikonowej, a w spolszczonej wersji brzmiałyby “poli(metylosiloksan) z grupami winylowymi”.

Jak produkowana jest guma silikonowa?

Aby wyprodukować gumę silikonową, najpierw potrzebny jest silikon. Powstaje on, gdy atomy krzemu odizolowują się od dwutlenku krzemu (krzemionki). Efekt ten uzyskuje się poprzez podgrzanie dużych ilości piasku kwarcowego do ekstremalnie wysokich temperatur, często sięgających nawet 1800°C.

Następnie istnieje kilka procesów, w których krzem jest łączony z chlorkiem metylu i podgrzewany. Finalnie podlega destylacji do spolimeryzowanego siloksanu znanego jako poli(dimetylosiloksan).

Poli(dimetylosiloksan) może być następnie dalej polimeryzowany. Odbywa się to przy użyciu różnych technik w zależności od zastosowania produktu końcowego.

Surowy związek silikonowy jest łączony z dowolnymi dodatkami, takimi jak np. pigmenty i katalizator. Następnie przechodzi proces formowania wtryskowego, wytłaczania lub trafia do drukarki 3D.

Utwardzanie jest ostatnim etapem procesu produkcyjnego. Odbywa się za pomocą jednego z 4 systemów:

• utwardzania katalizowanego platyną, 
• utwardzania kondensacyjnego, 
• utwardzania nadtlenkowego,
• utwardzania oksymowego

Jakie są rodzaje gumy silikonowej?

Najpopularniejsze rodzaje gumy silikonowej są następujące:

• Silikon RTV, 
• Płynny silikon,
• Fluorosilikon,
• HCR.

Poniżej przeczytasz o nich więcej.

Silikon RTV

Silikony, które nie wymagają ciepła do utwardzenia do ostatecznej postaci, nazywane są silikonami RTV (Room Temperature Vulcanizing), czyli "wulkanizującymi w temperaturze pokojowej".

Istnieją dwa rodzaje RTV:

• jednoskładnikowe (RTV-1), 
• dwuskładnikowe (RTV-2).

Silikon RTV-1

Silikon RTV-1 jest dostępna w postaci gotowej do użycia. Po nałożeniu środek stabilizujący w silikonie szybko zaczyna reagować z wilgocią w powietrzu, utwardzając się na zewnątrz.

Producenci stosują kilka różnych rodzajów środków sieciujących. Niektóre wydzielają niewielkie ilości kwasu octowego, amin lub alkoholi podczas wiązania, podczas gdy inne są bezwonne.

Silikony RTV-1 są cenione za łatwość użycia, dobrą przyczepność i stabilność w wysokich temperaturach. Typowe zastosowania obejmują uszczelniacze, kleje i powłoki.

Silikon RTV-2

Wersja RTV-2 jest dostępna w dwóch częściach, które należy wymieszać tuż przed użyciem. Po zmieszaniu utwardza się szybciej niż RTV-1.

Ponadto silikon RTV-2 jest dostępny w szerszej gamie produktów o wyjątkowych właściwościach mechanicznych, które pozostają niezmienne w szerokim zakresie temperatur.

RTV-2 utwardzany kondensacyjnie jest tańszy niż RTV-2 utwardzany katalizatorem platynowym. Jednak drugi nie wytwarza produktów ubocznych, co jest ważne w niektórych zastosowaniach.

Niektóre z niezliczonych zastosowań RTV-2 obejmują np. drukowanie 3D, a także powłoki i formy.

Płynny silikon

Termin "płynny silikon" odnosi się głównie do początkowego stanu zapasów używanych do tworzenia produktów silikonowych. Wcześniejsze gatunki silikonu były dostarczane w półstałej, gumowatej formie, która musiała być formowana tłocznie.

Płynna guma silikonowa (LSR) to dwuczęściowy, utwardzany platyną surowiec o dobrej płynności. Pozwala to na uchwycenie precyzyjnych szczegółów w komponentach formowanych wtryskowo lub dostosowanie się do dowolnego kształtu powierzchni jako powłoka.

Utwardzany platyną system sieciowania LSR nie wytwarza żadnych produktów ubocznych podczas utwardzania, co czyni go dobrym materiałem do zastosowań spożywczych i medycznych.

Fluorosilikon

Fluorosilikon jest odmianą cząsteczki polisiloksanu (silikonu). Ma ten sam podstawowy łańcuch krzemowo-tlenowy. Jednak niektóre z grup metylowych (CH3) występujących w konwencjonalnej cząsteczce silikonu zostały zastąpione grupami trifluoropropylowymi.

Dzięki temu fluorosilikon posiada lepszą odporność na kilka kłopotliwych środowisk, w tym:

• paliwo i ropa, 
• alkohole mineralne, 
• toluen i inne rozpuszczalniki organiczne.

Fluorosilikon osiąga te korzyści w zakresie odporności chemicznej, zachowując prawie takie same właściwości mechaniczne, jak konwencjonalny silikon.

Jedyny minus stanowi fakt, że nie działa tak dobrze w gorącym powietrzu i jest znacznie droższy.

Najlepiej nadaje się do zastosowań w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym, gdzie bardziej prawdopodobne jest narażenie na działanie paliwa i innych substancji chemicznych.

Silikon HCR

Silikon HCR czyli “guma silikonowa o wysokiej konsystencji” jest również nazywana "stałym silikonem" lub "masą gumową". Składa się z łańcuchów polisiloksanowych o wysokiej masie cząsteczkowej. Skrót HCR oznacza High-Consistency Rubber.

Silikon HCR może zawierać różne wypełniacze w celu zwiększenia specjalnych właściwości, takich jak twardość i odporność na ciepło. Można go również utwardzać za pomocą systemów utwardzania nadtlenkowego lub preparatów z katalizatorem platynowym, które nie wytwarzają żadnych chemicznych produktów ubocznych.

Materiał jest sprzedawany w postaci masowej, takiej jak: pręty, rury i cylindry do dalszego przetwarzania.

Silikon HCR jest doskonałym rozwiązaniem do długoterminowych wszczepialnych urządzeń medycznych, elementów silników samochodowych i wielu konsumenckich produktów gospodarstwa domowego.

Jakie są właściwości gumy silikonowej?

Właściwości gumy silikonowej zaczynają się od jej niesamowitej odporności na niskie i wysokie temperatury, a także elastyczności. Wytrzymałość na rozciąganie wynosi od 200 do 1500 PSI, a maksymalne wydłużenie to 700%, co jest wyjątkowo dobrym wynikiem dla gumy.

Co więcej, materiał dość dobrze się odbija i kompresuje, jest odporny na ciepło i płomienie, a także posiada cechy izolatora elektrycznego. Ponadto dobrze łączy się z metalami.

Guma silikonowa dobrze sprawdza się w warunkach zewnętrznych dzięki odporności na promieniowanie UV, ozon i ogólne warunki pogodowe. Jest również hipoalergiczna i wodoodporna, a jednocześnie przepuszcza gazy, co czyni ją popularną w zastosowaniach medycznych.

Ponieważ silikon jest bardziej obojętny chemicznie niż większość tworzyw sztucznych, a na dodatek nie przywiera i nie plami, nadaje się zarówno do zastosowań konsumenckich, jak i przemysłowych związanych z żywnością i napojami. W postaci gąbki guma silikonowa jest lekka, a jednocześnie redukuje wibracje i hałas, dlatego stosuje się ją również w transporcie.

Materiał ma jednak pewne wady.

Kauczuk silikonowy nie jest odporny na długotrwały kontakt z olejami i może pęcznieć po wystawieniu na działanie olejów lub ropy naftowej (chociaż istnieją odmiany bardziej odporne na olej). Guma jest też podatna na ścieranie i rozdarcia, a w wyższych temperaturach może stać się sztywniejsza.

Jednak przede wszystkim ze względu na swoje specjalne właściwości guma silikonowa jest jednym z droższych rodzajów gumy i zwykle zastępuje się ją czymś tańszym, gdy potrzebne są duże ilości kauczuku.

Czy guma silikonowa jest bezpieczna?

Guma silikonowa jest ogólnie uważana za bezpieczną do stosowania w różnych aplikacjach, w tym w kontakcie z żywnością i implantami medycznymi. Jednak jakość dostępnych na rynku produktów z gumy silikonowej jest bardzo różna. Dlatego upewnij się, że dany wyrób powstał z wysokiej jakości materiałów i jest odpowiednio używany.

Czy guma silikonowa jest twarda?

Guma silikonowa może mieć różny stopień twardości w zależności od składu i zastosowania. Jest dostępna w wielu poziomach twardości, wyrażonych jako Shore A lub IRHD w zakresie od 10 do 100, przy czym wyższa liczba oznacza twardszy związek.

Czy silikon jest łatwy do złamania?

Silikon nie jest łatwy do złamania. Słynie ze swojej trwałości i elastyczności. Chociaż wytrzymałość silikonu może się różnić w zależności od jego gatunku i składu, jest on ogólnie uważany za mocny i niezawodny materiał do różnych zastosowań.

Jak wytrzymały jest 100% silikon?

Wytrzymałość 100% silikonu różni się w zależności od gatunku i składu. Podczas gdy niektóre gatunki silikonu mogą być wystarczająco mocne, aby utworzyć silne wiązanie, wytrzymałość na rozciąganie typowego silikonu nie jest uważana za wysoką. Jednak guma silikonowa i 100% silikonowe uszczelki są znane ze swojej trwałości i elastyczności, co czyni je idealnymi do różnych zastosowań

Czy silikon jest mocniejszy niż guma?

Silikon jest mocniejszy niż guma pod względem odporności chemicznej i odporności na warunki atmosferyczne. Jednak guma naturalna ma zazwyczaj wyższą wytrzymałość na rozciąganie, rozdarcie i ścieranie. Wybór między silikonem a gumą zależy od konkretnych wymagań aplikacji.

Czy guma silikonowa jest giętka?

Guma silikonowa jest giętka. Jednak dokładne odbicie i sprężystość zależą od jej składu. W większości wypadków bez problemu powraca ona do swojego pierwotnego kształtu i formy.

Elastyczność zależy też od twardości surowego materiału silikonowego. Nie zmienia to natomiast faktu, że nadaje się on do różnych zastosowań wymagających giętkości.

Czy guma silikonowa jest odnawialna?

Guma silikonowa jest częściowo odnawialna. Powstaje z materiału dostępnego w obfitych ilościach (piasku). Jednak jej produkcja wymaga nieodnawialnych zasobów i nie jest powszechnie akceptowana do recyklingu (mimo iż recykling silikonu jest możliwy).

Z drugiej strony trwałość i przydatność w różnych zastosowaniach związanych z energią odnawialną sprawiają, że guma silikonowa jest przydatnym materiałem do promowania zrównoważonego rozwoju.

Jaki jest zakres temperatur gumy silikonowej?

Zakres temperatur gumy silikonowej rozciąga się od -100°C do 290°C. Dopiero po przekroczeniu tych norm kruszy się lub topi. Pamiętaj jednak, że dokładana odporność na temperatury zależy od poszczególnych odmian materiału.

Jakie są zastosowania gumy silikonowej?

Zastosowania gumy silikonowej dotyczą wielu branż. Może w nich występować samodzielnie lub w połączeniu z innymi materiałami.

Oto najpopularniejsze przypadki użycia:

• Elektronika wykorzystuje jedne z najbardziej oczyszczonych kauczuków silikonowych do produkcji taśm izolacyjnych, uszczelniaczy, lakierów, smarów, klawiatur i obudów. Guma o dużej grubości może być formowana wtryskowo w izolatory i ograniczniki. 
• Przemysł lotniczy stosuje gumę silikonową w tkaninach skafandrów kosmicznych, materiałach narzędziowych, uszczelnieniach i uszczelkach, a także innych wyrobach niezbędnych do produkcji i konserwacji samolotów. 
• Budownictwo używa gumy silikonowej do produkcji klejów, uszczelniaczy i powłok, ponieważ posiada bardzo dobre właściwości pogodowe i zdolności do łączenia się z metalem. 
• Motoryzacja stosuje silikon w formie części odpornych na wibracje i warunki atmosferyczne, a także powłok i lakierów (ale do tych celów wykorzystywane są tylko typy najbardziej odporne na ciepło, olej i paliwo). 
• Medycyna wykorzystuje specjalną gumę silikonową jako materiał na rurki, kleje i środki przeciwpieniące. 
• Produkty konsumenckie również zawierają gumę silikonową. Przykładami są chociażby zapobiegające przywieraniu naczynia do pieczenia, pojemniki na żywność, przybory kuchenne, zabawki i biżuteria (w tym bransoletki). Kauczuk może również stanowić składnik szamponów, mydła do prania, kosmetyków i dezodorantów.

Wykorzystuje się je również do produkcji węży gumowych oraz węży silikonowych.

Jakie są nazwy handlowe gumy silikonowej?

Najpopularniejsze nazwy handlowe gumy silikonowej są następujące:

• Elastoseal,
• Rhodorsil,
• Silastic,
• Silopren.

Kto wynalazł gumę silikonową?

Gumy silikonowej nie wynalazł jeden człowiek. Za jej opracowaniem stało wielu odkrywców, którzy dołożyli swoją cegiełkę do powstania materiału.

Historia silikonu zaczyna się od 1824 roku i szwedzkiego chemika Jönsa Jackoba Berzeliusa. Był pierwszą osobą, której udało się samodzielnie wyizolować krzem. Dzięki technikom wykorzystującym potas, wyekstrahował krzem przed podgrzaniem w chlorze.

Doprowadziło to następnie do energicznego spalania, w wyniku czego powstał czterochlorek krzemu, który jest dziś wykorzystywany do produkcji silikonów.

Chociaż Berzelius jest uznawany za twórcę krzemu, to Henri Sainte-Claire Deville odkrył bardziej powszechną, skrystalizowaną formę surowca 31 lat później. W procesie elektrolitycznego wytapiania Deville uzyskał czysty krzem.

Przez pozostałą część XIX wieku chemicy kontynuowali swoje badania. Kiedy dotarliśmy do połowy XX wieku, opracowali już gumę silikonową do innych celów komercyjnych.

Dr James Franklin Hyde po raz pierwszy zbadał, jak produkować komercyjne silikony w 1930 roku.

Jego praca łączyła zalety szkła i tworzyw sztucznych, chemii organicznej i nieorganicznej. Doprowadziło to do komercyjnej produkcji silikonów w Dow Corning Corporation.

Jednak to brytyjski chemik, Frederick Stanley Kipping, nazwał nowy materiał silikonami w 1940 roku. Uważał, że są one “lepkim bałaganem”. Nie dostrzegał potencjału gumy silikonowej i wierzył, że nie ma dla niej praktycznego zastosowania.

Oczywiście pomylił się, bo w późniejszym okresie XX wieku wykorzystanie żywic, elastomerów i gumy silikonowej rosło. Co ciekawe, silikon używany w chipach komputerowych przyczynił się do nazwania słynnej Doliny Krzemowej (ang. Silicon Valley) w Stanach Zjednoczonych.

Jakie są wady gumy silikonowej?

Niektóre z wad gumy silikonowej obejmują słabą wytrzymałość na rozdarcie, wyższy koszt, niższe właściwości mechaniczne w porównaniu z kauczukiem naturalnym, ograniczoną przyczepność i ograniczoną odporność na rozpuszczalniki. Jednak pomimo tych wad, guma silikonowa jest nadal wszechstronnym i szeroko stosowanym materiałem.

Czy guma silikonowa zawiera BPA?

Guma silikonowa nie zawiera BPA. Ponadto jest nietoksyczna i nadaje się do przemysłu spożywczego lub medycznego.

Dlaczego guma silikonowa jest tak droga?

Guma silikonowa jest taka droga, ponieważ mówimy o specjalistycznym, wysokowydajnym polimerze o wyjątkowych właściwościach. Jest produkowany w stosunkowo niewielkich ilościach i wymaga drogich, skomplikowanych zakładów produkcyjnych.

Wysokie koszty produkcji (w szczególności energii) są główną przyczyną wysokiej ceny silikonu. Ponadto silikon stanowi jedynie niewielką część światowego przemysłu chemicznego, a w przemyśle petrochemicznym istnieje znaczna ekonomia skali. Oprócz tego niektóre z surowców, z których składa się silikon, są bardzo deficytowe, co również przyczynia się do wzrostu cen.