Самоклеящийся каучук, но с низким коэффициентом трения
Компания WACKER разработала новые марки жидкого силиконового каучука, которые хорошо прилипают и в то же время имеют поверхность с низким коэффициентом трения сразу после отверждения без потери масла. Разработка открывает двери для жестких / мягких комбинаций, которые легко обрабатывать.
Композитные детали стали значительно более важными за последние двадцать лет. Причины этого включают в себя растущее давление затрат и новые требования к качеству компонентов, функциям и дизайну. Выборочное сочетание различных материалов для формирования композита позволяет производителям интегрировать несколько функциональных возможностей в одной детали, предоставляя дизайнерам больше свободы. Один широко используемый тип композита сочетает в себе мягкий, эластичный компонент с твердым компонентом, который укрепляет композит и придает ему форму. Металл часто используется в качестве твердого компонента, хотя подходящие термопластичные материалы также становятся все более распространенными.
В комбинациях твердых и мягких материалов, подобных этим, мягкий компонент образует уплотнение или поглощает вибрации или звук.
“Все больше и больше производителей выбирают силиконовые эластомеры, особенно если конечная часть будет использоваться в суровых условиях, в медицинских устройствах или в контакте с пищевыми продуктами или лекарствами”, — говорит Дагмар Рише, менеджер по маркетингу резиновых растворов компании WACKER SILICONES. Именно здесь вступает в игру профиль свойств силиконовых эластомеров: силиконы химически инертны, биосовместимы, термостойки, гибки при низких температурах, устойчивы к старению и остаются эластичными в течение длительного времени.
Испытание на адгезию ISO 813 было проведено для демонстрации адгезионных свойств новых самоклеящихся жидких марок силиконового каучука, которые сшиваются, образуя внутреннюю поверхность с низким коэффициентом трения. Силиконовые компоненты (бирюзовые) прочно прилипают к термопластичным твердым компонентам (черным), даже если термопластичная подложка не была обработана заранее. Это открывает возможность использования двухкомпонентного литья под давлением для экономически эффективного массового производства многокомпонентных деталей из термопластичных и силиконовых эластомерных компонентов.
Однако, если они специально не модифицированы, силиконовые эластомеры плохо прилипают к другим материалам, что затрудняет производство стабильных многокомпонентных деталей. “Для того чтобы обычные силиконовые эластомеры достигли хорошей адгезии, вы должны тщательно обработать поверхность твердого компонента”, — подчеркивает она. «Для производителей запчастей это означает дополнительный шаг.”
На ряд применений отрицательно влияет еще одна характеристика силиконовых эластомеров: их типичная резиноподобная поверхность, которая создает большое сопротивление трению. Это свойство может затруднить обработку и вызвать проблемы в практическом применении всякий раз, когда конечный продукт должен двигаться по другой твердой поверхности.
WACKER решил первую проблему-плохие адгезионные свойства-еще в 1999 году с помощью запатентованной технологии самоадгезии, которая создает постоянную химическую связь между двумя компонентами. С тех пор наличие специально модифицированных жидких силиконовых резиновых изделий – самоклеящихся марок-устранило необходимость предварительной обработки твердых компонентов. Эта технология открывает двери для использования процесса впрыска 2K в качестве быстрого и экономически эффективного метода массового производства многокомпонентных деталей, состоящих из силиконовых эластомеров и термопластичного материала или металла.
“В силиконовых изделиях, использующих эту технологию, способность снижать трение является неотъемлемым свойством материала», — подчеркивает доктор Кристоф Вернер, возглавляющий прикладную лабораторию WACKER SILICONES.
Это оборудование используется в прикладной лаборатории для проведения испытаний на адгезию на испытательном образце.
Компрессионный набор (%) отвержденные марки жидкого силиконового каучука из линейки продуктов ELASTOSIL ® LR 3675 демонстрируют низкий компрессионный набор и, следовательно, значительное восстановление эластичности без последующей обработки.
Менее динамическое трение ELASTOSIL®LR 3675/30 и ELASTOSIL®LR 3675/50 демонстрируют пониженный коэффициент динамического трения.
Сложные этапы работы
Однако в приложениях, требующих чистоты, этот вид масляной пленки может быть проблемой. Например, в медицинских и пищевых технологиях использование силиконов, выделяющих масло, полностью запрещено. Вплоть до 2007 года единственными вариантами в этих случаях были либо принятие высокого уровня сопротивления трению, либо изменение свойств поверхности с последующей обработкой, например, нанесением тонкого покрытия. Но это означало дополнительные этапы работы, которые в некоторых случаях были сложными и отнимали много времени.
Технология WACKER, которая производит внутреннюю силиконовую поверхность с низким коэффициентом трения, предлагает здесь альтернативу, поскольку она уменьшает трение без образования пленки силиконовой жидкости. Поверхность силиконового эластомера остается сухой, но при этом трение низкое, в результате чего получается материал, который на ощупь сильно отличается от других силиконовых эластомеров.
Уменьшенное трение, создаваемое поверхностью, оказывает положительное влияние на конечный продукт, как при сборке, так и при окончательном нанесении. Полученные детали легче собирать, а также легче разбирать для таких целей, как техническое обслуживание или очистка. Поверхность с низким коэффициентом трения особенно полезна при установке деталей в труднодоступных местах. Поскольку сборка проще, производители могут производить устройства быстрее, а во многих случаях даже автоматизировать процесс сборки.
Способность уменьшать трение без использования масла дает еще один эффект, который также очень желателен в ряде применений: когда две поверхности силиконового эластомера вступают в контакт, как это происходит, например, в отверстиях клапанов, они часто сливаются вместе при высоких температурах. Технология WACKER уменьшает эту тенденцию, позволяя щелям в дозирующих клапанах оставаться открытыми.
Быстро и недорого
До сих пор производителям приходилось выбирать между использованием либо самоклеящейся технологии, либо безмасляной технологии снижения трения. Оба они уже много лет доказывают свою полезность в бесчисленных приложениях – что нового, так это их комбинация. Их объединение открывает путь к быстрому и экономичному массовому производству многокомпонентных деталей, состоящих из силиконовых эластомеров в сочетании с термопластом или металлом и имеющих внутреннюю силиконовую поверхность с низким коэффициентом трения.
Благодаря своей поверхности с низким коэффициентом трения уплотнительные элементы из ELASTOSIL® LR 3675 облегчают сборку кабелей в автомобилях. Жидкие сорта силиконовой резины в этой линейке продуктов хорошо прилипают к твердым компонентам, не требуя предварительной обработки.
Нет необходимости в грунтовке
Испытание на адгезию ISO 813 показало, что новые марки силикона хорошо прилипают к ряду термопластичных материалов и металлов, не требуя предварительной грунтовки или плазменной обработки подложки. Эти материалы образуют мощную связь с полиамидом и полибутилентерефталатом, которые часто используются в качестве твердого компонента при двухкомпонентном литье под давлением. Однако другие подходящие субстраты включали полиэфирэфиркетон, полиэтилентерефталат и полиметилметакрилат. «Но процессоры все равно всегда должны проверять адгезионные свойства своих подложек, прежде чем запускать крупномасштабное производство”,-советует Вернер. Это связано с тем, что термопласты, доступные на рынке, могут содержать добавки, влияющие на свойства поверхности и, следовательно, адгезию.
Химическая связь, создаваемая самоклеящейся технологией WACKER, обеспечивает значительно большую свободу проектирования, чем традиционные механические методы склеивания, при которых два компонента жесткой/мягкой комбинации соединяются через блокирующие отверстия или подрезы. Кроме того, химическая связь означает, что между твердыми и мягкими компонентами нет промежутков, где может скапливаться грязь или где могут образовываться бактерии или грибы – важная проблема для деталей 2K, которые используются в фармацевтических или медицинских устройствах, или вступают в контакт с пищевыми продуктами.
Все марки в этом инновационном портфеле выпускают эластомеры со смазывающими поверхностями. Их коэффициенты динамического трения лежат между 50 и 70 процентами ниже, чем у стандартных самоклеящихся силиконовых эластомеров, которые одинаково тверды. Коэффициенты трения измерялись в соответствии с указаниями стандарта EN ISO 8295.
“Мы применили уникальную концепцию рецептуры, чтобы объединить эти две технологии», — говорит Вернер. Как объясняет химик WACKER, » мы адаптировали компоненты рецептуры к тем областям применения, для которых были разработаны марки жидкого силиконового каучука. «Это позволило разработчикам сделать больше, чем просто адаптировать продукты для чисто технических приложений – они также смогли создать классы специально для чувствительных приложений.
ELASTOSIL® LR 3671-совместим с пищевыми продуктами
ELASTOSIL® LR 3671 был разработан специально для применения в пищевой промышленности. Эта линейка продуктов включает в себя 30 и 40 марок Shore A, которые содержат только рецептурные ингредиенты, одобренные для использования в пищевых продуктах. Постобработанные детали из ELASTOSIL® LR 3671 являются пищевыми продуктами и пригодны для контакта с пищевыми продуктами в соответствии с рекомендациями федерального института оценки риска Германии (BFR Recommendation XV Silicones) и управления по контролю за продуктами и лекарствами США (21 CFR 177.2600).
Их самоклеящиеся свойства и присущие им низкие коэффициенты трения делают обе марки ELASTOSIL® LR 3671 пригодными для применения в тех случаях, когда силиконовые компоненты многокомпонентной детали контактируют с другой поверхностью либо во время сборки, либо в дальнейшем использовании. Типичные области применения здесь включают уплотнения валов кухонных приборов, поршневые уплотнения дозирующих насосов и крышки термосов с формованными уплотнительными элементами.
ELASTOSIL® LR 3675-предназначен для автомобильной техники
Линейка продуктов ELASTOSIL® LR 3675 также включает в себя две марки, в данном случае со значениями твердости по Шору А 30 и 50. Разрабатывая эту линейку продуктов, химики WACKER работали с оглядкой на технические приложения, особенно в автомобильном секторе. Разработчики обратились к чрезвычайно эффективной системе стимулятора адгезии, в которую они затем ввели добавку, которая придает эластомеру низкий компрессионный набор, даже без постобработки. Ни один из компонентов рецептуры не одобрен для чувствительных применений.
Компрессионный набор предоставляет информацию об упругом восстановлении эластомера, что делает его важным параметром для эластомерных уплотнений. Идеальное значение для набора компрессии — 0 процентов, что означает, что материал идеально эластичен. Совершенно неэластичный материал, напротив, будет иметь компрессионный набор 100 процентов – уплотнение, сделанное из этого материала, выйдет из строя.
Если отвержденная резина не подвергнута постобработке, компрессионный набор ELASTOSIL® LR 3675/30-Марка 30 Шор A-составляет 14 процентов. Компрессионный набор более жесткой марки (ELASTOSIL® LR 3675/50) несколько ниже и составляет 12 процентов. Это очень хорошие значения: результаты испытаний отвержденных стандартных самоклеящихся силиконов той же твердости и без постклеивания, как правило, гораздо хуже. Уплотнительные элементы из ЭЛАСТОСИЛА® Другими словами, LR 3675 сохраняют свою функцию в течение длительного периода времени. В то же время эти отвержденные силиконы также обладают превосходными механическими свойствами, даже без постобработки. Это позволяет производителям многокомпонентных деталей исключить стадию постобработки, тем самым повышая производительность труда.
Как и другие силиконы в этом инновационном портфолио, ELASTOSIL® LR 3675 также образует внутреннюю смазывающую поверхность. Для обеих марок коэффициент динамического трения, измеренный в соответствии с EN ISO 8295, примерно на две трети ниже, чем для стандартных самоклеящихся марок одинаковой твердости. При отверждении ELASTOSIL® LR 3675 естественным образом проявляет свойства, характерные для силиконов, что делает эти два сорта жидкого силиконового каучука идеальными уплотнительными материалами для применения под капотом, такими как автомобильные электрические системы.
Таким образом, ELASTOSIL® LR 3675 является предпочтительным материалом для изготовления однопроводных уплотнений и корпусов разъемов с формованными радиальными уплотнениями-для любой области применения, где требуется смазывающая силиконовая поверхность, но где пленка выделяющейся силиконовой жидкости была бы нежелательна. Заглушки с формованными уплотнительными элементами ELASTOSIL® LR 3675 легко соединяются, а кабели легко скользят через формованные однопроводные уплотнения. Риск загрязнения других объектов маслом во время сборки или последующего использования никогда не является проблемой.
Марки жидкого силиконового каучука в линейке ELASTOSIL® LR 3675 идеально подходят для использования в автомобильной электронике, так как они хорошо прилипают к термопластичным полимерам, используемым в корпусах разъемов, – без предварительной обработки.
Силиконовые эластомеры
Силиконовые эластомеры-каучуко-эластичные твердые вещества на основе полиорганосилоксанов-получают из силиконового каучука в процессе, известном как сшивание или вулканизация. Здесь полимерные цепи кремнийорганических макромолекул образуют трехмерную сеть. Силиконовые эластомеры характеризуются профилем свойств, который делает их незаменимыми во многих промышленных применениях: исключительной термостойкостью, низкотемпературной гибкостью, химической инертностью и биосовместимостью. Силиконовые эластомеры обладают высокой гидрофобностью (т. е. водоотталкивающая) поверхность, избирательно проницаемы для газов и являются очень хорошими электрическими изоляторами. Характерной особенностью является их высокая устойчивость к большому количеству физических и химических воздействий, поэтому, в отличие от органических резиновых смесей, они не стареют. В результате их химические, физические и технические свойства остаются практически постоянными в диапазоне от -50 до +200 °С; они также могут выдерживать длительные механические и электрические нагрузки и длительное воздействие кислорода, озона и ультрафиолетового излучения.
Поствулканизация
В материаловедении термин «постобработка» обычно относится к термической обработке, которая обеспечивает материалу его конечные свойства. Это касается и силиконов. Постобработанные силиконовые детали превосходят свои непостобработанные аналоги как по своим инженерным свойствам, так и по биосовместимости. В случае отвержденных продуктов аддитивного отверждения силиконовых резиновых смесей-категория, включающая жидкий силиконовый каучук, — посткурирование разрушает избыточный сшивающий материал, улучшает сцепление наполнителя и вытесняет низкомолекулярные силиконовые компоненты. Это приводит к умеренному повышению твердости, значительному улучшению прочности на разрыв, низкому набору компрессии и снижению содержания летучих веществ. Установленный стандартный метод заключается в постобработке кусочков силикона при температуре 200 °C в специально предназначенной для этой цели печи. По соображениям безопасности скорость воздушного потока поддерживается постоянно высокой. Поскольку весь объем воздуха, проходящего через печь, должен быть нагрет до 200 °C, вторая стадия вулканизации потребляет много энергии.
Компрессионный набор
Если эластомерное уплотнение деформируется в течение длительного периода времени, оно больше не будет возвращаться к своей точной форме после освобождения, а останется более или менее деформированным. Степень этой устойчивой деформации зависит от того, насколько сильно уменьшается упругое восстановление материала при преобладающих условиях хранения – деформирующих силах, среде, которая воздействует на материал, и температуре. Эта информация предоставляется набором сжатия, параметром, который определяется в стандартизированной процедуре тестирования. Для определения компрессионного набора испытательный образец эластомера (форма и размеры которого определены в стандартах испытаний) помещают в механизм сжатия, где он сжимается до заранее определенной степени и хранится в этом состоянии в течение определенного периода времени в условиях испытаний. Как только образец теста будет выпущен, он больше не вернется к своей первоначальной толщине. Толщина испытуемого образца измеряется до и после сжатия, а также после релаксации. Выраженный в процентах, компрессионный набор представляет собой отношение уменьшения толщины после релаксации к толщине, до которой был сжат испытуемый образец. Низкий компрессионный набор благоприятен – это говорит о том, что материал обладает высокой эластичностью восстановления.