25.05.2012
Силикон

Силикон – главный материал XXI века

Что общего между авиалайнером и губкой для мытья посуды, автомобилем и контактными линзами, телефоном и космической станцией? Все эти механизмы, вещи и устройства содержат в себе силикон.

Он может быть жидким как вода или твердым как стекло – полиорганосилоксан или просто силикон, по мнению многих научных экспертов, является главным материалом XXI века, кардинально изменившим нашу жизнь. Любое соединение, имеющее в составе кремний можно отнести к силиконам. Собственно от английского названия кремния «Silicon» и берет название вся группа силиконовых материалов.

Силиконы имеют колоссальное значение в современной индустрии. Если посмотреть вокруг себя, то практически какой бы предмет современного мира мы не увидели, каждый из них имеет в своем составе силикон.

Кислород и кремний являются самыми распространенными элементами на Земле. Кварц, горный хрусталь и обычный речной песок – везде в основе кремний, природные запасы которого велики и постоянно пополняются, а значит, и ресурс для получения силиконов практически неисчерпаем.

Силиконовое сырье
Из такой силиконовой «лепешки», путем вулканизации можно сделать силиконовый материал с абсолютно любыми свойствами.

Чтобы понять, отчего так популярен этот материал, нужно рассмотреть его на самом глубоком молекулярном уровне.

К основной цепочке кремний-кислород-кремний (Si-O-Si) могут присоединяться практически любые элементы и в любой последовательности. Это может быть и нелинейная структура, и молекулярная решетка. Способность организовывать множество различных вариантов химической связи – необычные свойства силикона.

Силиконовые материалы появляются благодаря сочетанию, казалось бы, несочетаемых элементов, благодаря чему они обладают особыми свойствами. Именно силиконы обладают очень высоким и очень хорошим диапазоном температур – от -120 до +300 градусов. При этом от -60 до +200 работает любой даже самый распространённый вид этого материала.

Резкий перепад между этими температурными отметками – экстремальные условия для очень многих материалов. Но только не для силиконов, что очень легко проверить. Температура кипения воды 100 градусов и мгновенный перепад до нуля (момента образования льда) не оставляет на образцах силикона ни следа. Эта способность силиконов сделала их незаменимыми в авиации.

Самолет очень наглядный пример. Когда он летит на высоте 10 тыс. метров, где температура -60 градусов, а садится в аэропорту, где +30-50 градусов, то силиконовые детали никак не реагируют на такие резкие перепады температур и он их с легкостью выдерживает и должным образом уплотняет всё что нужно.

Современный самолет
Поразительно качественная герметичность современных самолетов достигается за счет силиконовых прокладок.

Силиконы добавляют даже в авиационные масла и резину для шасси, а в двигателях самолета – силиконовые прокладки и уплотнители. В кабине пилота силиконовые кнопки на панели управления, а все швы конструкции самолета абсолютно герметичны также за счет силикона.

Герметики на основе силикона используются и в строительстве. Ими замечательно герметизируют окна. Вся нынешняя оконная промышленность, изготавливающая пластиковые окна смогла подняться только потому, что появилась такая возможность мгновенной герметизации вставляемых стеклопакетов. Причем делать это очень надежно и долговременно.

Силиконовая масса залитая в форму
Использование силикона в строительстве.

Вне зависимости от внешнего вида и области применения, исходное сырье для всех силиконовых изделий выглядит одинаково – это всегда жидкость. При этом силикон легко становится твердым материалом, который можно легко шлифовать, полировать, вырезать и вообще обрабатывать как угодно. Также силикон может быть резиноподобным – мягким и эластичным, который можно с легкостью сжимать, сгибать и растягивать.

То, каким будет силикон, полностью зависит от катализатора. Первый этап – получение силиконовых жидкостей, масел и силиконовых каучуков. При этом на основе последнего можно получать разнообразные уплотнители(кольца, клапаны), протезы и разные виды жидких и твердых силиконов, которые Вы имеете.

Жидкое сырье принимает нужную форму после взаимодействия с катализатором и пока оно не остыло, будущий силикон можно окрасить в любые цвета. Завершающая стадия – вулканизация, когда под действием горячего воздуха силиконовая масса твердеет, принимая вид готового изделия.

Разноцветные силиконовые кольца
Обычные кольца из силикона разных цветов.

Температура вулканизации силикона – верхний предел нормальной работы будущего изделия. По завершению вулканизации форма и свойства материала будут уже постоянны, поэтому в вулканизатор масса поступает уже сформированная.

А сам процесс формовки называется – экструзией и очень напоминает работу обычной мясорубки. Силиконовая смесь загружается в аппарат, мощный спиральный поршень которого буквально выдавливает силикон в имеющееся отверстие, представляющее собой профиль будущего изделия. Чтобы сделать деталь другой формы, нужно всего лишь сменить насадку профиля. Именно так производятся всевозможные медицинские трубки и зонды, шланги гидравлических систем, изоляционные ленты для печей и бытовой техники, которая сейчас почти вся укомплектована силиконом.

Например, кофемашина. Отсеки для кофейных зерен в ней изолируются силиконом для сохранения аромата и вкуса свежего кофе. Даже в губке для мытья посуды присутствует силикон – он сделана из пенополиуретана, который и обеспечивает ей такую пористую структуру. И если присмотреться, то станет видно, что пузырьки губки практически одинаковые и расположены ровно относительно друг друга. Это заслуга силиконов, которые умеют контролировать вспенивание.

Пена образуется при получении самых разных веществ – при переработке нефти, в целлюлозно-бумажной промышленности и т.д. И чем больше пены, тем меньше пространства собственно для продукта. А чтобы её разрушить нужно убрать оттуда те частицы, которые заставляют не лопаться пузырькам газа, а находится в спенено-воздушном состоянии.

Но как это работает? Один из самых наглядных примеров – сочетание обычной воды и растительного масла. За счет разницы в плотности этих жидкостей, они всегда будут оставаться самостоятельными слоями. Даже если их смешать, вода и масло вновь очень быстро разделятся. Заставить столь разные молекулы смешаться может заставить эмульгатор – поверхностно-активное вещество, стабилизирующее эмульсии.

Только тогда произойдет равномерное распределение за счет того, что между жидкостями будет находиться эмульгатор. Но если его убрать, то вновь произойдет «схлопывание» этой системы – частички масла и воды отдельно соединяются друг с другом и два слоя получаются вновь разделенными.

Подобным образом силиконовые материалы действуют на отдельные компоненты пенистых веществ, в буквальном смысле контролируя диаметр пузырьков. за счет этих свойств силикон учувствует практически в любом производстве из пенополиуретана, будь то губка для посуды или оплетка для автомобильного руля.

Кстати, в автомобильной промышленности силикон тоже успел занять прочные позиции. Скажем в автомобильных прокладках, он используется из-за своей способности хорошо сжиматься, благодаря чему он демпфирует всё, а это позволяет лучше сохранять авто.

Силиконовая оплетка на руле
Силиконовая оплетка для автомобильного руля помогает при вождении за счет лучшего сцепления рук с ободом рулевого колеса.

Долгий срок службы силиконовых деталей в автомобиле обеспечивает не только устойчивость к деформации. Дело в том, что автомобильные силиконы не восприимчивы к маслам и бензинам. Это свойство им обеспечивают специальные катализаторы.

Вообще видов силиконовой резины очень много, но разница между ними – внешний вид, плотность, набор свойств и т.д., проявляются только после вулканизации. Этап высокотемпературной вулканизации достаточно короткий – в среднем всего 10-15 мин воздействия. Время выдержки зависит от типа резины и её назначения. К разным резинам предъявляются разные требования и для каждой есть свои точные технические условия – легко ли рвется, хорошо ли растягивается, каков показатель её твердости и многое другое.

Показатель твердости говорит о способности держать форму. Например, на дистанционном пульте от телевизора слишком мягкие кнопки будут западать, а слишком твердые плохо нажиматься. Но по-настоящему жесткую проверку проходит так называемая изоляторная резина. Так как она должна служить долго и проводить испытания в течение всего предполагаемого периода её службы очень проблематично, то условия во время испытания гораздо более экстремальные, чем в реальности.

На образцы силиконовой резины воздействуют током с напряжением в 3000-4000 Вольт – такая нагрузка сравнима с ударом молнии. С тыльной стороны на резиновые пластинки подается разрушающий раствор хлорид омония для усиления действия тока. Испытание длится 6 часов, после чего оценивается степень повреждения силикона. И чем меньше воздействия окажет проходящий ток на пластину – тем лучше резина.

Подобная ситуация вряд ли произойдет в реальной жизни. Между тем, некоторым силиконам приходится работать только в экстремальном режиме – например, в открытом космосе. И это уже настоящие высокие технологии и производство такого силикона особое. Он способен выдерживать невероятные температуры и применяется в качестве смазки в открытом космосе, а также в гидравлических системах, используемых в космической технике.

Первые шаги человека на Луне стали возможны благодаря силикону – именно из него были сделаны ботинки космонавтов. Новая разработка, которая позволит сделать космос чуть ближе – это получение из силикона сверхтвердых и сверхжаропрочных материалов.

Но надежные жаропрочные материалы нужны не только в космосе. Металлургия, автомобильная и пищевая промышленность тесно связаны с очень высокими температурами и это уже не сотни, а тысячи градусов. Но силиконам и это «по плечу».

Новые разработанные материалы обладают уникальной термостойкостью – до 1500 градусов и больше. Так, отечественная разработка на основе силикона обладает потрясающими теплоизоляционными свойствами. Когда на одной стороне образца температура превышает отметку в 1500 градусов, на его другой остается чуть выше комнатной. Такой материал может стать настоящей защитой, например, для легкоплавких металлов.

Совсем недавно в России начали производить еще один вид силикона, главная задача которого – защита. Новая силиконовая резина способна в буквальном смысле спасать жизни людей. В метро, аэропортах, вокзалах при какой-то экстренной ситуации не менее 3-х часов помещения должны снабжаться электроэнергией. И эта резина, изолирующая провод, не выделяет вредные вещества при пожаре, а наоборот образует довольно крепкий керамический слой, который позволяет отработать проводу не менее трех часов и предохраняет электрические провода от короткого замыкания.

Фактически силиконам можно придать любые свойства – вплоть до самых невероятных. Но сделать это можно только на этапе работы с сырьем, поскольку готовый силиконовый продукт, прошедший вулканизацию био и химически инертным, то есть не образует новые химические связи. Именно поэтому силиконам не страшны многие агрессивные среды.

Силиконы легко выдерживают кратковременный контакт с концентрированными кислотами и щелочами. А в их слабых растворах могут находиться практически бесконечно, опять же, не теряя при этом своих свойств.

Именно за счет своей инертности силиконы активно используются в медицине. В организме нет такого места и органа который нельзя бы было или временно заменить или помочь ему работать благодаря силикону.

Медицинский силикон производится с помощью платиновых катализаторов. Наличие драгоценного металла делает силикон абсолютно безопасным для человека. В биологической среде в которой могут находиться импланты и протезы из силиконовой резины или куда временно помещены какие-то устройства или инструменты (зонды, дренажи) не вызывают отторжения в организме и совершенно нетоксичны.

Силиконовые имплантанты
Силиконовые грудные имплантанты осчастливили тысячи женщин по всему миру и принесли огромную славу материалу, из которого они изготовлены.

В частности, использование силикона значительно снижает вероятность возникновения осложнений после операции. Кстати, некоторые виды медицинских силиконов не требуют высоких температур в производстве. Стадия их вулканизации (закрепление формы) проходит при комнатной температуре.

Благодаря силикону врачам удалось победить самое распространенное старческое заболевание. С возрастом у человека теряется зрение и происходит это главным образом из-за помутнения хрусталика. Теперь врачи ставят таким пациентам силиконовые хрусталики. Впервые такая операция была произведена нашим соотечественником известным офтальмологом Святославом Федоровым, который благодаря искусственному хрусталику мгновенно возвращал пожилым людям зрение.

Но силикон помогает восстановить зрение не только при оперативном вмешательстве. Контактные линзы также состоят из силикона. Несмотря на кажущуюся хрупкость, такие линзы достаточно прочные. При правильном подборе, тончайшие силикон-гидрогелевые линзы не наносят никакого вреда глазам.

А мизерное присутствие платины придает силикону и заживляющие свойства. От ожогов и шрамов можно легко избавиться при помощи силиконового пластыря, которые уже довольно давно были разработаны российскими учеными. Они очень хорошо помогают при ожогах, для разглаживания келоидных швов после ожогов и операций.

Если Вы случайно получили несерьезный ожог, то достаточно на место ожога наложить полосочку силиконового пластыря. И уже спустя очень короткое время Вы обнаружите, что никаких следов от ожога у Вас больше нет.

При этом, силиконовый пластырь можно снимать, мыть и наклеивать заново. Можно, скажем, снимать на ночь или е носить круглосуточно до полноценного результата. Один пластырь моет служить в течении 2-3 месяцев, что по сравнению с пластырем обычным – настоящий рекорд.

Впрочем, долговечностью могут похвастаться практически все силиконы. Под водой и в открытом космосе, на кухонном столе и в человеческом организме – силиконы везде работают очень долго и одинаково надежно. И судя по всему, силикон только начинает свое грандиозное шествие по планете.

Ученые обещают уже в ближайшее время получить силикон, выдерживающий температуру более 3000 градусов. Такой материал обгонит по жаростойкости титан и это уже не кажется невероятным. Силикон открывает столь заманчивые перспективы, что можно не сомневаться – новые открытия с его активным участием не за горами.

Пока что на рынке не слишком богатый выбор силикон адля изготовления форм. . Советуем на сайте компании "ТОТЕМ " качественные раздвижные шкафы.