シリコーンゴムとは、主鎖がケイ素原子と酸素原子で交互に構成され、通常ケイ素原子が 2 つの有機基に結合しているゴムの一種です。通常のシリコーンゴムは主にメチル基と少量のビニル基を含むシロキサン結合から構成されています。
シリコーンゴムの熱老化
熱老化は、シリコーンゴムの最も重大な老化形態です。シリコーン ゴムの使用環境は高温空気中であり、熱と酸素の組み合わせにより熱老化が起こります。-熱酸化老化プロセス中、高温はシリコーン ゴムの酸化を促進し、酸素はその熱劣化を促進します。
熱酸化老化中のシリコーン ゴムの構造変化は 2 つのカテゴリに分類できます。1 つは熱酸化老化反応によって引き起こされる分子鎖の劣化です。- 2 番目は、分子鎖間の架橋です。-分子鎖の劣化により、経年劣化によりゴムがベタつくようになります。老化後の架橋-によりゴムは硬化します。どちらもゴムの機械的特性を低下させ、最終的には故障につながります。気温が上昇すると、加硫シリコーンゴムが架橋し、破断点伸びの低下は引張強さの低下よりもはるかに大きくなります。
シリコーンゴムの耐熱性に影響を与える要因
1. 化学構造
(1)。主鎖と側基
主鎖はシリコーンゴムの最も基本的な骨格であり、その熱老化に決定的な影響を与えます。主鎖はらせん構造に配置されたシロキサン結合で構成されており、大きな極性と柔軟性を示します。そのため、高温では主鎖の劣化や側基の酸化反応が起こりやすく、シリコーンゴムは徐々に軟化してしまい、その利用価値が失われます。シリコーンゴムの主鎖の構造が異なると耐熱性も大きく異なります。フェニレン、シクロジシラザン、ジフェニルエーテル、フェニレン基、カルボラニレンなどの基を主鎖に導入すると、環化分解反応の可能性が大幅に抑制され、材料全体の耐熱性が向上します。側基については、ビニルシリコーンゴムの側基がそれぞれフェニル、メチル、エチル、プロピル、ブチルの場合、高温環境下では側基が順次酸化し、材料の耐熱性が低下します。さらに、研究により、アルキル側鎖基が増加すると、シリコーンゴムの熱安定性も低下することがわかりました。例えば、ジメチルシリコーンゴムの耐熱性はブチルシリコーンゴムよりも優れています。
(2)。エンドグループ
メチルシリコーンゴムの末端基が水酸基の場合、低温で分子間縮合反応が起こり主鎖の切断が促進され、材料の耐熱性に影響を与えます。高温ではバックバイト反応が発生する可能性があり、ランダムな劣化につながり、最終的にはシリコン-フェニル結合やシリコン-酸素結合の開裂を通じてシリコーンゴムの耐熱性に影響を及ぼします。
2. 半-無機ポリマー複合材料
半無機ポリマー複合材料である-シリコーン ゴムにさまざまなフィラーを添加すると、耐熱性にさまざまな影響を与える可能性があります。例えば、特定の両性金属化合物フィラーはシリコーンゴム内の酸性または塩基性物質を吸収し、これらの物質によって引き起こされるシリコーンゴムの触媒劣化を効果的に低減します。この対策により、熱老化の可能性を効果的に下げることができます。この目的で一般的に使用される材料は、通常、酸化アルミニウムです。要約すると、充填剤は優れた増量剤であるだけでなく、適切に使用するとシリコーンゴムの耐熱性を大幅に向上させることもできます。
3. 環境要因
水蒸気を含む使用環境内の水分は、シリコーンゴムのシロキサン結合の切断を引き起こし、最終的にシラノール基を生成する可能性があります。シラノール基の存在がシリコーンゴムの耐熱性に悪影響を与えることはよく知られています。さらに、非常に興味深い点は、充填シリコーンゴムでは、シロキサンの加水分解と再配列が機械的特性に同じ影響を与えるということです。したがって、機械的特性分析だけで加水分解の有無を効果的に判断することは困難ですが、耐熱性の違いはその判断の根拠となる可能性があります。シリコーンゴム系に酸または塩基が存在すると、その分解が触媒されます。さらに、環境中の酸素やオゾンもシリコーンゴムの熱劣化に悪影響を及ぼします。同時に、使用環境に周期的な応力負荷が存在すると、ジメチルシロキサンおよびジフェニルシロキサン共重合体エラストマーの劣化が促進され、材料の耐熱性が低下する可能性があります。また、これら 2 つの共重合体の組成比によって劣化メカニズムが異なります。
シリコーンゴムの耐熱性向上対策
加硫シリコーンゴムの熱老化メカニズムに基づいて、その熱老化特性を改善するには次のようないくつかの方法があります。
(1) 側鎖の架橋や側鎖の分解による分子鎖の劣化を防ぐために、フェニル基を導入するなどシリコーンゴム側鎖の組成を変更します。これは、フェニル基が酸化されにくく、シリコン鎖の立体障害となり、有機シリコン鎖が分解しにくくなるためです。さらに、共役効果や立体障害効果が大きいため、熱分解温度が高くなります。
(2) シリコーンゴムの分子鎖に嵩高いセグメントを導入し、加硫物中の架橋結合（カーボン、デシルオキシ、ベンゼン、ジフェニルエーテル、シクロジシラザン基など）の熱安定性を高めます。-。
(3) 側鎖の酸化的架橋と主鎖の環化劣化を防ぐために、酸化鉄、ジオキサン、ヘキサフェニルシクロトリシロキサンなどの耐熱性添加剤-を化合物に添加します。-
