سیلیکون

ساختار و کاربردهای گسترده الاستومرهای سیلیکونی

سیلیکون رابر پلیمری خاص است که بر خلاف پلیمرهای معمول که زنجیره های پلیمر از واحدهای کربنی تشکیل می شوند، در این پلیمر زنجیره ها از واحدهای سیلیکون – اکسیژن (سیلوکسان) تشکیل شده اند. دی متیل دی کلروسیلان به همراه سایر اجزا طیف وسیعی از سیلیکون رابرها را ایجاد می کند که معمولا با اتصال عرضی توسط پراکسیدها به کالاهای الاستومری با دوامی تبدیل می شوند.

سیلیکون

مقاومت حرارتی بسیار خوب و خواص ثابت حتی تا دماهای بالایی چون 260 °C، انعطاف پذیری عالی، مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون، ازون و اشعه UV مهمترین ویژگی هایی است که کاربردهای سیلیکون رابرها را تا به امروز گسترش داده است.

بر اساس ترکیبات شیمیایی مورد استفاده در فرایند پلیمریزاسیون، گونه های متفاوت سیلیکون رابرها بر اساس لیست زیر تولید می شوند:

  • MQ یا Polydimethylsiloxaneکه با نام اختصاری PDMS نیز شناخته می شوند حاوی دو گروه متیل متصل شده به گروه سیلوکسان هستند.
  • VMQ که مشابه MQ است با این تفاوت که تعدادی از گروه های متیل با گروه های وینیلی جایگزین می شوند،
  • PVMQ که مشابه VMQ است و تعدادی از گروه های متیل با گروه های فنیلی جایگزین شده اند،
  • و در نهایت FVMQ که تعدادی از گروه های متیلی با گروه های فلوئورو پروپیل جایگزین می شوند.

در بخش های بعدی این مقاله با کاربردها و روش های شکل دهی سیلیکون رابرها آشنا خواهیم شد.

 

NBR Gasket

مروری بر گونه های خاص دنیای بوتادین رابر

با گریدهای معمولی یا به عبارتی General بوتادین رابر، شامل گریدهای سرد و گرم در لینک زیر آشنا شدیم. در این بخش می خواهیم گریدهایی را معرفی کنیم که برای کاربری های استثنایی توسعه داده شده اند.

NBR های اتصال عرضی شده – Crosslinked NBR

این گریدها، NBR های شاخه ای یا Hot NBR ها هستند که در بخشی از فرایند تولید با اضافه کردن منومرهای عامل دار شده اتصال عرضی می شوند. این گریدها برای تولید قطعاتی مناسب هستند که حبس هوا در آن ها رخ می دهد یا پایداری ابعادی بسیار مهم است.

NBR Gasket

X-NBR

X-NBR یا Craboxylated NBR، شامل زنجیره های لاستیک نیتریل است که حاوی گروه های کربوکسیلیک اسید نیز هستند. حضور کربوکسیلیک اسید فرایند پذیری و پخت لاستیک نیتریل را بهبود می دهد. در نتیجه قطعات تولیدی استحکام مکانیکی، مقاومت پارگی و سایش بالاتری دارند. باید در نظر داشت با اضافه شدن کربوکسیلیک اسید خواص دمای پایین و مقاومت در برابر آب کاهش می یابد.

Bound Antioxidant NBR

این گریدها گونه های بسیار خاص بوتادین رابر هستند که عوامل آنتی اکسیدانت در زنجیره پلیمر قرار گرفته اند. هدف از این کار افزایش مقاومت حرارتی به خصوص در کاربری هایی است که قطعه مورد نظر در برابر سیال داغ قرار می گیرد.

NBR Bale

پلیمریزاسیون و روش تولید NBR و ارتباط آن با خواص مکانیکی محصول نهایی

لینک زیر شامل اطلاعاتی در خصوص ویسکوزیته مونی در تولید NBR است. می توانید ابتدا به این لینک مراجعه و سپس با این بخش در مورد روش های تولید NBR همراه باشید.

بیش از صد گرید تجاری مختلف NBR در سرتاسر دنیا تولید می شود. در اغلب موارد این گریدها به روش امولسیون، شامل آب، امولسیفایر، منومرهای بوتادی ان و آکریلونیتریل و آغازگرها، تولید می شوند. محصول این مرحله پس از جداسازی و فشرده کردن به صورت Bale عرضه می شود.

 NBR تولید

دو روش پلیمریزاسیون سرد و گرم برای تولید گریدهای لاستیک نیتریل استفاده می شوند. پلیمریزاسیون سرد در دماهای 5-15 °C انجام می شود و محصول نهایی زنجیره های خطی دارد. این گریدها خواص مکانیکی فوق العاده ای دارند. درصد منومرها بر اساس خواص نهایی مورد نظر تنظیم می شود. در مقابل در روش پلیمریزاسیون گرم که در دماهای 30-40 °C فرایند پلیمریزاسیون صورت می گیرد، گرید نهایی ساختار شاخه ای دارد و خواص چسبندگی بسیار مناسبی خواهد داشت. همچنین این گریدها برای قالبگیری فشاری یا تولید فوم ها بسیار مناسب هستند.

NBR Gasket

ارتباط ویسکوزیته مونی با خواص قطعات تولیدی با گریدهای مختلف NBR

بخش قبلی در خصوص تاثیر درصد آکریلونیتریل بر خواص NBR تولیدی صحبت کرد. می توانید با مراجعه به لینک زیر این نکات را مطالعه کرده و با این بخش در خصوص ارتباط ویسکوزیته مونی با خواص قطعات تولیدی با NBR همراه شوید.

NBR یکی از معدود الاستومرهایی است که می تواند از پس تمامی شرایط سخت کاربری، مانند دمای بالا، تماس با محیط های شیمیایی و … در قطعات خودرو برآید. برای مثال قطعاتی که باید در دمای کاربری -40 °C تا 125 °C و در تماس با انواع روغن و سوخت سرویس دهی کنند.

NBR Gasket

یکی از مهمترین پارامترهای فنی که با باز کردن دیتاشیت گریدهای مختلف NBR به چشم می خورد، Mooney Viscosity است. ویسکوزیته مونی مستقیما فرایند پذیری گرید مدنظر را نشان می دهد. گریدهای NBR با ویسکوزیته مونی کم و در حدود 30-50 در فرایندهای شکل دهی به روش تزریق استفاده می شوند، در حالیکه گریدهای با ویسکوزیته مونی بالا، مانند 60-80، در اکستروژن و قالبگیری فشاری استفاده می شوند.

از نظر فنی Mooney Viscosity نشان دهنده وزن مولکولی و معماری زنجیره های NBR است. ویسکوزیته مونی بالاتر نشان دهنده وزن مولکولی بیشتر گرید مدنظر است. به صورت کلی با افزایش وزن مولکولی خواص مکانیکی گرید مورد نظر بهبود می یابد و برای کاربری های با عملکرد بالا مناسب است.

در بخش بعدی با معماری زنجیره های گریدهای مختلف NBR آشنا خواهیم شد.

NBR

تاثیر درصد اکریلونیترل بر خواص NBR

NBR در تولید قطعات بسیار زیادی در صنعت خودرو و همچنین دیگر بخش های صنعتی به کمک مهندسین طراح می آید. در هر کاربری که مقاومت کافی در برابر سوخت و روغن نیاز است، پای NBR در میان است. این الاستومر پر کاربرد حاصل پلیمریزاسیون آکریلونیتریل و بوتادی ان است و ترکیب این منومرها (در برخی گریدهای خاص منومرهای دیگری نیز استفاده می شوند که در بخش های بعدی با آن آشنا خواهیم شد.) و معماری زنجیره های پلیمر تعیین کننده خواص NBR تولیدی است. در این بخش با تاثیر درصد اکریلونیتریل آشنا خواهیم شد تا بتوانید گرید مناسب کاربری مد نظر خود را انتخاب کنید.

NBR

PENTAX Image

درصد اکریلونیتریل با توجه به ماهیت قطبی منومر اکریلونیتریل، بر خواص NBR تاثیر گذار بوده و تعیین کننده مقاومت رابر در برابر روغن، حلال ها، انعطاف پذیری در دماهای کم و مقاومت در برابر سایش است. با افزایش درصد اکریلونیتریل و انتخاب گریدهای با محتوای اکریلونیتریل بالا، خواص زیر تقویت می شوند:

  • فرایند پذیری بهبود می یابد،
  • سرعت پخت بالاتر می رود،
  • مقاومت در برابر سوخت و روغن افزایش می یابد،
  • استحکام مکانیکی و مقاومت سایشی افزایش می یابد و،
  • مقاومت حرارتی بالاتر می رود.

در عوض با انتخاب گریدهای با درصد اکریلونیتریل کمتر بایستی منتظر رخدادهای زیر باشیم:

  • کاهش مانایی فشاری،
  • کاهش جهندگی (Resilience)،
  • عبورپذیری در برابر هوا و گاز کاهش می یابد،
  • کاهش انعطاف پذیری در دماهای کم.

در هر کاربری بایستی گرید مناسب NBR را انتخاب کرد. با بخش های بعدی این محتوا همراه شوید تا اطلاعات بیشتری در خصوص انتخاب گرید مناسب NBR کسب کنید.

Slicone

پیچیدگی های فنی کامپاندینگ و شکل دهی سیلیکون، ساختارمند شدن سیلیکون (Structuralization)

آمیزه کائوچوی سیلیکون از اختلاط سیلیکون خام با یک تقویت کننده استحکام بالای سیلیکایی آب دوست بدست می آید. این آمیزه ممکن است در حین انبارش به تدریج سخت تر و از خاصیت پلاستیسیته آن کاسته شود و در نتیجه به مرور زمان بازدهی فنی آن در فرایندهای اختلاط مجدد و شکل دهی از بین می رود. این پدیده را “ساختارمند” Structuralization شدن کائوچوی سیلیکون می نامند. دلیل این امر به برهمکنش گروه های Si-OH سطح سیلیکا با پیوند Si-O یا گروه های انتهایی Si-OH روی مولکول سیلیکون خام بر می گردد که می تواند پیوندهای هیدروژنی و حتی پیوند شیمیایی تشکیل دهد که ساختاری نیمه شبکه ای شده و نیمه الاستیک پدید می آورد و در پی آن انحلال پذیری کاهش و محتوی ژل افزایش می یابد. بر این پدیده می توان با اختلاط مجدد و اعمال یک نیروی برشی قوی روی کائوچوی سیلیکون ساختارمند شده توسط یک آسیاب دو غلطکه که امکان شکست پیوندهای هیدروژنی را دارد، غلبه کرد و پلاستیسیته را مجداً احیا نمود. میزان زمان اختلاط به شدت و درجه پدیده “ساختارمند” شدگی کائوچوی سیلیکون بستگی دارد.

Slicone

توصیه می شود تا از روغن سیلیکون بهنگام اختلاط مجدد سیلیکون روی آسیاب دو غلطکه استفاده شود. روش اختلاط زیر هم را هم می توان توصیه نمود:

1- افزایش فاصله بین دو رول آسیاب دو غلطکه به بیش از 8mm و بعد کاهش تدریجی آن تا اینکه آمیزه سیلیکون به دور رول های آن بچسبد.

2- با چاقو آمیزه خارج شده از بسته بندی را به دو یا چند قطعه کوچکتر تقسیم کرده و آن را به تدریج به فرآیند اختلاط مجدد اضافه نمود و این کار را تا تشکیل پوشش کامل دور رول غلطک ادامه داد.

3- پس از اختلاط مجدد، بخشی حدود 20% تا 25% آمیزه اصلاح شده را برای پرهیز از پراکنش نیافتن مواد مخلوط نشده نگه داشت.

NBR 3345

آشنایی با مشخصات فنی یک NBR پر مصرف، NBR 3345

NBR یکی از الاستومرهای با کارایی بالا است که قطعات خودرو و صنعتی ویژه ای را بر پایه آن می توان طراحی کرد، قطعاتی با مقاومت بالا در برابر روغن و انواع سوخت و از طرفی با عملکرد مکانیکی فوق العاده. بر اساس ویژگی های ساختاری گریدهای مختلفی از NBR به بازار عرضه شده اند. برای مثال با تغییر درصد منومر آکریلونیتریل، NBR های با درصد آکریلونیتریل کم، متوسط و زیاد تولید می شوند. همچنین وزن مولکولی و ریزساختار NBR تولیدی نیز تعیین کننده کارایی آن در تولید قطعات مختلف است. بر اساس این معیارهای فنی می توان گرید NBR مناسب برای تولید قطعه مدنظرمان را انتخاب کنیم. در این بخش می خواهیم با یکی از گریدهای پرکاربرد NBR آشنا شویم.

NBR 3345

NBR 3345 پتروشیمی SIBUR، بعنوان یکی از برترین پتروشیمی های روسیه، حاوی 31-35 درصد آکریلونیتریل است، ویسکوزیته مونی در بازه 42-48 دارد و به کمک فناوری پلیمریزاسیون امولسیون خاص و منحصربفرد تولید می شود. این مقدار آکریلونیتریل، NBR 3345 را در گروه NBR های حاوی درصدهای متوسط آکریلونیتریل قرار می دهد و مقاومت در برابر روغن خوبی را در کاربری مدنظر نشان می دهد. این گرید به صورت Bale های زرد تیره با وزن 30 kg عرضه می شود و از زمان تولید دارای یک سال بهترین زمان مصرف به شرط نگهداری در دماهای کمتر از 30 °C و به دور از نور خورشید است.

NBR 3345 گزینه بسیار خوبی برای تولید قطعات مختلف خودرو و صنعتی است.

NBR اورینگ

کائوچوی NBR در تولید چه قطعاتی به کمک ما می آید؟

در بخش قبلی این مقاله ( لینک زیر)، سعی کردیم نقاط قوت و برتری های ذاتی کائوچوی NBR را معرفی کنیم. پس از آشنایی مقدماتی با این کائوچو آماده هستیم تا با بازار این رابر بیشتر آشنا شویم و کاربردهای آن را معرفی کنیم.

در همین ابتدا و به صورت خلاصه باید بگوییم در هر کاربردی که مقاومت به روغن مورد نظر است، حتما رد پایی از NBR دیده خواهد شد. حال اگر از زاویه دید کالاهای تولیدی به مصرف Nitrile rubber نگاه کنیم، می توان لیست زیر را به عنوان کاربردهای این رابر در نظر گرفت:

  • اورینگ (O-ring) و واشرها
  • روکش کابل، تسمه و شلنگ ها
  • چسب و درزگیرها
  • دستکش های صنعتی و پزشکی – بهداشتی

NBR اورینگ

اما صنایعی که NBR در آن ها به کار می رود:

  • خودروسازی و حمل و نقل
  • قطعات صنعتی
  • نفت، گاز و پتروشیمی
  • معدن و فلزات
  • ساختمان
  • پزشکی – بهداشتی
  • پوشاک و کفش
  • کامپاندینگ پلاستیک ها

مهمترین دلیل گستردگی دامنه کاربردهای NBR و استفاده از آن در کاربردهای مهندسی، مقاومت بینظیر آن در برابر محیط های روغنی، پایداری حرارتی بالا و استحکام مکانیکی فوق العاده است. تولید انواع اورینگ و واشر از جمله بزرگترین بخش های مصرف کننده NBR است. در این کاربرد NBR با داشتن مانایی فشاری بسیار کم، استحکام مکانیکی فوق العاده، سایش بسیار ناچیز و مهمتر از عوامل قبل، مقاومت در برابر روغن، یکی از اولین گزینه های انتخابی است. همچنین از آنجاییکه NBR چسبندگی خوبی به فلزات نیز دارد، در قطعات صنعتی، روکش های غلتک، تیوب، دیافراگم ها و … مورد استفاده قرار می گیرد.

یکی از بخش های پیشرو امروزی در مصرف NBR، صنعت تولید لوازم پزشکی و بهداشتی است. از آنجاییکه NBR به صورت لاتکس نیز تولید می شود، یکی از بهترین گزینه های مدنظر برای تولید لوازم پزشکی، مانند دستکش های بهداشتی است. باید اضافه کرد مدتی است که پای کائوپوی طبیعی به دنیای پلاستیک ها و رزین ها نیز باز شده است. گونه خاصی از NBR با شکل ظاهری پودر، به دلیل سهولت در خوراک دهی و امکان ترکیب کردن آن با اجزای دیگر، در اصلاح خواص PVC و رزین های فنولیک به کار می رود. NBR یکی از بهترین گزینه های اصلاح خواص ضربه پذیری PVC است و آلیاژهای NBR/PVC کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف دارند و از نظر عملکرد می توانند پا به پای رابرهای مهندسی دوام بیاورند.

کاربرد NBR

در حین انتخاب گرید مناسب ان.بی.آر برای هر کاربری، بایستی به نکات زیر دقت شود:

  • درصد آکریلونیتریل ( بر این اساس گریدهای مختلف Nitrile rubber حاوی مقدار کم آکریلونیتریل، مانند 15 درصد تا مقادیر متوسط (30 درصد) و مقدارهای بسیار بالا، مانند 45 درصد، هستند.)
  • ویسکوزیته و فرایندپذیری
  • سرعت پخت
  • آیا گرید مورد نظر از انواع ویژه Nitrile rubber (مانند HNBR ،NBR کربوکسیله شده و NBR پیش پخت شده) است و کاربری مورد نظر به آن نیاز دارد؟

اما در پایان و به عنوان جمع بندی باید گفت کائوپوی طبیعی در بین رابرهای مهندسی چون CSM, CR, ECO، مانایی فشار بسیار کمی دارد، بهترین مقاومت را در برابر انواع روغن از خود نشان می دهد، سایش بسیار ناچیزی در مقایسه با دیگر رابرهای ذکر شده دارد، در دماهای پایین منعطف است و نفوذپذیری کمی در برابر گازها دارد. اما مقاومت آن در برابر سوخت ها عادی است و پایداری حرارتی کمی دارد.

شلنگ NBR

NBR ، اسب بارکش رابرها!

Nitrile Butadiene Rubber (NBR) در بین رابرهای مختلف، معروف به اسب بارکش یا Workhorse رابرها است! شاید دلیل اطلاق این صفت کاربری های خاص این رابر در قطعات خودرو است. این نوشتار علل این نامگذاری را مورد بررسی قرار می دهد و ویژگی های منحصر بفرد این رابر را بر می شمارد. همانگونه که از نامگذاری این رابر مشخص است از کوپلیمرهای آکریلونیتریل و بوتادی ان تشکیل می شود و بر اساس حدود درصد آکریلونیتریل، مقاومت قطعات تولید شده با آن در برابر انواع روغن، سوخت و مواد شیمیایی تغییر می کند.

شلنگ NBR

بیشترین کاربرد کامپاندهای NBR تولید قطعات خودرویی است که در مجاورت روغن، سوخت و دیگر مواد شیمیایی قرار می گیرند. از جمله این قطعات می توان به شلنگ های انتقال روغن، کاسه نمد، گرومت و انواع واشر اشاره کرد. گستره وسیع دمای کاربری این رابر (-40 °C – +125 °C) منجر به عملکرد خوب آن در کاربری خودرو شده است. همچنین NBR در تولید شلنگ های هیدرولیکی صنعتی، لاینر های صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، تسمه – نقاله، روکش رل های فلزی، کفش، کفپوش، چسب و … به کار می رود. همه ساله به صورت متوسط حدود 400 هزار تن انواع گریدهای NBR در کاربری های ذکر شده به مصرف می رسند.

درصد آکریلونیتریل اثر مهمی بر خواص قطعات تولیدی با NBR دارد. به صورت خلاصه می توان گفت با افزایش سهم آکریلونیتریل مقاومت در برابر روغن و سوخت، مقاومت سایشی، استحکام مکانیکی، پایداری حرارتی و سرعت پخت با سیستم های بر پایه گوگرد افزایش و از طرفی مانایی فشاری، انعطافپذیری به خصوص در دمای پایین و سرعت پخت با پراکسیدها کاهش می یابد. از جمله مهمترین ایرادهای وارد بر NBR مقاومت کم آن در برابر تابش نور خورشید است. این ایراد به دلیل اشباع نبودن ساختار این رابر است. گونه های ویژه NBR موسوم به(HNBR)  Halogenated NBR با ساختار اشباع برای این منظور توسعه داده شده اند. لازم به ذکر است که این گریدها مقاومت بهتری در برابر انواع روغن نسبت به گریدهای عادی دارند. در حقیقت می توان گفت نزدیک ترین رابر از نظر مقاومت در برابر روغن ها و سوخت به خانواده رابرهای فلوئوره مانند FKM، HNBR است.

اورینگ NBR

از جمله دیگر گریدهای ویژه NBR انواع کربوکسیله شده ( اصلاح شده با کربوکسیلیک اسید به منظور بهبود فرایند پخت و خواص مکانیکی) و گریدهای پیش پخت شده (Pre-crosslinked) هستند. گریدهای کربوکسیله خواص مکانیکی بهتر و انعطافپذیری کمتری نسبت به گریدهای عادی دارند. همچنین انواع پیش پخت شده فرایندپذیری بهتر و کیفیت سطح قطعه مطلوب تری دارند.

بخش بزرگی از مصرف NBR مربوط به اصلاح پلاستیک هایی مانند PVC است و آلیاژهای PVC/NBR در کاربردهای خودرویی، از جمله تولید شلنگ های مختلف استفاده زیادی دارد.

NBR به کمک فرایند پلیمریزاسیون امولسیون تولید می شود. از جمله بزرگترین تولید کنندگان NBR می توان از کمپانی های صاحب نامی چون Eni Versalis, Lanxess, LG, Nitriflex, Zeon, Kumho  یاد کرد.

NBR در شکل های فیزیکی مختلفی مانند Bale، پودر، مایع و ورق تولید می شود. هر چند باید توجه داشت برخی از گریدها شکل فیزیکی محدودی دارند.
NBR