Меня, как поставщика промышленного силикона, часто спрашивают о процессе производства промышленного силикона. В этом блоге я подробно расскажу вам, как производится промышленный силикон, от сырья до готового продукта.
1. Сырье
Основным сырьем для промышленного силикона является кремний, которого много в земной коре, обычно в форме кремнезема (SiO₂). Кремнезем можно получить из кварцевого песка, который широко доступен. Для получения кремния кремнезем сначала восстанавливают углеродом в электродуговой печи при высоких температурах (около 1800–2000°С). В результате этого процесса получают кремний металлургического качества.
Однако для промышленного силикона требуется кремний более высокой чистоты. Металлургический кремний подвергается дальнейшей очистке посредством ряда химических процессов. Одним из распространенных методов является процесс Сименса, при котором кремний реагирует с хлористым водородом (HCl) с образованием трихлорсилана (SiHCl₃). Затем трихлорсилан очищают перегонкой для удаления примесей, таких как бор, фосфор и другие металлы. Наконец, очищенный трихлорсилан восстанавливают водородом с получением поликристаллического кремния высокой чистоты.
2. Синтез силоксановых мономеров
После получения кремния высокой чистоты его используют для синтеза силоксановых мономеров, которые являются строительными блоками силиконовых полимеров. Наиболее распространенным методом такого синтеза является прямой процесс.
В прямом процессе кремний реагирует с метилхлоридом (CH₃Cl) в присутствии медного катализатора при температуре около 250-300°С. В результате этой реакции образуется смесь метилхлорсиланов, например диметилдихлорсилан ((CH₃)₂SiCl₂), который является наиболее важным мономером для производства силикона промышленного качества.
Реакцию можно представить следующим уравнением:
Si + 2CH₃Cl → (CH₃)₂SiCl₂
Затем смесь метилхлорсиланов разделяют фракционной перегонкой в зависимости от их различных температур кипения. Диметилдихлорсилан является ключевым промежуточным продуктом, поскольку он легко гидролизуется с образованием силоксановых олигомеров.
3. Гидролиз и конденсация.
Диметилдихлорсилан подвергается гидролизу при реакции с водой. При гидролизе атомы хлора в диметилдихлорсилане заменяются гидроксильными группами (-ОН), в результате чего образуются силанолы. Реакция следующая:
(CH₃)₂SiCl₂ + 2H₂O → (CH₃)₂Si(OH)₂ + 2HCl
Затем силанолы подвергаются реакции конденсации. В этом процессе гидроксильные группы реагируют друг с другом, отщепляя молекулы воды и образуя силоксановые связи (-Si-O-Si-). Это приводит к образованию линейных или циклических силоксановых олигомеров. В зависимости от условий реакции, таких как концентрация реагентов, температура и наличие катализаторов, степень полимеризации можно контролировать.
4. Полимеризация
Силоксановые олигомеры, полученные на стадиях гидролиза и конденсации, далее полимеризуются с образованием высокомолекулярных силиконовых полимеров. Этого можно достичь двумя основными методами: анионной полимеризацией и катионной полимеризацией.
Анионная полимеризация:
При анионной полимеризации в качестве катализатора используется сильное основание, такое как гидроксид калия (KOH). Основание инициирует раскрытие силоксанового кольца в циклических олигомерах, и реакция распространяется по мере того, как растущая полимерная цепь добавляет больше силоксановых звеньев. Анионная полимеризация позволяет хорошо контролировать молекулярную массу и молекулярно-массовое распределение силиконового полимера.
Катионная полимеризация:
С другой стороны, в катионной полимеризации используется катализатор на основе кислоты Льюиса, такой как серная кислота (H₂SO₄) или трифторметансульфоновая кислота (CF₃SO₃H). Катализатор активирует силоксановые связи, обеспечивая присоединение силоксановых звеньев к растущей полимерной цепи. Катионная полимеризация часто используется для производства силиконов с определенными функциональными группами или структурами.
5. Функционализация и модификация.
Силикон промышленного класса можно дополнительно функционализировать и модифицировать для удовлетворения различных требований применения. Например, путем включения функциональных групп, таких как винильные, фенильные или фторалкильные группы, в цепь силиконового полимера можно изменить свойства силикона.
Винил-функциональные силиконы обычно используются в системах дополнительного отверждения, где они могут реагировать с гидросилановыми сшивающими агентами в присутствии платинового катализатора с образованием трехмерной сетчатой структуры. В результате получаются силиконовые материалы с превосходными механическими свойствами, высокой термостойкостью и химической стабильностью.
Фенилсодержащие силиконы обладают улучшенной термостабильностью и устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, что делает их пригодными для применения в условиях высоких температур или на открытом воздухе. Фторалкил-функционализированные силиконы имеют низкую поверхностную энергию и превосходные водо- и маслоотталкивающие свойства, что полезно в таких применениях, как покрытия и смазочные материалы.
6. Смешивание и составление рецептуры соединений
После стадий полимеризации и функционализации силиконовые полимеры часто смешивают с другими добавками для образования сложных составов. Эти добавки могут включать наполнители, пластификаторы, пигменты и отвердители.
Наполнители:
Наполнители используются для улучшения механических свойств силикона, таких как прочность на разрыв, сопротивление разрыву и твердость. Обычные наполнители включают коллоидный диоксид кремния, осажденный диоксид кремния и карбонат кальция. Диоксид кремния особенно эффективен для армирования силиконовых полимеров благодаря его большой площади поверхности и хорошим характеристикам дисперсии.
Пластификаторы:
Пластификаторы добавляются для улучшения гибкости и технологичности силикона. Они могут снизить температуру стеклования силиконового полимера, что облегчает его формование и придание ему необходимой формы.
Пигменты:
Пигменты используются для придания силикону желаемого цвета. Это могут быть органические или неорганические пигменты, в зависимости от требований применения.
Лечащие агенты:
Отвердители необходимы для сшивания цепей силиконового полимера и превращения силиконового соединения в твердый, долговечный материал. Выбор отвердителя зависит от типа силикона и механизма отверждения. Например, в системах дополнительно-отверждения используются гидросилановые сшивающие агенты и платиновые катализаторы, а в системах конденсационного отверждения используются оловоорганические катализаторы и силановые сшивающие агенты. Подробнее о том, как добавлять отвердитель для обеспечения длительного срока службы силиконовой резины, вы можете узнать из этой статьи.Как следует добавлять отвердитель, чтобы обеспечить длительный срок службы силиконовой резины?.
7. Обработка и формирование
После того, как силиконовый состав составлен, ему можно придать различные формы и формы с использованием различных производственных технологий. Некоторые распространенные методы обработки включают в себя:
Молдинг:
Литье — широко используемый метод производства силиконовых изделий промышленного класса. Существуют различные типы процессов формования, такие как литье под давлением, компрессионное формование и трансферное формование. При литье под давлением силиконовый компаунд нагревается и впрыскивается в полость формы под высоким давлением. Затем форма охлаждается и силиконовая деталь выбрасывается. Компрессионное формование включает помещение заранее отмеренного количества силиконового компаунда в нагретую полость формы и приложение давления для формирования детали. Трансферное формование представляет собой комбинацию литья под давлением и компрессионного формования, при котором силиконовый компаунд сначала нагревается в камере переноса, а затем подается в полость формы. Вы можете узнать больше о промышленном силиконе для форм здесь.Промышленный силикон для форм.
Экструзия:
Экструзия используется для производства непрерывных силиконовых профилей, таких как трубки, стержни и уплотнения. В процессе экструзии силиконовый компаунд подается в экструдер, где он нагревается и продавливается через матрицу под давлением. Матрица определяет форму поперечного сечения экструдированного продукта.
Кастинг:
Литье подходит для изготовления силиконовых деталей больших размеров или сложной формы. При литье жидкий силиконовый состав заливают в форму и оставляют затвердевать при комнатной температуре или в контролируемых условиях нагрева.
8. Контроль качества и тестирование
На протяжении всего производственного процесса применяются строгие меры контроля качества, чтобы гарантировать, что силиконовые изделия промышленного класса соответствуют требуемым стандартам и спецификациям. Тесты контроля качества могут включать в себя:
Химический анализ:
Химический анализ используется для определения состава и чистоты силикона, включая содержание различных элементов, функциональных групп и добавок.
Механические испытания:
Механические испытания проводятся для оценки физических свойств силикона, таких как прочность на разрыв, удлинение при разрыве, твердость и сопротивление разрыву.
Термические испытания:
Термические испытания используются для оценки термической стабильности и характеристик силикона при различных температурах. Это может включать измерение температуры плавления, температуры стеклования и коэффициента теплового расширения.
Экологические испытания:
Экологические испытания проводятся для оценки устойчивости силикона к различным факторам окружающей среды, таким как влажность, УФ-излучение и химическое воздействие.
Заключение
Производство технического силикона – это сложный и многоэтапный процесс, включающий использование передовых химических технологий и технологий производства. От добычи сырья до готовой продукции, каждый этап требует тщательного контроля и обеспечения качества, чтобы гарантировать высокую производительность и надежность силикона.
Если вы ищете высококачественные изделия из силикона промышленного класса, наша компания – ваш надежный партнер. Мы обладаем обширным опытом в производстве и поставке промышленного силикона и можем предложить индивидуальные решения, отвечающие вашим конкретным потребностям. Нужен ли вам силикон для форм, например, для создания изысканных форм для фонарей в виде лотоса?Чтобы создать изысканные формы для фонарей Lotus, ключевым моментом является выбор правильного силикона для форм промышленного класса.или для культурных каменных форм, чтобы избежать таких проблем, как размытие текстуры и образование пузырей из-за плесени.Выбор неправильного силикона для форм из культурного камня приводит к размытию текстуры, вздутию формы и короткому сроку службы? Попробуйте это решение промышленного уровня., мы тебя прикроем. Не позволяйте неправильному выбору силикона привести к сбою в производстве пресс-формы.Изготовление пресс-формы не удалось. 90% причин заключались в том, что был выбран неправильный тип силикона.. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы начать обсуждение ваших требований к силикону промышленного класса. Мы с нетерпением ждем возможности сотрудничать с вами и помочь вам найти идеальное силиконовое решение для вашего бизнеса.
Ссылки
- Марк, Дж. Э., и Бикалес, Нью-Мексико (ред.). (1989). Энциклопедия полимерной науки и техники. Джон Уайли и сыновья.
- Омура, Р. (2007). Силиконы: химия и технология. Вайли - ВЧ.
- Шульц Г.В. и Харт Э. (ред.). (2010). Синтез полимеров: теория и практика. Спрингер.
