Силиконовые жидкости. Свойства, виды, области применения

Силиконовые жидкости – это жидкие кремнийорганические полимеры, в которых некоторые атомы углерода замещены атомами кремния.

Они могут иметь разную вязкость, температуру застывания и стеклования, отличаются уровнем термостойкости и другими характеристиками.

Свойства силиконовых жидкостей

Силиконовые жидкости представляют собой обширную группу высокоэффективных олигомерных веществ с комплексом свойств, присущим только этому классу полимерных соединений. Ни в одном другом из известных сегодня природных или синтетических материалов они не повторяются.

Основными особенностями силиконовых жидкостей являются:

• Низкие температуры стеклования и потери текучести (-60 °С … -130 °С)
• Высокая термостойкость (+200 °С … 350 °С)
• Низкое давление насыщенных паров и малая летучесть
• Хорошие диэлектрические свойства
• Малая зависимость вязкости и других свойств от температуры
• Значительная сжимаемость и высокое давление затвердевания
• Малое поверхностное натяжение (18-26 мН/м)
• Высокая гидрофобность и лиофильность
• Устойчивость к окислению
• Способность не смачиваться водой

Температура термоокислительного разрушения силиконовой жидкости, ее инертность или способность вступать в реакции, возможность смешивания с органическими средами, а также смазочные свойства зависят от состава и строения молекул силоксана (т.е. от вида жидкости).

Типичные области применения силиконовых жидкостей

Силиконовые жидкости обычно применяют для создания гидрофобного слоя на различных поверхностях – стекле, керамике, ткани, бумаге и др.

Также их используют в гидроприводах и гидравлических муфтах сцепления. Полидиметилсилоксаны небольшой вязкости позволяют значительно уменьшить общий вес гидравлической системы и диаметр трубопроводов. Более вязкие силиконовые жидкости обладают лучшей сжимаемостью, что дает возможность создавать так называемые «жидкие пружины».

Некоторые силиконовые жидкости выполняют функцию смазочных масел или используются в качестве компонентов пластичных смазок (иногда вместе с нефтяными или синтетическими органическими веществами). Подобные смазки по постоянству своих реологических свойств в широком температурном диапазоне значительно превосходят нефтяные масла.

Благодаря высокой текучести силиконовые жидкости хорошо проникают в узкие зазоры и эффективны при обслуживании цепных передач. Часто они используются для восстановления эластичности и предотвращения старения резиновых уплотнений.

Силиконовые жидкости могут применяться как жидкие диэлектрики для трансформаторов, конденсаторов, радиоэлектронных элементов. Кроме того, они нередко выступают в роли пеногасителей, антиадгезионных смазок, рабочих сред для вакуумных насосов.

В диффузионных вакуумных насосах широкой применение нашли силиконовые жидкости EFELE SO-704 и EFELE SO‑705.

Обе обладают высокой устойчивостью к окислению, химической инертностью, низким давлением насыщенных паров при комнатной температуре. Жидкости EFELE содержат малое количество легколетучих фракций, не меняют своих характеристик в различных условиях эксплуатации, имеют длительный срок службы.

Для ультравакуумных насосов, широко используемых в электронике, металлургии и при производстве оборудования, идеально подходит EFELE SO-704. Также она может применяться в качестве трансмиссионной жидкости в высокотемпературных ходовых механизмах и различных инструментах. В авиакосмической промышленности EFELE SO-704 используется в камерах моделирования условий космоса.

EFELE SO-705 используется в металлургии, электронике, полимерной промышленности (при нанесении защитных покрытий), а также прочих сферах.

Виды силиконовых жидкостей

Приведем особенности трех наиболее крупных групп силиконовых жидкостей.

Полидиметилсилоксаны (ПМС, или PDMS)

Полидиметилсилоксаны – самый простой класс силиконовых жидкостей, поэтому он получил наиболее широкое распространение. От других кремнийорганических составов ПМС отличаются значительно более высокой текучестью. Вязкость этих жидкостей при +20 °С может варьироваться от 0,65 до 1*10⁶сСт.

Диметилсилоксаны оптически прозрачны, как правило, инертны, нетоксичны и негорючи.

Низкие значения поверхностного натяжения (18-20 мН/м) позволяют использовать PDMS в качестве антипенных добавок в минеральные масла.

Кроме того, они применяются в роли охлаждающих и демпфирующих сред (в приборах, работающих до -60 °С), а также как гидравлические и трансформаторные жидкости.

Полидиметилсилоксаны содержатся в шампунях (именно они отвечают за придание волосам гладкости и блеска), используются в качестве пеногасителей при производстве пищевых продуктов. ПМС входят в состав клеев, герметиков, красок и покрытий, применяются для водоотталкивающей пропитки тканей.

Полидиэтилсилоксаны (ПЭС)

При замене обоих метильных радикалов у атома кремния этильными образуется другой класс силиконов – полидиэтилсилоксаны.

Они представляют собой прозрачные жидкости с вязкостью от 1,5 до 1×10⁶ сСт. Эти жидкости имеют значительно более низкие температуры стеклования и застывания по сравнению с диметилсилоксанами. Температура потери текучести ПЭС достигает -135 °С… 140 °С, что в 1.5-2 раза ниже, чем у ПМС).

Кроме того, полидиэтилсилоксаны обладают хорошими смазывающими свойствами и растворимы в большинстве органических соединений. Это обусловило широкое применение ПЭС как основы для масел и смазок.

Сохранение вязкости в широком диапазоне температур позволяет использовать полидиэтилсилоксановые жидкости в качестве жидких рабочих сред в диффузионных вакуумных насосах.

Полиметилфенилсилоксаны (ПФМС)

Полиметилфенилсилоксаны имеют более сложную структурную формулу: помимо диметиловых групп, они содержат фенильные радикалы.

Все ПФМС представляют собой прозрачные бесцветные или слегка желтоватые жидкости. Наиболее вязкие из них могут иметь окраску от светло-желтой до светло-коричневой.

Полиметилфенилсилоксаны характеризуются малой испаряемостью, повышенной термостабильностью, хорошей смазывающей способностью. Они являются отличными диэлектриками и работают в диапазоне температур от -60 до +250 °C.

Наиболее широкое применение ПФМС нашли в вакуумных насосах, в качестве масел-теплоносителей и дисперсионных сред для термостойких смазочных материалов.

Рассмотренные выше и другие силиконовые жидкости (диметилхлорфенилсилоксаны, органоалкоксисилоксаны и пр.) уже изучены и широко применяются в различных сферах промышленности. Тем не менее разработки и исследования свойств многих других классов кремнийорганических жидкостей продолжаются.

К примеру, достаточно перспективными группами являются органосилоксановые жидкости с объемными радикалами у атома кремния (адамантил, карборан), органосилоксаны с гетерозвеньями, гетероциклами и гетероатомами.