Resistente al calore del gel di silice|Guida professionale: Il salto da 200 gradi a 300 gradi – Una spiegazione completa di come scegliere, utilizzare ed evitare le insidie ​​​​con i materiali resistenti al calore in gel di silice

La normale gomma siliconica ha una temperatura di servizio a lungo termine-di 200 gradi. A 250 gradi inizia a indurirsi, a rompersi e le sue proprietà meccaniche diminuiscono drasticamente. In applicazioni quali pacchi batteria per veicoli a nuova energia, guarnizioni aerospaziali e rulli per stampa a caldo industriali, le temperature spesso superano i 250 gradi, che la normale gomma siliconica semplicemente non può sopportare.

Gli agenti resistenti al calore sono la chiave per risolvere questo problema. Tuttavia, la scelta del tipo sbagliato può portare a problemi come un'insufficiente resistenza alla temperatura, prodotti inutilizzabili che diventano rossi o marroni o addirittura ostacolare la vulcanizzazione nonostante l'aggiunta dell'agente. Questo articolo chiarisce i tipi, i principi, i parametri, la corrispondenza dei processi e le insidie ​​​​comuni.

01 Cosa sono i siliconi resistenti al calore? Gli agenti siliconici resistenti al calore sono additivi funzionali aggiunti alla gomma siliconica per migliorare la resistenza al calore e la stabilità termo-ossidativa del materiale. Il loro obiettivo principale è aumentare la-temperatura di servizio a lungo termine da 200 gradi a 250-300 gradi ritardando contemporaneamente il degrado delle proprietà meccaniche alle alte temperature.

In un ambiente ad alta-temperatura e ricco di ossigeno-, il silicone subisce due processi principali: in primo luogo, i gruppi laterali (gruppi metilici) vengono ossidati per formare radicali liberi alchilici. L'accoppiamento dei radicali liberi porta a un aumento della densità dei legami incrociati-, causando il graduale indurimento e persino la rottura del prodotto (comunemente noto come indurimento). In secondo luogo, la catena principale subisce una degradazione mediante ciclizzazione, generando silossani ciclici a basso peso molecolare-come D3 e D4, con conseguente diminuzione del peso molecolare e perdita delle proprietà meccaniche. Il ruolo degli agenti resistenti al calore-è quello di rallentare questi due processi catturando i radicali liberi, inibendo le reazioni a catena di ossidazione e proteggendo la catena principale del silicone.

Le vie tecniche si dividono in due direzioni principali: ossidi metallici inorganici-utilizzando reazioni redox per assorbire i radicali liberi generati dall'ossidazione e rigenerarli sotto l'azione dell'ossigeno, adempiendo così ciclicamente alla loro funzione; e organosilicio/organico-che forma uno strato protettivo attorno alla catena principale del silicone attraverso la progettazione della struttura molecolare o catturando direttamente i radicali liberi. Ogni percorso ha i suoi scenari applicabili, che verranno confrontati in dettaglio in seguito.

02 Confronto di quattro tipi

Gli agenti siliconici resistenti al calore-sul mercato sono principalmente suddivisi in quattro categorie, con differenze significative in termini di principio, effetto e costo:

① Ossidi metallici-il tipo più classico e ampiamente utilizzato. L'ossido di ferro rosso (-Fe₂O₃) è il più comunemente usato. L'aggiunta di 2-5 parti per 100 parti del composto può aumentare la resistenza alla temperatura a lungo termine da 200 gradi a 250 gradi e ridurre l'allungamento alla rottura a 250 gradi del 40%. Ha un costo contenuto ma farà diventare il prodotto rosso/marrone. Il biossido di cerio (CeO₂) è più efficace dell'ossido di ferro, con un impatto minore sul colore (giallo pallido) e può essere aggiunto in quantità da 0,5 a 4 parti. Possono essere utilizzati anche ossido di cobalto, ossido di manganese, ossido di zinco e biossido di titanio. Tra questi, il sistema binario TiO₂+Fe₂O₃ (maggiore o uguale allo 0,1% ciascuno) può inibire la formazione di formaldeide e ciclosilossani (D4/D5/D6), riducendo le emissioni di COV del 60%-80%.

② Composti di terre rare: soluzioni-resistenti al calore-di fascia alta. Gli stearati di lantanide o i complessi di acetilacetone e il masterbatch di idrossido di cerio (Ce(OH)₃) (aggiunto 5%–10%) hanno una temperatura di degradazione iniziale TGA di circa 400 gradi, consentendo al silicone di rimanere stabile a 300 gradi. I prodotti rappresentativi includono agenti resistenti al calore delle terre rare lantanidi, che offrono una significativa resistenza al calore ma sono più costosi, utilizzati nel settore aerospaziale, nella sigillatura di fascia alta- e in altre applicazioni che richiedono resistenza a temperature estremamente elevate.

③ Organosilicon heat resistant agents-the first choice for transparent/light-colored products. Hexaphenylcyclotrisilazane (HPCS), added at 0.5%–3.0%, has a TGA initial degradation temperature >450 gradi, rendendola una delle varietà più resistenti al calore-attualmente disponibili, senza compromettere la trasparenza. Esistono anche additivi organici resistenti al calore- (tipo liquido trasparente) contenenti ioni di metalli di transizione e legami tioetere, che catturano efficacemente i radicali liberi della degradazione ossidativa, migliorando significativamente la stabilità termo-ossidativa a 280 gradi mantenendo le proprietà meccaniche e la lavorabilità. Appartengono a questa categoria anche gli antiossidanti fenolici modificati organosilicio- (contenenti benzotriazolo o innesti silossanici a struttura amminica impedita). I vantaggi includono trasparenza, nessun impatto sul colore e buona disperdibilità; gli svantaggi includono i costi elevati.

④ Tipo nanocomposito: una tendenza in rapido sviluppo negli ultimi anni. Il nano-ossido di ferro, il nano-ossido di cerio, il nano-ossido di zirconio, ecc., hanno ampie aree superficiali specifiche e un'attività elevata. Una quantità bassa aggiunta (solitamente 1-3 parti) può ottenere l'effetto di più di 5 parti di ossidi tradizionali, con un impatto minore su colore e trasparenza. Esiste anche un sistema composito idrossido di zirconio + ossido di ittrio + esafenilciclotrisilazano, che raggiunge una maggiore resistenza alla temperatura attraverso la sinergia multicomponente. Anche gli agenti compositi resistenti al calore a base di ossidi rappresentano un'area brevettata calda.

In breve: per un costo basso, scegli l'ossido di ferro rosso (il rosso è accettabile); per temperature superiori a 280 gradi, scegliere i tipi di terre rare o organosilicio; per la trasparenza, scegli i tipi di organosilicio; per quantità di aggiunta basse, scegliere i tipi di nanocompositi.

03 Abbinamento con il sistema di vulcanizzazione L'incompatibilità tra l'agente resistente al calore e il sistema di vulcanizzazione può comportare una ridotta resistenza alla temperatura o, in casi gravi, l'assenza totale di vulcanizzazione.

Sistema al perossido (di(2,4-diossano/di(2,5-diossano)): migliore compatibilità, la scelta principale per la gomma siliconica resistente al calore-. La reticolazione C-C indotta dal perossido (Si-CH₂-CH₂-Si) mostra una stabilità termica superiore rispetto al sistema polimerizzato per addizione- reticolazione, che lo rende più adatto per applicazioni resistenti al calore. Il Bis-2,5-(2,5-dimetil-2,5-di-tert-butilperossiesano) ha un'elevata temperatura di decomposizione ed è meno soggetto a bruciatura, il che lo rende adatto per prodotti densi. vulcanizzazione di prodotti sottili Se combinato con coadiuvanti di reticolazione TAIC (a 1,5–2 volte la quantità di perossido), la densità di reticolazione può essere aumentata, riducendo il compression set dal 28% al 16% a 200 gradi per 70 ore.

Sistemi al platino (tipo di aggiunta-): è necessario prestare particolare attenzione alla possibilità che gli ioni metallici e i componenti di zolfo/fosforo/azoto nell'agente resistente al calore possano avvelenare il catalizzatore di platino, portando a una vulcanizzazione incompleta. Quando si utilizzano inibitori dell'acetilene, è essenziale garantire che l'agente resistente al calore non interferisca con la soglia di inibizione. Gli agenti organosilicio resistenti al calore come l'HPCS hanno una buona compatibilità con i sistemi al platino e sono la scelta preferita per il silicone liquido di tipo additivo-. Gli ossidi metallici richiedono test-precedenti su piccola scala per confermare la compatibilità.

Doppio sistema di vulcanizzazione (perossido + KH-CL): utilizzato per la gomma siliconica fenilica, ottenendo una vulcanizzazione completa con elevata resistenza e buona resistenza alle alte-temperature, adatto a condizioni di lavoro estreme superiori a 300 gradi.

Il primo passo nella selezione è sempre quello di confermare il sistema di vulcanizzazione, quindi selezionare il tipo di agente resistente al calore; l'ordine non può essere invertito.

04 Tre processi di addizione
**Miscelazione in mulino aperto:** Dopo aver disperso la gomma siliconica in un mulino aperto, aggiungere l'agente resistente al calore (che può essere aggiunto contemporaneamente al masterbatch colorato e all'agente vulcanizzante) e rotolare ripetutamente fino a ottenere un'uniformità. Questo è il metodo più comune, adatto per mescole di gomma solida. Gli agenti resistenti al calore a base di ossidi metallici devono essere completamente dispersi per evitare l'agglomerazione locale che porta a una resistenza alla temperatura non uniforme. Presta attenzione al controllo della temperatura di miscelazione, poiché alcuni agenti organici resistenti al calore sono-sensibili al calore.

**Miscelazione con impastatrice:** i composti di gomma solida vengono aggiunti a un impastatore insieme a gomma grezza, silice e un agente di controllo della struttura. Dopo aver miscelato uniformemente, lasciare riposare per 8–36 ore (controllo della struttura), quindi aggiungere l'agente resistente al calore e mescolare uniformemente. Adatto per la produzione di massa, con una migliore dispersione rispetto a un mulino aperto. Molte formulazioni brevettate di agenti resistenti al calore a base di ossidi compositi utilizzano questo processo. Gomma siliconica liquida (LSR): aggiungere direttamente all'adesivo A/B e mescolare fino ad ottenere un composto omogeneo. Gli agenti organici resistenti al calore (tipo liquido) sono più adatti per LSR, con una quantità aggiunta dello 0,5%–3%. Questo è il processo più semplice, ma è necessario fare attenzione a degassare dopo l'agitazione per evitare bolle che influenzino la densità del prodotto. Il tipo in polvere di ossido metallico richiede un masterbatch in dispersione prima dell'aggiunta, altrimenti è soggetto a sedimentazione.

Promemoria chiave: la gomma siliconica-resistente al calore deve essere sottoposta a indurimento secondario (solitamente 200 gradi × 4 ore) per rimuovere sostanze a basso peso-molecolare-e attivare completamente l'agente resistente al calore per ottenere una resistenza al calore ottimale. I prodotti senza polimerizzazione secondaria avranno una resistenza alla temperatura significativamente ridotta. Inoltre, evitare l'uso di impurità metalliche come rame e manganese, che favoriscono l'ossidazione termica e accelerano l'invecchiamento termico della gomma siliconica.

05 Parametri chiave: quando si sceglie un agente resistente al calore, prestare molta attenzione a questi cinque indicatori chiave:

① Temperatura di resistenza al calore a lungo-termine: un indicatore fondamentale. La normale gomma siliconica può resistere a temperature fino a 200 gradi. L'aggiunta di 2-5 parti di ossido di ferro rosso può raggiungere i 250 gradi; l'ossido di ferro + il composto di cerio possono raggiungere i 250-280 gradi; gli agenti resistenti al calore delle terre rare/organosilicio possono raggiungere i 280-300 gradi; e la gomma siliconica fenilica + l'agente resistente al calore possono raggiungere i 300-350 gradi. I test vengono solitamente eseguiti secondo il test di invecchiamento con aria calda (GB/T 3512), misurando il tasso di ritenzione delle proprietà meccaniche dopo 250 gradi × 72 ore o 225 gradi × 500 ore.

② Tasso di conservazione delle proprietà meccaniche dopo l'invecchiamento termico-più significativo dal punto di vista pratico rispetto alla semplice misurazione della resistenza alla temperatura. Gli agenti resistenti al calore di alta-qualità devono mantenere una resistenza alla trazione maggiore o uguale al 60% e un allungamento alla rottura maggiore o uguale al 50% dopo 250 gradi × 72 ore. L'ossido di ferro rosso ordinario conserva circa il 49,4% della resistenza alla trazione e meno dell'80% dell'allungamento a rottura dopo 225 gradi × 500 ore.

③ Temperatura di degradazione iniziale TGA-un indice di analisi termogravimetrica che riflette la temperatura alla quale il materiale inizia a decomporsi. HPCS > 450 gradi, ossido di ferro-dopato TiO₂ circa 420 gradi, masterbatch di idrossido di cerio circa 400 gradi, fluido polisilossano standard circa 380 gradi. Maggiore è la temperatura TGA, maggiore è il potenziale di resistenza al calore.

④ Dosaggio – Influisce direttamente sul costo e sulle proprietà fisiche. Ossido di ferro rosso 2-5 parti, biossido di cerio 0,5-4 parti, HPCS 0,5%-3%, masterbatch di idrossido di cerio 5%-10%, TiO₂ drogato con ossido di ferro 2%-5%, tipo nanocomposito 1-3 parti. Un dosaggio troppo basso determina una resistenza al calore insufficiente, mentre un dosaggio troppo alto influisce sulle proprietà meccaniche, aumenta i costi e può portare a difficoltà di dispersione.

⑤ Influenza del colore – Spesso trascurata ma cruciale. Il rosso dell'ossido di ferro trasforma il prodotto in rosso/marrone, il biossido di cerio è giallo pallido, l'ossido di cobalto è grigiastro-nero e i tipi di organosilicio e nanocompositi non hanno praticamente alcun effetto sul colore. I prodotti trasparenti o di colore-chiaro possono essere selezionati solo tra tipi di silicio organico o tipi di nanocompositi trattati in superficie-.

06 Panorama delle applicazioni

Veicoli a nuova energia (41,2%) – Guarnizioni per pacchi batteria, isolamento di cavi ad alta-tensione, guarnizioni di sistemi di gestione termica. Nel 2025, il consumo di agenti resistenti al calore-utilizzati nelle guarnizioni dei pacchi batteria dei veicoli a nuova energia ha raggiunto le 1980 tonnellate, con un aumento del 28,9% su base annua-su{7}}, rendendolo il più grande mercato a valle. I requisiti includono la resistenza a lungo-termine alla temperatura di 200-250 gradi, rispettando anche i requisiti di ritardante di fiamma e di basso contenuto di COV.

Fotovoltaico (28,5%) - Adesivi per telai fotovoltaici, composti per impregnazione di scatole di giunzione. L'esposizione esterna alla luce solare a lungo-termine e alle grandi differenze di temperatura richiede sia resistenza al calore che resistenza agli agenti atmosferici.

Elettronica di consumo (15,7%) – Incollaggio di schermi di smartphone e protezione di componenti interni (circa 0,005 kg per telefono), guarnizioni di compressori di elettrodomestici e protezione di circuiti stampati (circa 2500 tonnellate nel 2024). I requisiti includono materiali-di colore chiaro o trasparenti, principalmente agenti resistenti al calore-a base di silicone-.

Sensori industriali (9,3%) – Sigilli per sensori ad alta-temperatura, che richiedono stabilità a lungo-termine.

Silicone di grado medico- (5,3%) – Richiede la certificazione FDA/ISO 10993 e un'elevata purezza degli agenti resistenti al calore-.

Aerospaziale – Guarnizioni per aerei e razzi, sistemi di tenuta per porte di veicoli spaziali; agenti speciali resistenti al calore-utilizzati: 312 tonnellate, in aumento del 22,4% su base annua-su-anno; richiede una resistenza estrema alla temperatura superiore a 300 gradi; principalmente composti di terre rare e organosilicio.

Altri campi tradizionali: parti industriali per stampa a caldo (piastre per stampa a caldo, rulli per stampa a caldo, ruote per stampa a caldo), stampi in lega a basso-punto di fusione-(stampi per gioielli in lega di piombo, stagno, zinco), teglie/utensili da cucina in silicone resistenti al calore-, fili e cavi, tubi flessibili, rulli di gomma, fogli di silicone per laminatori, isolanti in silicone, fogli di silicone termoconduttivi, anelli di tenuta, ecc.

07 Problemi comuni e guida alla risoluzione dei problemi
I sei problemi più comuni in officina e le indicazioni per la risoluzione dei problemi:

Problema

Causa

Soluzione

Resistenza alla temperatura/indurimento e screpolature insufficienti dopo temperature elevate

Aggiunta insufficiente, dispersione non uniforme, mancanza di vulcanizzazione secondaria, tipo di agente resistente al calore non corretto

Aumentare l'importo dell'aggiunta; prolungare il tempo di miscelazione per garantire la dispersione; la vulcanizzazione secondaria a 200 gradi × 4h è obbligatoria; sostituire con agenti di terre rare o organosilicio superiori a 250 gradi

Il prodotto diventa rosso/marrone/mancata corrispondenza del colore

Vengono utilizzati agenti coloranti resistenti al calore come l'ossido di ferro rosso o l'ossido di cobalto

Sostituire con biossido di cerio (giallo pallido) o agenti organosilicici (trasparenti/incolori); dare la priorità agli agenti organosilicio resistenti al calore per i prodotti-di colore chiaro

Diminuzione della trasparenza/sfocato

Indice di rifrazione non corrispondente tra riempitivo di ossido di metallo e gel di silice, scarsa dispersione

Sostituirlo con agenti resistenti al calore a base di silicio organico-(HPCS o tipo organico liquido); il tipo nano-richiede un trattamento superficiale prima dell'uso.

Vulcanizzazione incompleta/non-vulcanizzazione

Gli ioni metallici o i componenti contenenti zolfo-, fosforo- e azoto-nell'agente resistente al calore avvelenano il catalizzatore al platino.

Sostituisci il sistema al platino con un agente resistente al calore a base di organosilicio-; per i sistemi a perossido, confermare che l'agente resistente al calore non consuma perossido; condurre in anticipo test-su piccola scala.

Proprietà meccaniche ridotte/bassa resistenza alla trazione

Excessive heat resistant agent addition (>10 parti), agglomerato di riempitivo.

Ridurre la quantità aggiunta; passare al tipo nano-composito (bassa quantità di aggiunta, alta efficienza); ottimizzare il processo di dispersione (tre-laminatoi/alto taglio).

Set di compressione di grandi dimensioni

Densità di reticolazione insufficiente, l'agente resistente al calore influisce sulla reticolazione.

Aggiungere l'ausilio di reticolazione TAIC al sistema del perossido (1,5-2 volte il perossido); ottimizzare il processo di vulcanizzazione secondaria.

08 Punti di selezione: quadro decisionale a sei-domande
Quando si seleziona un agente resistente al calore, porre innanzitutto sei domande:

① Qual è la resistenza alla temperatura target? ① **Per temperature comprese tra 200-250 gradi:** Scegli l'ossido di ferro rosso (massimo rapporto costo-efficacia); per 250-280 gradi, scegliere ossido di ferro + composto di cerio o tipo nanocomposito; per 280-300 gradi, scegliere composti di terre rare o composti di organosilicio (HPCS); sopra i 300 gradi, è necessaria una combinazione di gomma siliconica fenilica e agente resistente al calore.

② **Requisiti di colore e trasparenza:** Per i prodotti rossi/scuri, il rosso ossido di ferro è il più economico; per prodotti leggeri/semi-trasparenti, scegli il biossido di cerio o il tipo nano-; per i prodotti completamente trasparenti sono adatti solo composti di organosilicio (HPCS o agenti organici liquidi resistenti al calore).

③ **Utilizzo a lungo-o a breve-termine:** per l'uso continuo a lungo-termine (migliaia di ore), è richiesta un'elevata conservazione delle proprietà meccaniche dopo l'invecchiamento termico, pertanto si consigliano terre rare o composti di organosilicio; per un uso intermittente a breve-termine, l'ossido di ferro rosso è sufficiente.

④ **Quale sistema di vulcanizzazione:** I sistemi al perossido hanno la più ampia compatibilità ed è possibile utilizzare la maggior parte degli agenti resistenti al calore; i sistemi al platino devono evitare zolfo, fosforo, azoto e ioni metallici che interferiscono con il platino e sono preferiti i composti organosilicio; i sistemi a doppia vulcanizzazione vengono utilizzati per la resistenza alle temperature estreme della gomma siliconica fenil.

⑤ **Quale processo:** Tutti i tipi di mescole di gomma possono essere miscelati utilizzando mulini/impastatrici aperte; per gli LSR, sono preferiti gli agenti organici liquidi resistenti al calore-o i masterbatch pre-dispersi; si noti che la vulcanizzazione secondaria è necessaria per attivare l'effetto di resistenza al calore.

⑥ Sono previsti requisiti di certificazione? Le applicazioni mediche richiedono la biocompatibilità FDA/ISO 10993; le applicazioni a contatto con gli alimenti richiedono LFGB/FDA; le applicazioni elettroniche richiedono la conformità RoHS/REACH e un basso contenuto di COV (selezionando il sistema TiO₂+Fe₂O₃ è possibile ridurre i COV del 60%–80%); le applicazioni automobilistiche richiedono la conformità agli standard OEM.

Una volta chiarite queste sei domande, verrà determinata la direzione della selezione. Per le restanti modifiche al dosaggio e all'ottimizzazione del processo, il team tecnico di Yaneng può fornire assistenza con i test sui campioni.