En outre-les formulations de caoutchouc de silicone liquide durcissant (LSR/RTV-2), l'huile de silicone vinylique détermine le "caractère de base", tandis que l'huile de silicone contenant de l'hydrogène-détermine le "squelette de réticulation". Choisir la bonne huile de silicone contenant de l’hydrogène représente la moitié de la bataille gagnée dans la formulation d’un produit réussi.
Un. Huile de silicone contenant de l'hydrogène- : l'"architecte" du silicone à polymérisation par addition-.
Si l’on compare le réseau de réticulation silicone à un bâtiment :
• Huile de silicone vinylique=squelette en acier (fournit la structure de la chaîne principale)
• Joints de béton contenant de l'hydrogène-huile de silicone=(fournit des points de connexion de réticulation)
• Instructions de construction du catalyseur platine = (contrôle l'initiation de la réaction)
Le type de structure, la teneur en hydrogène et le poids moléculaire de l'huile de silicone contenant de l'hydrogène-déterminent directement la densité, la résistance et la flexibilité de ce « bâtiment ».
Deux. Structure et classification des huiles de silicone contenant de l'hydrogène-
2.1Structure chimique de base Le nom chimique de l'huile de silicone contenant de l'hydrogène- est le polyméthylhydrogénsiloxane (PMHS), et son unité structurelle de base est :
Où:
• Unité M : Triméthylsiloxy (CH₃)₃SiO [1/2] – Groupe de coiffage d'extrémité-
• Unité Mᴴ : Diméthylhydrosiloxy (CH₃)₂HSiO [1/2] – Hydrogène-contenant une extrémité-coiffage
• Unité D : Diméthylsiloxy (CH₃)₂SiO [2/2] – Unité répétitive de la chaîne principale
• Unité Dᴴ : Méthylhydrosiloxy (CH₃)HSiO [2/2] – Unité de chaîne principale contenant de l'hydrogène-
2.2 Trois principaux types structurels En fonction de la répartition des liaisons Si-H sur la chaîne moléculaire, les huiles de silicone contenant de l'hydrogène- peuvent être divisées en trois catégories :
fin-huiles de silicone hydrogèneLa réaction de réticulation des huiles de silicone hydrogène fin-se produit principalement aux extrémités des chaînes moléculaires, ce qui entraîne un segment de chaîne plus long dans le réseau réticulé. Ainsi : • Densité de réticulation plus faible • Dureté du vulcanisat plus faible • Allongement plus élevé • Transparence généralement meilleure (moins de points de réticulation, inhomogénéité microscopique plus faible)
Côté-huiles de silicone hydrogèneavoir Si-H réparti sur la chaîne principale, chaque molécule participant à plusieurs points de réticulation : • Haute densité de réticulation • Haute dureté du vulcanisat • Bonne résistance à la traction et à la déchirure • Cependant, une utilisation excessive peut facilement conduire à une fragilisation du composé.
Huiles de silicone hydrogène de fin- et de côté-ont connu une croissance rapide et continue de leur utilisation ces dernières années. En ajustant le rapport de teneur en hydrogène des groupes terminaux/groupes latéraux, la structure du réseau réticulé peut être contrôlée dans une large plage pour répondre aux besoins de différents scénarios d'application.
2.3 La différence essentielle entre l'huile de silicone hydroxylée et l'huile de silicone contenant de l'hydrogène-. Idée fausse courante chez les débutants :
confondre l'hydrogène-contenant de l'huile de silicone et de l'huile de silicone hydroxylée.
• Huile de silicone contenant de l'hydrogène-(Si-H) : utilisée pour les huiles de silicone de type addition-, elle réticule avec les groupes vinyle et ne nécessite pas d'eau.
• Huile de silicone hydroxylée (Si-OH) : utilisée pour les huiles de silicone de type condensation-, elle se condense et se déshydrate avec des agents de réticulation (tels que l'orthosilicate de tétraéthyle).
Les deux ont des propriétés chimiques complètement différentes et ne doivent jamais être mélangés.
Trois. Teneur en hydrogène : le « bouton » de la densité de réticulation
3.1 Définition et mesure de la teneur en hydrogène La teneur en hydrogène fait référence à la quantité de liaisons Si-H dans l'huile de silicone contenant de l'hydrogène- et est généralement exprimée en deux unités :
Unité : Définition : Plage typique :
% en poids Pourcentage de masse H dans la liaison Si-H par rapport à la masse totale 0,05 % ~ 1,6 %
% molaire Pourcentage molaire des unités D^H par rapport à toutes les unités D 5 % ~ 100 %
Dans l'industrie, la teneur en hydrogène est généralement déterminée par des méthodes chimiques (réaction avec un excès d'alcali pour mesurer le volume d'hydrogène) ou par spectroscopie infrarouge (le pic d'absorption caractéristique de Si-H à 2160 cm⁻¹).
3.2Effet de la teneur en hydrogène sur la densité de réticulation
La relation entre la densité de réticulation et la teneur en hydrogène et en vinyle peut être dérivée de la théorie classique de l'élasticité du caoutchouc.
Principales conclusions :
• Lorsque la teneur en hydrogène est inférieure à la stœchiométrie, la densité de réticulation augmente linéairement avec l'augmentation de la teneur en hydrogène.
• Lorsque la teneur en hydrogène dépasse la stœchiométrie, la densité de réticulation a tendance à saturer (limitée par la teneur en vinyle).
• Une huile de silicone contenant trop d'hydrogène-est non seulement un gaspillage, mais introduit également des résidus Si-H n'ayant pas réagi, entraînant une diminution de la résistance thermique.
3.3 Effet de la teneur en hydrogène sur la dureté La dureté (Shore A) est directement liée à la densité de réticulation.
Les données expérimentales montrent que :
Remarque : Les données sont basées sur une huile de silicone contenant de l'hydrogène-côté final (viscosité 200 mPa·s), une huile de silicone vinylique avec une teneur en vinyle de 0,5 % en mole et un catalyseur au platine avec 10 ppm.
Modèle : La dureté augmente de manière approximativement linéaire à mesure que la teneur en hydrogène augmente de 0,05 % à 0,30 % ; au-dessus de 0,50 %, l'augmentation de la dureté ralentit, mais la fragilité augmente significativement.
3.4 Effet de la teneur en hydrogène sur les propriétés mécaniques :
Résistance à la traction et résistance à la déchirure
L'effet de la teneur en hydrogène sur la résistance à la traction suit une courbe en forme de U inversé :
• Faible teneur en hydrogène (<0.10%): Insufficient crosslinking density, large slip space between molecular chains, low tensile strength (<3 MPa)
• Teneur en hydrogène modérée (0,15 ~ 0,35 %) : densité de réticulation modérée, les segments de chaîne peuvent résister aux contraintes et avoir un certain espace de glissement, ce qui donne la plus haute résistance à la traction (5 ~ 8 MPa).
• High hydrogen content (>0,50 %) : réticulation excessive, mouvement restreint des segments de chaîne, concentration de contraintes conduisant facilement à la rupture, diminution de la résistance à la traction.
La résistance à la déchirure suit un schéma similaire, avec la plage optimale de teneur en hydrogène légèrement inférieure à la valeur optimale de résistance à la traction.
Pour les applications nécessitant une grande flexibilité (telles que les mannequins et les moules flexibles), une formulation à faible -teneur en hydrogène-est recommandée ; pour les composants structurels, une formulation à haute-contenu en hydrogène-peut être utilisée.
3.5Effet de la teneur en hydrogène sur la transparence La transparence du silicone durci par addition-est limitée par deux facteurs :
• Dispersion des charges (les systèmes de polymérisation par addition-contiennent généralement peu ou pas de charges, ce n'est donc pas le facteur principal)
• Uniformité microscopique du réseau réticulé-Mécanisme de l'effet de la teneur en hydrogène sur la transparence :
• Faible teneur en hydrogène : points de réticulation-peu nombreux, réticulation locale-inégale, conduisant potentiellement à une séparation de phases microscopique → Légère brume
• Teneur en hydrogène modérée : réticulation uniforme-, réseau régulier → Transparence optimale (transmittance > 90 %)
• Teneur élevée en hydrogène : réticulation-trop rapide, formant des micro-régions localisées à haute densité- → Concentration de contraintes microscopiques et différences d'indice de réfraction → Diminution de la transparence
Pour le silicone de qualité optique (encapsulation de LED, lentilles optiques), il est recommandé de contrôler la teneur en hydrogène dans la plage de 0,15 à 0,25 % en poids.
3.6 Effet de la teneur en hydrogène sur la résistance thermique La résistance thermique du caoutchouc de silicone est principalement affectée par les facteurs suivants :
• Stabilité à l'oxydation thermique de la chaîne principale (énergie de liaison Si-O élevée, bonne résistance thermique de base)
• Stabilité thermique des points de réticulation
• Oxydation thermique du Si-H résiduel Effet de la teneur en hydrogène sur la résistance thermique :
• Teneur en hydrogène appropriée : forme des réticulations stables Si-C-C-Si, excellente résistance à la chaleur (utilisation à long terme-à 200 degrés).
• Teneur excessive en hydrogène : le Si-H résiduel est facilement oxydé à haute température, entraînant une rupture de la chaîne principale et une dégradation du réseau de réticulation, se manifestant par un ramollissement, un caractère collant et une diminution des propriétés mécaniques à haute température.
Expérience industrielle : la teneur en hydrogène doit être ajoutée à 90~95 % du rapport stoechiométrique pour assurer une réticulation suffisante tout en évitant les résidus Si-H.
For high-temperature applications (>200 degrés), il est recommandé d'utiliser des formulations à faible-hydrogène ou à faible-teneur en hydrogène.
3.7Effet de la teneur en hydrogène sur les performances du procédé Durée de vie en pot : La teneur en hydrogène elle-même a peu d'impact direct sur la durée de vie en pot (la durée de vie en pot est principalement contrôlée par la quantité de catalyseur au platine et d'inhibiteurs).
Cependant, les formulations à haute teneur en hydrogène présentent souvent les problèmes de processus suivants :
• Réaction exothermique plus concentrée (plus de Si-H par unité de volume participe à la réaction), conduisant à une augmentation locale de la température et raccourcissant indirectement la durée de vie en pot.
• Plus sensible aux catalyseurs; même des traces d'impuretés peuvent déclencher une « polymérisation explosive ». Vitesse de durcissement : Au même dosage de catalyseur :
• Une teneur plus élevée en hydrogène entraîne une vitesse de durcissement plus rapide (plus de sites de réaction).
• Cependant, la vitesse de durcissement réelle dépend davantage du rapport d'adaptation Si-H/Si-Vi et de la concentration du catalyseur.
Propriétés de démoulage : les formulations à haute teneur en hydrogène ont une densité de réticulation élevée, un retrait de vulcanisation légèrement plus important et une adhérence complexe aux moules. La quantité d'agent de démoulage doit être ajustée en fonction du matériau spécifique du moule.
Quatre. Poids moléculaire : un « régulateur » à l’échelle du réseau
4.1 Relation entre le poids moléculaire et la viscosité Le poids moléculaire de l'huile de silicone contenant de l'hydrogène - n'est généralement pas mesuré directement, mais est caractérisé par la viscosité cinématique (mm²/s ou mPa·s, 25 degrés).
Plages de viscosité courantes pour les huiles de silicone contenant de l'hydrogène-utilisées dans l'industrie :
| Degré de viscosité | Plage de viscosité (mPa·s, 25 degrés) | Poids moléculaire approximatif | Applications typiques Revêtement par pulvérisation |
| Faible viscosité | 20-50 | 1,000~2,500 | Colle de moule générale pour encapsulation fine-couche |
| Viscosité moyenne | 100-500 | 5,000-15,000 | Produits à parois épaisses d'encapsulation électronique |
| Haute viscosité | 1,000-10,000 | 30,000-80,000 | Composants structurels à haute-résistance |
4.2 Influence du poids moléculaire sur la structure du réseau de réticulations Le poids moléculaire de l'huile de silicone contenant de l'hydrogène-détermine le poids moléculaire entre les réticulations (Molecular Weight Between Crosslinks, Mc) : De l'hydrogène de faible poids moléculaire-contenant de l'huile de silicone :
• Chaînes moléculaires courtes, faible espacement entre les réticulations
• Réseau de réticulation dense mais segments de chaîne courts
• Dureté élevée et module de vulcanisation élevé
• Faible allongement et mauvaise résilience
• Structure similaire à "barres d'acier courtes + nœuds denses" Hydrogène de haut poids moléculaire-contenant de l'huile de silicone :
• Longues chaînes moléculaires, grand espacement entre les réticulations
• Réseau de réticulation clairsemé mais segments de chaîne longs
• Vulcanisat souple à faible module
• Allongement élevé et bonne résilience
• Structure similaire à "longues barres d'acier + nœuds clairsemés"
4.3Effet du poids moléculaire sur les propriétés mécaniques
Mécanisme : Dans le réseau réticulé-formé par de l'hydrogène de haut poids moléculaire-contenant de l'huile de silicone, les segments de chaîne longue peuvent s'orienter et s'étendre sous l'effet d'une contrainte, absorbant plus d'énergie, ce qui entraîne une résistance à la traction et à la déchirure plus élevée. L'huile de silicone contenant de l'hydrogène-de faible poids moléculaire forme un réseau trop rigide, entraînant une concentration de contraintes et une rupture prématurée.
4.4 L'influence du poids moléculaire sur les matières volatiles Il s'agit d'un facteur souvent négligé mais crucial :
• Huile de silicone contenant de l'hydrogène de faible poids moléculaire- (<200 mPa·s): Contains more oligomers, resulting in high volatile matter (>1%)
• High molecular weight hydrogen-containing silicone oil (>1000 mPa·s) : Faible teneur en matières volatiles (<0.5%) Hazards of excessively high volatile matter:
• Les composés de faible poids moléculaire se volatilisent pendant la vulcanisation, formant un brouillard d'huile ou des dépôts semblables à un brouillard-sur la surface du produit.
• Dans les applications d'emballage électronique, les substances volatiles contaminent les composants.
• Dans les applications à haute-température, les substances volatiles provoquent des bulles et des vides.
• Dans les applications optiques, les substances volatiles se condensent sur la surface de la lentille, affectant la transmission de la lumière.
Principes de sélection :
• Electronic/Optical Grade Applications: Select high viscosity (>1 000 mPa·s) ou de l'huile de silicone contenant de l'hydrogène raffiné à faible volatilité-.
• Applications industrielles générales : Une viscosité moyenne (100~500 mPa·s) est suffisante.
• Moules industriels nécessitant un démoulage rapide : Une faible viscosité est acceptable, mais assurer une vulcanisation adéquate.
4.5Influence du poids moléculaire sur le processus de mélange
L'huile de silicone contenant de l'hydrogène- doit être mélangée uniformément avec de l'huile de silicone vinylique, des charges et des additifs :
• Huile de silicone à faible viscosité contenant de l'hydrogène- : facile à disperser et faible consommation d'énergie de mélange, mais elle a tendance à « ramper » sur la surface de la charge, entraînant une répartition inégale.
• Huile de silicone contenant de l'hydrogène-à haute viscosité : difficile à mélanger, nécessitant un temps de mélange plus long ou une force de cisaillement plus élevée, mais une fois uniformément dispersée, elle présente une meilleure stabilité au stockage.
Dans les formulations actuelles, une stratégie consistant à combiner une viscosité élevée et faible est souvent adoptée pour équilibrer la transformabilité et les performances.
Cinq. Principes de sélection de l'huile de silicone contenant de l'hydrogène : de la théorie à la pratique
Décision de sélection d'huile de silicone contenant de l'hydrogène-
Faire correspondre le type d'huile de silicone contenant de l'hydrogène approprié-en fonction des scénarios d'application
Scénarios d'application :
Électronique/électrique : faible volatilité, haute pureté, teneur en hydrogène de 0,5 à 1,0 %
Moulage/industriel : viscosité moyenne, performances équilibrées, teneur en hydrogène 0,3-0,8 %
Médical/Alimentaire : Haute sécurité, faibles résidus, teneur en chlore 0,2-0,5 %
Vérification de la densité de réticulation et des conditions de vulcanisation
5.1Sélection de la matrice de décision
| Scénarios d'application | Types de structures recommandés | Teneur en hydrogène (% en poids) | Viscosité recommandée (mPa·s) | Considérations clés |
| Colle pour moule de précision | Confinement de l'hydrogène côté-terminal | 0.15-0.30 | 200-500 | Dureté modérée, allongement élevé, démoulage facile |
| Composé d'empotage électronique | Confinement de l'hydrogène latéral- ou confinement de l'hydrogène côté- d'extrémité | 0.20-0.40 | 500-2000 | Faible volatilité, conductivité thermique élevée, isolation |
| Emballage optique LED | Mettre fin au -confinement de l'hydrogène | 0.10-0.20 | 1000-5000 | Haute transparence, faible volatilité, résistance aux températures élevées |
| Revêtement/Pulvérisation | Confinement de l'hydrogène côté-extrémité ou confinement de l'hydrogène côté-extrémité | 0.05-0.15 | 20-100 | Faible viscosité, pulvérisable, flexible |
| Adhésifs/Scellants | Confinement de l'hydrogène côté-terminal | 0.20-0.50 | 100-500 | Dureté modérée, forte adhérence |
| Modèles humains/Prothèses | Mettre fin au- confinement de l'hydrogène | 0.05~0.12 | 500-2000 | Ultra-doux, allongement élevé, faible dureté |
| High-Temperature Curing Parts (>200 degrés) | Mettre fin au- confinement de l'hydrogène | 0.10-0.20 | 1000+ | Faible résidu Si-H, résistance au vieillissement thermique |
| Ligne de production de démoulage rapide | Côté -Confinement de l'hydrogène | 0.30-0.60 | 100-300 | Durcissement rapide, dureté élevée |
5.2 Principes de correspondance avec les huiles de silicone vinylique
La sélection d'huiles de silicone contenant de l'hydrogène- doit être envisagée en association avec les huiles de silicone vinyliques.
Rapport stœchiométrique : Rapport molaire de réaction idéal : Moles de Si-H / Moles de Si-Vi=1.0 Rapport empirique en pratique industrielle : R=Moles de Si-H / Moles de Si-Vi • R < 1,0 : Excès de vinyle, Si-H insuffisant, réticulation incomplète, surface de vulcanisation collante • R=1.0~2,0 : plage idéale, réticulation suffisante, performances équilibrées • R > 2,0 : excès de Si-H, Si-H résiduel élevé, résistance thermique réduite, mauvaise fiabilité à long-terme.
5.3Idées fausses courantes en matière de sélection
Idée fausse 1 : une teneur plus élevée en hydrogène signifie un durcissement plus rapide. Bonne réponse : La vitesse de durcissement dépend principalement de la concentration et de l'activité du catalyseur au platine ; la teneur en hydrogène a un effet secondaire. Une teneur excessive en hydrogène peut en fait conduire à un durcissement inégal en raison d'une sur-réticulation localisée.
Idée fausse 2 : L'huile de silicone contenant de l'hydrogène à faible-viscosité-est toujours plus facile à mélanger.
Bonne réponse : Bien qu'une faible viscosité soit en effet plus facile à mélanger, elle présente une volatilité plus élevée et est susceptible de « migrer » au sein du système, ce qui peut entraîner une stratification et des performances inégales après un stockage à long terme.
Idée fausse 3 : l'extrémité-contenant de l'hydrogène-contenant de l'huile de silicone est moins performante que le côté-contenant de l'hydrogène-contenant de l'huile de silicone.
Bonne réponse : Les deux conviennent à des applications différentes. L'huile de silicone à base de -contenant de l'hydrogène-contenant de l'hydrogène surpasse souvent l'huile de silicone à base de-contenant de l'hydrogène-contenant de l'hydrogène en termes de transparence et de flexibilité, ce qui en fait le choix préféré pour les applications optiques et flexibles.
Idée fausse 4 : l'huile de silicone contenant de l'hydrogène- peut être stockée à l'air libre pendant de longues périodes.
Bonne réponse : les liaisons Si-H sont sensibles à l'humidité et à l'oxygène. Une exposition à long-terme à l'air entraînera une hydrolyse et une oxydation lentes, entraînant une diminution de la teneur en hydrogène, des changements de viscosité et la génération de bulles d'hydrogène. Il doit être stocké dans un environnement scellé,-à l'épreuve de la lumière et sec.
5.4 Recommandations techniques de DeepSea Technology
Sur la base de l’analyse ci-dessus, Shanghai Silicon Power Materials Co., Ltd. recommande ce qui suit :
• Définissez d'abord des objectifs de performances, puis sélectionnez des huiles de silicone contenant de l'hydrogène- : donnez la priorité à la dureté, à l'allongement, à la transparence et à la résistance à la température avant de faire une sélection.
• Commencez par des tests à petite échelle- : les calculs théoriques doivent fournir une formulation initiale. Déterminez les paramètres optimaux grâce à des tests à petite échelle - (au moins 3 gradients de teneur en hydrogène sont recommandés).
• Faites attention à la stabilité du stockage : sélectionnez des huiles de silicone contenant de l'hydrogène-faiblement-volatil et de haute-pureté pour éviter les fluctuations de performances d'un lot-à l'autre-.
• Considérez Si-H/Si-Vi par paires : ne sélectionnez pas isolément les huiles de silicone contenant de l'hydrogène- ; ils doivent être conçus en association avec des huiles de silicone vinylique.
• Les formulations d'été nécessitent une validation supplémentaire : des changements de réactivité à des températures élevées peuvent entraîner des périodes de fonctionnement excessivement courtes ou un durcissement anormal des formulations ayant passé la validation hivernale en été.
Six. Conclusion Choisir une huile de silicone-contenant de l'hydrogène est un "art du compromis-".
• Dureté ou flexibilité ? → Ajuster la teneur en hydrogène
• Résistance ou allongement ? → Ajuster le poids moléculaire
• Transparence ou résistance à la température ? → Ajuster le type de structure
• Durcissement rapide ou temps de fonctionnement long ? → Régler le catalyseur et l'inhibiteur. Il n'existe pas de "meilleure" huile de silicone contenant de l'hydrogène, seulement la "plus adaptée".
Comprendre la relation intrinsèque entre la structure, les paramètres et les performances est crucial pour une conception de formulation fiable, plutôt que de compter sur des essais et des erreurs pour arriver à un résultat.
À propos de la technologie Deepsea :
Jiujiang Deepsea Technology Development Co., Ltd. est profondément impliquée dans le domaine des produits chimiques organosiliciés spécialisés depuis de nombreuses années, fournissant une gamme complète de produits à base d'huile de silicone contenant de l'hydrogène - (contenant l'extrémité -, contenant le côté -, contenant l'extrémité -côté -, viscosité 20 ~ 10 000 mPa·s, teneur en hydrogène 0,05 ~ 1,6 % en poids %), et peut fournir suggestions de formulations personnalisées en fonction des applications spécifiques des clients.
