من أين يأتي السيليكون: دليل شامل لك

لا توجد طريقة يمكنك من خلالها اختيار المطاط السيليكوني المناسب لك إذا كنت لا تفهم من أين يأتي المطاط السيليكوني. يبحث العديد من الأشخاص عن فهم هذا الأمر يوميًا، لذا فإن هذه المقالة هنا لتمنحك الحل.

معنى المطاط السيليكوني

يُعد المطاط السيليكوني مادة متعددة الاستخدامات ذات هيكل فريد من المركبات القائمة على السيليكون والتي تجعله يتمدد وينحني دون أن ينكسر أو يصبح هشًا. وبقدر ما هو متين ومرن، فإنه يحافظ على ثبات جيد عبر نطاقات درجات حرارة مختلفة من -55 إلى 300 درجة مئوية (-70 إلى 570 درجة فهرنهايت). يجمع المطاط السيليكوني بين المرونة ومقاومة المواد الكيميائية والأشعة فوق البنفسجية والحرارة. وهذا يعني أنه يمكنك استخدام المطاط السيليكوني في تطبيقات مختلفة وبيئات معادية مختلفة.

أصل المطاط السيليكوني

تم تطوير المطاط السيليكوني لأول مرة في القرن التاسع عشر (عام 19 على وجه التحديد) بواسطة الكيميائي السويدي المعروف باسم يونس جاكوب بيرزيليوس. اكتشف المطاط السيليكوني عندما استخدم البوتاسيوم لعزل السيليكون فقط.

بعد عملية العزل، استخدم يونس جاكوب بيرزيليوس الكلور لتسخين السيليكون، مما أدى إلى احتراق السيليكون بشكل قوي. وبعد الانتهاء من كل هذه العمليات، يأتي رباعي كلوريد السيليكون كنتيجة للعملية المذكورة أعلاه.

قد تتساءل عن استخدامات هذه المادة. حسنًا، رباعي كلوريد السيليكون هو جزء من المادة التي يمكنك استخدامها لتصنيع السيليكون في عالم اليوم.

ومنذ ذلك الحين، كان هناك بحث دقيق وصقل من قبل مختلف الكيميائيين لاكتشاف كيمياء السيليكون لتصنيع أنواع مختلفة من المطاط السيليكوني للاستخدام الصناعي واليومي.

المواد الخام المستخدمة في المطاط السيليكوني 

السيليكون

السيليكون هو ثاني أكثر المركبات الطبيعية وفرة في الرمال والصخور. وهو عنصر كيميائي يحمل الرمز Si وينتمي إلى فئة العدد الذري 14. ونظرًا لبريقه المعدني الرمادي اللامع، وكونه شبه معدني رباعي التكافؤ، وكونه شبه موصل، فلا يمكنك التقليل من أهمية السيليكون في عالم المعادن.

يُعدّ السيليكون المادة الأساسية المستخدمة في صناعة السيليكون، على الرغم من أنه لا يتوفر عادةً بصورة نقية. لذا، يجب أولاً استخلاص السيليكون من السيليكا، وبعد ذلك يتم عزله.

الغرض من العزل هو إزالة الشوائب من المواد للتأكد من أنها تلبي معايير تصنيع المطاط السيليكوني. ومع ذلك، عليك التأكد من وجود كمية كافية من السيليكون في السيليكا حتى لا تعقد عملية إنتاج المطاط السيليكوني.

أكسجين

الأكسجين هو العنصر الأساسي وراء الخصائص الفريدة للسيليكون. يتميز السيليكون ببنية جزيئية تتألف من ذرات السيليكون والأكسجين، ووظيفتها تكوين هيكل سيليكسان يُرمز له عادةً بالرمز (Si-O-Si). وبطبيعة الحال، يُفضل استخدام روابط Si-O على الروابط الكربونية لقوتها.

تساهم القوة في مرونة السيليكون الممتازة ومتانته وقدرته على مقاومة العوامل البيئية المختلفة ودرجات الحرارة القصوى. بالإضافة إلى ذلك، الأكسجين هو عنصر كيميائي يتم تمثيله عادةً بالرمز O مع العدد الذري 8. لديهم بنية جزيئية تتميز بذرات السيليكون والأكسجين المتناوبة، كما أنها مقاومة للأشعة فوق البنفسجية والأوزون والشيخوخة التأكسدية.

كيف يتم تصنيع المطاط السيليكوني

استخلاص السيليكون من السيليكا عن طريق الحرارة العالية

كما ذكرنا سابقًا، فإن السيليكون هو المادة المستخدمة في صناعة المطاط السيليكوني. أول ما عليك فعله هو الحصول عليه من الرمال والصخور. ثم يمكنك فصل السيليكون عن الشوائب عن طريق تسخين السيليكا على درجة حرارة عالية. هذه العملية ضرورية إذا كنت تريد الحصول على أعلى جودة من السيليكا.

لكي تتمكن من استخلاص السيليكون، فأنت بحاجة إلى بيئة تحتوي على ما يكفي من الكربون أو المغنيسيوم. ليس هذا فحسب، بل يجب أيضًا أن يتم ذلك في بيئة ذات درجة حرارة عالية أو منخفضة. تفصل هذه العملية تلقائيًا السيليكون عن السيليكا، ثم يحدث تكوين كتلة منصهرة. والشيء التالي الذي يجب القيام به هو الحصول على السيليكون النقي من خلال معالجته بشكل أكبر. بعد كل هذه العمليات، ستحصل على جزيئات السيليكون التي يمكنك استخدامها لتصنيع مطاط السيليكون في صناعات مختلفة.

خلط السيليكون مع كلوريد الميثيل

في هذه المرحلة، تحتاج إلى الجمع بين كلوريد الميثيل لتنقية السيليكون لبدء تفاعل كيميائي. الغرض من إضافة كلوريد الميثيل هو العمل كعامل ذوبان، لتسريع إدراج مجموعات الميثيل (CH3) إلى ذرات السيليكون.

يتم الحصول على كلورو سيلان الميثيل الأنيق من تفاعل السيليكون، ولا يمكن الاستهانة بهذا التفاعل عند تصنيع بوليمرات السيليكون. بعد ذلك، يتم الحصول على المرونة من البنية الكيميائية لمطاط السيليكون عندما يتغير بسبب ارتباط مجموعات الميثيل بذرات السيليكون. يتم تشكيل قاعدة بعد هذه الخطوة ليأخذ الإيلاستومر شكله. يُطلق عليه تجاريًا مطاط السيليكون.

صياغة بوليمرات السيلوكسان

بعد ذلك، ولتصنيع مطاط السيليكون، يلزم تكوين بوليمرات السيلوكسان. ويمكن تحقيق ذلك من خلال تفاعل تكثيف يُسمى التحلل المائي. وتعني هذه العملية أن ميثيل كلوروسيلانات الناتج سيتفاعل مع الماء.

أثناء عملية التحلل المائي، تحل مجموعات الهيدروجين (OH) محل ذرات الكلور، مما يسمح بتكوين روابط السيلوكسان (-Si-O-Si-). تتحد ذرات السيليكون مع بعضها البعض عن طريق إنشاء سلاسل بوليمرية طويلة من السيلوكسان. مع هذه البوليمرات، يصبح المطاط السيليكوني مرنًا ومتينًا ويتمتع بثبات حراري وهو جزء من خصائص السيليكون الممتازة.

تشمل المواد المضافة وعوامل المعالجة

بعد إنشاء بوليمرات السيلوكسان، تحتاج بعد ذلك إلى إضافة مواد مالئة وعوامل معالجة حتى تحصل على خصائصك الفعلية عند إنشاء مطاط السيليكون.

من أمثلة الحشوات التي يمكنك استخدامها السيليكا أو الكربون الأسود، فهي مفيدة جدًا إذا كنت ترغب في تحسين خصائص مثل مقاومة التآكل أو الخصائص الميكانيكية أو التوصيل الحراري. فهي تؤدي وظيفة التحكم في خصائص اللزوجة لتركيبة المطاط السيليكوني ومعالجتها.

فوائد المطاط السيليكوني

• يتميز المطاط السيليكوني بمقاومة ممتازة للحرارة مما يجعله مناسبًا للاستخدام في البيئات القاسية.
• إنه صحي، أي أنه يمكنك استخدامه في الصناعات الغذائية والطبية.
• يتميز المطاط السيليكوني بمقاومة ممتازة لمختلف المواد الكيميائية، مما يجعله مناسبًا لمختلف الصناعات.
• فهو يتمتع بعزل كهربائي جيد، مما يجعله مفيدًا في مختلف الأجهزة الإلكترونية.
• يمكنك استخدام المطاط السيليكوني في المطر بسبب خصائصه المقاومة للماء.

أشكال المطاط السيليكوني

مطاط السيليكون السائل (LSR)

LSR عبارة عن مطاط سيليكون متعدد الاستخدامات يوفر مجموعة ضغط منخفضة مع وقت معالجة سريع في درجات حرارة عالية. يمكنك حقن مطاط السيليكون السائل في تجويف القالب لتصنيعه منفصلًا بسبب الإيلاستومر المعالج بالبلاتين المكون من جزأين. يتحمل درجات حرارة تتراوح من -65 درجة مئوية إلى 260 درجة مئوية، ويتمتع بسيولة ممتازة، ويُستخدم لإنتاج المنتجات الاستهلاكية والأجهزة الطبية.

مطاط السيليكون المبركن عالي الحرارة (HTV)

عادةً ما يتصلب مطاط السيليكون عالي الحرارة عند درجات حرارة عالية. وتتراوح درجة الحرارة اللازمة للتصلب من 150 درجة مئوية إلى 300 درجة مئوية. ونظرًا للتصلب الحراري العالي لسيليكون HTV، فإنه يتمتع بخصائص ممتازة مثل قوة الشد العالية ومقاومة اللهب ومقاومة الحرارة الممتازة.

مطاط مبركن بدرجة حرارة الغرفة (RTV)

المطاط السيليكوني في درجة حرارة الغرفة هو نوع من السيليكون لا يحتاج إلى أي حرارة خاصة للتصلب. وهذا يعني أنه يمكن تصلب نفسه حتى في درجة حرارة الغرفة العادية. ومن الأمثلة على ما يستخدم فيه صناعة القوالب، والختم، وتغليف الإلكترونيات، وما إلى ذلك.

خاتمة

لقد كان المطاط السيليكوني موجودًا منذ عقود من الزمان، وهو مصنوع من السيليكون. عندما تتعرف على تاريخ والمادة والعملية التدريجية التي يمكنك من خلالها تصنيع السيليكون كما هو موضح في هذا الدليل، فسيساعدك ذلك على فهم أفضل لمصدر المطاط السيليكوني.

المزيد من الموارد:

لماذا لا ينصهر السيليكون أو يحترق: نظرة على العوامل المؤثرة في نطاق درجة حرارة السيليكون - المصدر: TOGOHK

ما هو نطاق درجة حرارة السيليكون؟: دليل شامل لنطاق درجة حرارة السيليكون - المصدر: TOGOHK

درجة انصهار السيليكون: كل ما تحتاج معرفته - المصدر: TOGOHK

عملية تصنيع السيليكون: دليل خطوة بخطوة – المصدر: TOGOHK

دليل شامل لحساسية السيليكون – المصدر: TOGOHK