Que sont les élastomères de silicone – Le guide complet

Les élastomères constituent une vaste catégorie de matériaux présentant des propriétés élastiques. Ainsi, lorsqu'ils sont soumis à une contrainte, ils peuvent se déformer, mais reviennent à leur forme initiale une fois la contrainte supprimée.

Les élastomères de silicone partagent certains aspects avec le caoutchouc mais sont à base de silicone.

Les élastomères de silicone peuvent également être combinés avec d'autres matériaux polymères et additifs tels que des agents de réticulation, des agents de renforcement et des catalyseurs.

Dans ce guide, nous allons explorer tout ce qui concerne ces types de silicones – plongeons-nous directement dans le vif du sujet :

Avantages des élastomères de silicone

Différentes applications dans de nombreux secteurs utilisent des élastomères de silicone sous une forme ou une autre. Vous pouvez attribuer cela aux caractéristiques exceptionnelles de l'élastomère de silicone :

• Lorsque vous soumettez les élastomères de silicone à des températures élevées, vous constatez qu'ils se comportent remarquablement bien en conservant leur aspect. Ils sont donc adaptés aux endroits où l'exposition à la chaleur est élevée, comme dans les moteurs automobiles, les ustensiles de cuisine et les joints industriels.
• Les élastomères de silicone ne sont pas affectés par les substances chimiques. Leur inertie chimique permet leur utilisation dans des environnements fortement exposés à des produits chimiques agressifs, comme dans les laboratoires et les usines de traitement chimique.
• Un autre avantage des élastomères de silicone réside dans leurs excellentes propriétés d'isolation électrique. Ils peuvent isoler efficacement les composants électriques et offrir une protection contre les chocs électriques, ce qui est idéal dans les applications électriques.
• Les élastomères de silicone ont une faible déformation rémanente après compression et retrouvent facilement leur forme d'origine après avoir été soumis à une compression. Cette propriété est essentielle dans les applications d'étanchéité où les joints et les joints toriques soumis à une pression prolongée peuvent fuir.
• Ces matériaux peuvent supporter des frottements répétés et une usure minimale, garantissant des performances à long terme. Cela permet de les utiliser lorsque l'usure est un problème de performance.
• Les élastomères de silicone résistent à la pénétration de l'eau par absorption, ce qui est idéal dans les environnements à forte teneur en humidité. Par conséquent, les élastomères de silicone conservent leur intégrité et leurs performances dans de telles situations, ce qui permet leur utilisation dans des applications sous-marines.
• La résistance aux intempéries des élastomères de silicone est telle qu'ils peuvent conserver leurs propriétés après une exposition prolongée aux éléments. Les performances formidables de l'élastomère de silicone lorsqu'il est exposé au soleil ou à l'humidité permettent son application à l'extérieur.
• Les élastomères de silicone sont biocompatibles car leur interaction avec les tissus vivants se fait avec un risque minimal de réactions indésirables. Ils trouvent donc une utilisation dans des applications médicales et de santé telles que les implants, les tubulures médicales et les prothèses.
• Alors qu'une exposition prolongée à l'ozone peut dégrader et fissurer les matériaux en caoutchouc ordinaires, les élastomères de silicone résistent aux dommages causés par l'ozone. Même en cas d'exposition prolongée à des environnements extérieurs enregistrant des niveaux élevés d'ozone, les élastomères de silicone conservent leur intégrité structurelle et leurs performances.
• Les élastomères de silicone présentent des propriétés mécaniques impressionnantes, notamment en termes de rigidité et de ténacité. Leur capacité à résister aux contraintes mécaniques et à la déformation permet une application dans des conditions de flexion, d'étirement et d'impact répétés.

Synthèse d'élastomères de silicone

En fonction des qualités finales souhaitées des élastomères de silicone, la technologie de traitement peut prendre différentes formes. Lors de la synthèse du silicone, des monomères de silicone contenant atomes de silicium sont liés à des groupes organiques méthyle ou phényle. Les groupes réactifs des monomères de silicone induisent les processus d'hydrolyse et de condensation.

Lors de l'hydrolyse, le silicium lié à l'oxygène réagit avec l'eau pour former des groupes silanol avec un catalyseur acide ou basique. Une réaction de condensation s'ensuit dans laquelle ces substances forment des chaînes polymères avec de l'eau comme sous-produit dans ce que l'on appelle la polymérisation.

Une fois le poids moléculaire souhaité atteint, la réaction est stoppée par l'ajout d'agents de terminaison ou par refroidissement. D'autres additifs peuvent être ajoutés lors de processus supplémentaires tels que la purification et la coloration pour produire des élastomères de silicone aux caractéristiques différentes.

Types d'élastomères de silicone

Le procédé utilisé pour synthétiser un élastomère de silicone, en fonction de la température et de la molécule à chaîne droite, déterminera idéalement le type. Chaque type d'élastomère de silicone est adapté à certaines applications.

Caoutchouc durci à chaud (HCR)

À l'état non durci, le caoutchouc thermodurci est sous forme solide. Par conséquent, le soumettre à un durcissement thermique le convertit dans l'état souhaité. forme non durcie nécessitant un durcissement thermique pour atteindre les propriétés finales. Au cours du processus de durcissement, le matériau est amené à un état stable en le chauffant à des températures élevées pendant une période définie.

Caoutchouc de silicone liquide (LSR)

Il s'agit d'un élastomère à deux composants durci au platine et de faible poids moléculaire, généralement sous forme liquide jusqu'à ce qu'il durcisse à des températures élevées. Le LSR constitue généralement un polymère de base, un catalyseur au platine et un agent de réticulation qui trouve une utilisation dans l'électronique, les appareils médicaux et les composants automobiles.

Le caoutchouc de silicone liquide offre une excellente résistance à la déchirure, une clarté optique, une biocompatibilité et une stabilité sur une large plage de températures. Grâce à son état liquide, le LSR permet une production en grande série et une réduction du gaspillage de matériaux.

Vulcanisation à température ambiante (RTV)

Les élastomères de silicone de cette catégorie sont réticulés à température ambiante par réaction de réticulation catalysée par l'humidité. Généralement de dureté moyenne à souple, ces élastomères offrent l'avantage d'une mise en œuvre simple grâce à la réticulation à basse température.

Silicone RTV Il peut être fabriqué avec différents niveaux de flexibilité, de dureté et de résistance chimique. Cet élastomère est couramment utilisé dans les applications d'étanchéité dans l'aérospatiale et l'électronique, le moulage et la fabrication de moules.

Agents de renforcement et additifs utilisés pour les élastomères de silicone

L'ajout d'additifs et d'agents de renforcement à l'élastomère de silicone permet d'atteindre des caractéristiques ou des normes de performance spécifiques. Parmi les paramètres qui peuvent être modifiés figurent la viscosité, la durée de vie en pot, la dureté, la conductivité, la perméabilité et la couleur.

Remplisseurs

Les charges peuvent être renforçantes ou non renforçantes, les premières améliorant les propriétés mécaniques tandis que les secondes remplissent des fonctions allant au-delà de l'amélioration mécanique. La silice pyrogénée est une charge renforçante qui améliore les propriétés mécaniques de l'élastomère silicone (résistance à la traction, résistance à la déchirure, résistance à l'abrasion).

Il est hydrophile avec une structure hautement poreuse et donc une grande surface, ce qui facilite les interactions fortes entre polymères améliorant la rigidité. De plus, il régule la viscosité, ce qui permet son utilisation dans les revêtements, les produits d'étanchéité et les adhésifs.

Le quartz est une forme naturelle de dioxyde de silicium dont la structure cristalline se compose de particules plus grosses que la silice pyrogénée. En tant que charge non renforçante, il offre des avantages autres que l'amélioration des propriétés mécaniques comme le contrôle de la densité.

Agents de réticulation

Vous pouvez réticuler les élastomères de silicone avec des agents de réticulation au peroxyde et des catalyseurs au platine pour améliorer la stabilité mécanique et thermique ainsi que l'élasticité. Les agents de réticulation au peroxyde couramment utilisés comprennent le peroxyde de dicumyle et le peroxyde de benzoyle, le choix dépendant de facteurs tels que la température et la vitesse de durcissement.

Les catalyseurs à base de platine sont des composés organométalliques contenant des ligands tels que les phosphines et des souches de platine. Ils facilitent la réaction d'hydrosilylation, qui réticule les chaînes polymères en formant une structure de réseau tridimensionnelle qui améliore l'élasticité et la résistance mécanique.

Retardateurs de flamme

Les retardateurs de flamme contribuent à réduire l'inflammabilité et à améliorer la résistance au feu des élastomères de silicone. Ils peuvent être halogénés, à base de phosphore, inorganiques ou à base d'azote, et leur efficacité dépend de facteurs tels que la compatibilité avec d'autres additifs et la composition chimique.

Les retardateurs de flamme peuvent agir de différentes manières, par exemple en formant des couches de charbon protectrices, en diluant les gaz inflammables et en interrompant les réactions de combustion. Ils peuvent également libérer des gaz non combustibles pour empêcher la propagation des flammes ou refroidir la surface du matériau.

Stabilisateurs

L'ajout de stabilisants aux élastomères de silicone améliore la résistance à la dégradation causée par l'oxydation, la chaleur et les rayons UV. Les stabilisants améliorent les performances et prolongent la durée de vie des élastomères de silicone.

Les stabilisateurs thermiques tels que les phosphites aident à conserver la stabilité de la couleur, les propriétés mécaniques et les performances globales des élastomères de silicone lors d'une exposition à des températures élevées. Les stabilisateurs UV fonctionnent en absorbant ou en diffusant le rayonnement UV et comprennent les benzophénones, les stabilisateurs de lumière à base d'amine encombrée et les benzotriazoles.

Les stabilisateurs d'oxydation protègent les élastomères de silicone en inhibant les réactions d'oxydation provoquées par l'exposition à l'oxygène formant des radicaux libres. Cela permet de prolonger la durée de vie de l'élastomère tout en conservant ses propriétés physiques. Parmi les stabilisateurs d'oxydation courants figurent les thioéthers et les phénols encombrés.

Pigments et couleurs

La transparence élevée offerte par les élastomères de silicone permet l'ajout de pigments pour conférer la couleur ou l'opacité souhaitée. Lors de la sélection des pigments pour les élastomères de silicone, tenez compte de la stabilité de la couleur, de la stabilité thermique, de la compatibilité chimique, de l'opacité et de la couverture.

Les pigments peuvent être organiques, d'origine synthétique ou naturelle, et comporter des structures chimiques qui absorbent certaines longueurs d'onde lumineuses, ce qui entraîne une coloration. Ils peuvent également être inorganiques pour faire allusion à leur origine minérale avec un large spectre offrant une excellente résistance à la lumière et une stabilité chimique, par exemple les oxydes métalliques.

Caractéristiques des élastomères de silicone

Les élastomères de silicone présentent une forte liaison et une structure chimique formée par l'énergie de liaison élevée entre les molécules de silicium et d'oxygène. Le résultat est leur capacité à posséder différentes propriétés viables idéales dans différentes applications.

• Excellentes propriétés mécaniques : Les élastomères de silicone peuvent résister à la déformation sans dommage permanent, grâce à leur résilience, leur résistance élevée à la déchirure et leur élasticité.
• Faible réactivité chimique : Ces matériaux sont moins susceptibles de réagir lors d’une interaction avec d’autres produits chimiques résistant aux effets des éléments acides ou basiques.
• Résistance à l'oxydation, à l'ozone et aux radiations : Les élastomères de silicone résistent à la dégradation causée par une exposition prolongée au soleil, à l'oxygène et à l'ozone lorsqu'ils sont mis en œuvre dans des environnements extérieurs. Cela est dû à leur structure moléculaire stable et à leur réseau réticulé.
• Flexibilité à basse température : Leur faible température de transition vitreuse garantit que les élastomères de silicone restent flexibles et résilients à basse température, de -100°C à -60°C.
• Propriétés d'isolation : Les élastomères de silicone présentent une résistance diélectrique élevée, une faible perte diélectrique et une résistance au cheminement et à l'arc, contribuant à des performances d'isolation fiables.
• Propriétés d'isolation : Les élastomères de silicone présentent une résistance diélectrique élevée, une faible perte diélectrique et une résistance au cheminement et à l'arc, contribuant à des performances d'isolation fiables.
• Transparence optique : Vous pouvez synthétiser des élastomères de silicone pour permettre le passage de la lumière pour une utilisation spécialisée dans les lentilles optiques et l'encapsulation LED.
• Large plage de température : Les élastomères de silicone peuvent résister à des températures extrêmes allant jusqu'à -50^ouC jusqu'à 250^ouC. Ils démontrent également une résistance impressionnante à l’oxydation thermique lorsqu’ils sont exposés à des températures élevées pendant des périodes prolongées.
• Propriétés antiadhésives et non adhésives : La faible énergie de surface possédée par les élastomères de silicone leur confère d'excellentes propriétés antiadhésives permettant leur utilisation dans les ustensiles de cuisine et la fabrication de moules.
• Faible toxicité : Les élastomères de silicone ne libèrent pas de produits chimiques nocifs lorsqu'ils entrent en contact avec les tissus vivants, ce qui les rend non toxiques et biocompatibles.

Applications des élastomères de silicone

Les élastomères de silicone trouvent une application dans des environnements à hautes performances où des matériaux polymères similaires sont inefficaces. Leur utilisation est répandue dans un large éventail d'industries, grâce à leur combinaison de propriétés uniques, contribuant à améliorer les performances et la fiabilité.

Automobile

Joints, joints d'étanchéité, joints toriques et câbles d'allumage utilisés dans applications automobiles Les élastomères de silicone sont utilisés pour leur excellente résistance à la température, leur flexibilité et leur durabilité. Ils sont également utilisés dans les composants du moteur tels que les tuyaux d'admission, les soupapes du système de carburant et les passe-fils.

Aviation et aérospatiale

Leur résistance aux températures extrêmes, aux carburants, aux lubrifiants et aux fluides hydrauliques permet l'utilisation intensive des élastomères de silicone pour l'étanchéité des composants critiques. Ces matériaux sont également utilisés dans les systèmes de protection thermique et les composants électriques isolants.

Biens de consommation

Des ustensiles de cuisine aux produits d'entretien en passant par l'électronique, les élastomères de silicone sont omniprésents dans les biens de consommation. Leur résistance à la chaleur et leurs propriétés antiadhésives sont reconnues dans les équipements de cuisson, leur biocompatibilité dans les produits cosmétiques et leur isolation et leur flexibilité dans l'électronique.

Soins de santé

Les élastomères de silicone sont utilisés dans les cathéters, les tubes médicaux, les prothèses et les implants chirurgicaux en contact direct avec le corps. Leur texture douce, leur biocompatibilité et leurs propriétés hypoallergéniques permettent de les utiliser dans des applications médicales sensibles.

Énergie

L'utilisation d'élastomères de silicone dans les systèmes de production, de transmission et de distribution d'énergie est due à leurs qualités isolantes, diélectriques, thermiques et de résistance à la dégradation. Ces matériaux trouvent des applications comme produits d'étanchéité et d'encapsulation dans la production d'énergie renouvelable et l'industrie pétrolière.

Conclusion

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