سیلیکون­ها دسته وسیعی از روغن­های سنتزی هستند که دارای بخش آلی و بخش معدنی می­باشند. ساختار شیمیایی آن­ها به جای بدنه اصلی کربن-کربن شامل اتم­های سیلیکون و اکسیژن است. به طور کلی یک یا چند گروه جانبی آلی به اتم­های سیلیکون متصل می­شوند که باعث ایجاد خصوصیاتی همچون افزایش مقاومت شیمیایی، افزایش روانکاری بهتر، بهبود پایداری اکسیداسیون و حرارتی و واکنش پذیری بیشتر با مواد شیمیایی آلی می­گردد. سیلیکون­ها به سه دسته بزرگ: سیالات، رزین­ها و الاستومر­ها تقسیم بندی می­شود.

سیالات سیلیکونی که در صنعت استفاده می­شوند دارای گروه­های جانبی مانند متیل، تری فلوروپروپیل، فنیل، وینیل، آلکیل­های بلند زنجیر و دیگر گروه­های آلی می­باشند، به علاوه این مواد می­توانند با به کارگیری از حلال­ها، آنتی اکسیدانت­ها یا افزودنی­های روانکاری در کاربرد­های وسیع مورد استفاده قرار گیرند.

نگاهی دقیق تر به ساختار شیمیایی

سیالات سیلیکونی از ترکیب بخش معدنی سیلیکون-اکسیژن به عنوان شاخه اصلی با شاخه­های جانبی آلی تشکیل می­شود. ساختار هیبرید مانند این مواد باعث می­شود که علاوه بر داشتن رفتار مواد آلی، در حالی که برخی از خصوصیات مهم مانند مواد معدنی از جمله مقاومت حرارتی را دارا می­باشند.

 و انعطاف پذیری Si-C و Si-O بسیاری از خصوصیات منحصر به فرد سیالات سیلیکونی مربوط به چرخش آزاد مولکول حول محور­های

شاخه اصلی سیلو کسان است. این آزادی در حرکت منجر به بیشتر شدن فاصله­های بین مولکولی گشته است.

خصوصیات و عملکرد سیلیکون­ها

سیلیکون ها در کاربرد­های بحرانی (فلز-فلز) و غیر بحرانی (پلاستیک-پلاستیک) کاربرد دارند. شرایط روانکاری بحرانی به سه دسته هیدرودینامیک، مرزی و فشار پذیر تقسیم می­شوند. این ویژگی موجب جلوگیری از تخریب سطح فلز در مجاورت فلز دیگر می­گردد.

پس از انجام تست­های اولیه مشخص شد که سیال پلی دی متیل سیلوکسان در مرحله­ای که هیچ اصلاحی روی آن انجام نشده است، فاقد توانایی در محافظت از سطح فلز-فلز در ه سه شرایط روانکاری است. سیالات دی متیل سیلوکسانی که با مولکول­های فنیل مورد اصلاحی قرار گرفته اند دارای پایداری بسیار خوبی در برابر دما و اکسیداسیون هستند. اگرچه در مورد گرانروی و پایداری یرشی، این سیالات دارای نقص در تحمل بار لازم در رژیم­های مختلف روانکاری هستند. از اضافه کردن فنیل آلکیل، فلورو نیتریل، متیل آلکیل و کلروفنیل و یا از ترکیبات سیالات سیلیکونی با پرکننده­هایی مانند صابون، گرافیت، مولیبدن دی سولفید، پلی اتیلن، کربن سیاه و خاک جهت رسیدن به ویژگی­های مختلف روانکاری مورد نیاز است، استفاده می­گردد.

ویژگی­های شیمیایی و مرتبط

سیلیکون از لحاظ شیمیایی بی اثر، مقاوم در برابر اکسیداسیون و گرما، دارای پایداری هیدرولیتیکی، غیر خورنده و دارای سمیت بسیار پایین است. ویژگی­های فیزیولوژیکی روغن­های دی متیل سیلیکون در جدول شماره 1 قابل مشاهده است:

پیوند Si-O  دلیل ایجاد خصوصیاتی مانند پایداری بالای دمایی و بی اثری در سیالات سیلیکونی می­باشد. پیوند Si-O با پیوند­هایی که در مواد با پایداری حرارتی بالا ( مانند کوارتز، شیشه و شن) وجود دارد قابل قیاس است. این در حالی است که در پیوند­های کربن-هیدروژن در سیالات هیدرو کربنی این رابطه وجود ندارد.

بی اثری شیمیایی

سیالات سیلیکونی با اکثر مواد وارد واکنش نمی­شود. به طور کلی سیالات سیلیکونی بر روی اکثر مواد نظیر پلاستیک و لاستیک بی اثرند، با این حال موادی وجود دارند که بر سیلیکون­ها تاثیرگذارند، جدول شماره 2 این موضوع را نمایش می­دهد. به طور کلی آب و محلول­های رایج آبی از اسید­های معدنی و باز­ها با سیلوکسان­ها وارد واکنش نمی­شوند، این درحالی است که، اسید­ها و باز­های قوی باعث نوآرایی مولکولی و سرعت در ژل شدن سیالات سیلیکونی تحت شرایط اکسیداسیون می­گردند.

پیوند Si-O  دلیل ایجاد خصوصیاتی مانند پایداری بالای دمایی و بی اثری در سیالات سیلیکونی می­باشد. پیوند Si-O با پیوند­هایی که در مواد با پایداری حرارتی بالا ( مانند کوارتز، شیشه و شن) وجود دارد قابل قیاس است. این در حالی است که در پیوند­های کربن-هیدروژن در سیالات هیدرو کربنی این رابطه وجود ندارد.

بی اثری شیمیایی

سیالات سیلیکونی با اکثر مواد وارد واکنش نمی­شود. به طور کلی سیالات سیلیکونی بر روی اکثر مواد نظیر پلاستیک و لاستیک بی اثرند، با این حال موادی وجود دارند که بر سیلیکون­ها تاثیرگذارند، جدول شماره 2 این موضوع را نمایش می­دهد. به طور کلی آب و محلول­های رایج آبی از اسید­های معدنی و باز­ها با سیلوکسان­ها وارد واکنش نمی­شوند، این درحالی است که، اسید­ها و باز­های قوی باعث نوآرایی مولکولی و سرعت در ژل شدن سیالات سیلیکونی تحت شرایط اکسیداسیون می­گردند.

پایداری اکسیداسیون

در شکست بر اثر اکسیداسیون، اکسیژن با گروه­های آلی مولکول­ها وارد واکنش می­شوند و باعث کاهش فراریت سیال و افزایش گرانروی می­گردد تا جایی که ژل شدگی اتفاق می­افتد، انجام واکنش، بستگی به دما و حضورهوای کافی دارد. اگرچه روانکار­های سیلیکونی در مقایسه با سایر روانکار­ها دمای آستانه بالاتری درمقابل اکسیداسیون دارند و به عبارت دیگر در دما­های بسیار بالاتر با اکسیژن وارد واکنش می­شوند اما در صورت شروع واکنش، پایدار بسیار کمی دارند. به این معنی که پس از شروع واکنش در مدت زمان بسیار کوتاهی می­شوند تا در دما­های بالا پایدار بمانند. در جدول شماره 3، دمای آستانه اکسیداسیون استر­ها و روانکار­های  معدنی با انواع مختلف سیالات سیلیکونی مقایسه شده­است. 

پایداری حرارتی

بهترین پایداری حرارتی سیلیکون­ها در نبود هوا اتفاق می­افتد. تحت شرایط عملکردی در دمای بالا ، امکان شکست پیوند­های سیلیکونی و اکسیژن وجود دارد که در نتیجه سیلیکون­ها با جرم مولکولی کمتر و فرارتر تشکیل می­گردند. دمای فعالسازی این دسته از روغن­ها در حدود 316 درجه سانتی گراد می­باشد.

پایداری هیدرو لیتیکی

در حالی که اکثر مواد در مجاورت با آب هیدرولیز می­شود. روانکار­های سیلیکونی در معرض آب بدون تاثیر باقی می مانند، در نتیجه با مشکلاتی همچون ژل شدگی و کاهش گرانروی مواجه نخواهند شد.

خوردگی

سیلیکون­های خالص باعث خوردگی نمی­شوند این درحالی است که کلروفنیل پلی سیلکسان­ها به مقدار ناچیز باعث خوردگی می­شود، به همین دلیل استفاده از مس خالص در کنار کلروفنیل پلی سیلکسان¬ها پیشنهاد نمی گردد.

ویژگی-های فیزیکی و مرتبط

سیلیکون­ها دارای خصوصیات فیزیکی مانند شاخص گرانروی بالا، سیالیت در سرمای مناسب، پایداری برشی در حین تراکم پذیری بسیار زیاد و مقاومت خوب در برایر تابش اشعه هستند که این خصوصیات این کالا را به یک روانکار سودمند تبدیل می­کند.

خصوصیات گرانری-دما

تغییرات گرانروی سیلیکون­ها با تغییرات دما اندک است، این در حالی است که سیالات دیگر نظیر روغن­های نفتی و دی بیسیک اسید استر­ها، با تغییزات دما تغییرات گرانروی بیشتری از خود نشان می­دهند. ضریب گرانروی-دما (VTC) نشان دهنده میزان تغییرات گرانروی با تغییرات دما ست. VTC به صورت زیر تعریف می­شود:

به طور کلی سیلیکون­ها دارای VTC در حدود 0.6 می­باشند، این در حالی است که این فاکتور برای سیالات آلی در حدود 0.8 یا بالاتر است.

خصوصیات سیالیت در سرما

نقطه ریزش سیلیکون­ها نسبت به روغن­های معدنی بسیار بهتر است که مزیتی برای این دسته از روغن­ها محسوب می­شود. دی متیل پلی سیلوکسان­های با گرانروی بالای 50 سانتی استوک، داری نقطه ریزش بین -50 تا -54 سانتی گراد می­باشند که با استفاده از PPD می توان نقطه ریزش را پایین تر نیز برد. به طور کلی، سیلوکسان­های شاخه دار با استفاده از PPD مناسب می­توانند به نقطه ریزش 84- درجه سانتی گراد نیز برسند.

پایداری برشی

سیالات سیلیکونی با جرم مولکولی پایین و یا گرانروی پایین معمولا دارای رفتار نیوتنی هستند، این بدین معناست که گرانروی این دسته از کالا­ها با سرعت­های برشی مختلف، تغییر چندانی نمی­کند. دی متیل پلی سیلوکسان با گرانروی بین 40 تا 1000 سانتی استوک در دمای 25 درجه سانتی گراد مثال­های رایجی از این دسته هستند.

سیالات با گرانروی بالای 1000 سانتی استوک در دمای 25 درجه سانتی گراد، جریان شبه پلاستیکی از خود نشان می­دهند. این بدین معناست که در نمودار گرانروی برحسب سرعت برشی، انحراف از خطی بودن رخ می­دهد. در حقیقت با افزایش گرانروی، انحراف بیشتر می­شود.

در کل می­توان گفت در سیالات سیلیکونی افت گرانروی خیلی کمتر از سیالات آلی است و این سیالات، به گرانروی اصلی خود بر می گردند به شرطی که در دمای پایین تر از 316 درجه سانتی گراد باقی بمانند.

کاربرد­ها

کاربرد­های سیالات سیلیکونی بسیار وسیع است. این مواد به عنوان روغن پایه در محصولات متنوعی مانند امولسیون­ها، گریس­ها، ترکیبات مختلف کاربرد دارد. اگرچه این مواد به طور قطعی می­توانند به عنوان روغن­های روانکار مورد استفاده قرار گیرد ولی در واقع بیشتر به صورت گریس مورد استفاده قرار می­گیرد. سیالات سیلیکونی در شرایط دمای بالا و شرایط متوسط بار قابل استفاده است ولی به عنوان روانکار در شرایط عملیاتی فشار بالا کاربرد ندارد. همچنین سیالات سیلیکونی- به طور خاص دی متیل سیلکون-در محافظت از سطح فلزات آهنی در شرایط مرزی ضعیف عمل می­کنند. در جدول شماره 4 کاربرد این سیالات آورده شده است.

برای کسب اطلاعات بیشتر به مجله بهار سال 96 مراجعه فرمایید.

https://www.afzoonravan.com/upload/download/1534743575.pdf