Silicagel hittebestendig|Professionele gids: De sprong van 200 graden naar 300 graden – Een uitgebreide uitleg over hoe u valkuilen kiest, gebruikt en vermijdt met hittebestendige silicagel

Gewoon siliconenrubber heeft een langdurige- gebruikstemperatuur van 200 graden. Bij 250 graden begint het uit te harden, te barsten en nemen de mechanische eigenschappen drastisch af. In toepassingen zoals accupakketten voor nieuwe energievoertuigen, lucht- en ruimtevaartafdichtingen en industriële warmdrukwalsen overschrijden de temperaturen vaak de 250 graden Celsius, waar gewone siliconenrubber eenvoudigweg niet tegen bestand is.

Hittebestendige middelen zijn de sleutel tot het oplossen van dit probleem. Het kiezen van het verkeerde type kan echter leiden tot problemen zoals onvoldoende temperatuurbestendigheid, onbruikbare producten die rood of bruin worden of zelfs de vulkanisatie belemmeren ondanks de toevoeging van het middel. Dit artikel verduidelijkt de typen, principes, parameters, procesmatching en veelvoorkomende valkuilen.

01 Wat zijn hittebestendige siliconen? Hittebestendige siliconenmiddelen zijn functionele additieven die aan siliconenrubber worden toegevoegd om de hittebestendigheid en thermo-oxidatieve stabiliteit van het materiaal te verbeteren. Hun kerndoel is het verhogen van de bedrijfstemperatuur op de lange- termijn van 200 graden naar 250-300 graden, terwijl tegelijkertijd de achteruitgang van mechanische eigenschappen bij hoge temperaturen wordt vertraagd.

In een zuurstofrijke- omgeving met hoge temperatuur ondergaat siliconen twee hoofdprocessen: ten eerste worden de zijgroepen (methylgroepen) geoxideerd om vrije alkylradicalen te vormen. De koppeling door vrije radicalen leidt tot een verhoogde verknopingsdichtheid, waardoor het product geleidelijk uithardt en zelfs barst (algemeen bekend als verharding). Ten tweede ondergaat de hoofdketen degradatie door cyclisatie, waardoor cyclische siloxanen met een laag-molecuul-gewicht worden gegenereerd, zoals D3 en D4, wat resulteert in een afname van het molecuulgewicht en verlies van mechanische eigenschappen. De rol van hittebestendige middelen is het vertragen van deze twee processen door vrije radicalen op te vangen, oxidatiekettingreacties te remmen en de hoofdketen van siliconen te beschermen.

De technische routes vallen uiteen in twee hoofdrichtingen: anorganische metaaloxiden-die gebruik maken van redoxreacties om vrije radicalen te absorberen die worden gegenereerd door oxidatie en deze te regenereren onder invloed van zuurstof, waardoor ze cyclisch hun functie vervullen; en Organosilicium/organisch-vormt een beschermende laag rond de hoofdketen van siliconen door middel van een moleculair structuurontwerp, of door het rechtstreeks opvangen van vrije radicalen. Elke route heeft zijn toepasselijke scenario's, die later in detail zullen worden vergeleken.

02 Vergelijking van vier typen

Hittebestendige siliconen-middelen op de markt zijn hoofdzakelijk onderverdeeld in vier categorieën, met aanzienlijke verschillen in principe, effect en kosten:

① Metaaloxiden-het meest klassieke en meest gebruikte type. Rood ijzeroxide (-Fe₂O₃) wordt het meest gebruikt. Het toevoegen van 2-5 delen per 100 delen van de verbinding kan de temperatuurbestendigheid op lange termijn verhogen van 200 graden naar 250 graden, en de rek bij breuk bij 250 graden met 40% verminderen. Het kost weinig, maar zorgt ervoor dat het product rood/bruin wordt. Ceriumdioxide (CeO₂) is effectiever dan ijzeroxide, heeft minder invloed op de kleur (lichtgeel) en kan worden toegevoegd in een dosis van 0,5-4 delen. Kobaltoxide, mangaanoxide, zinkoxide en titaniumdioxide kunnen ook worden gebruikt. Onder hen kan het binaire systeem TiO₂+Fe₂O₃ (elk groter dan of gelijk aan 0,1%) de vorming van formaldehyde en cyclosiloxanen (D4/D5/D6) remmen, waardoor de VOC-emissies met 60%-80% worden verminderd.

② Zeldzame aardverbindingen – hoogwaardige- hittebestendige- oplossingen. Lanthanidestearaten of acetylacetoncomplexen en ceriumhydroxide (Ce(OH)₃) masterbatch (toegevoegd 5%–10%) hebben een TGA-initiële afbraaktemperatuur van ongeveer 400 graden, waardoor siliconen stabiel blijven bij 300 graden. Representatieve producten zijn onder meer lanthanide hittebestendige middelen van zeldzame aardmetalen, die aanzienlijke hittebestendigheid bieden maar duurder zijn, en worden gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, hoogwaardige afdichtingen en andere toepassingen die extreem hoge temperatuurbestendigheid vereisen.

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 graden, waardoor het een van de hoogst hittebestendige-variëteiten is die momenteel beschikbaar zijn, zonder de transparantie aan te tasten. Er zijn ook organische hittebestendige additieven (vloeibaar transparant type) die overgangsmetaalionen en thioetherbindingen bevatten, die vrije radicalen door oxidatieve afbraak effectief opvangen, waardoor de thermo{4}}oxidatieve stabiliteit bij 280 graden aanzienlijk wordt verbeterd, terwijl de mechanische eigenschappen en verwerkbaarheid behouden blijven. Organosilicium-gemodificeerde fenolische antioxidanten (die benzotriazool of siloxaantransplantaten met een gehinderde aminestructuur bevatten) behoren ook tot deze categorie. Voordelen zijn onder meer transparantie, geen invloed op de kleur en goede dispergeerbaarheid; nadelen zijn onder meer hoge kosten.

④ Nanocomposiettype – een zich snel ontwikkelende trend van de afgelopen jaren. Nano-ijzeroxide, nano-ceriumoxide, nano-zirkoniumoxide, enz. hebben een groot specifiek oppervlak en een hoge activiteit. Met een lage toevoegingshoeveelheid (meestal 1-3 delen) kan het effect van meer dan 5 delen traditionele oxiden worden bereikt, met minder impact op kleur en transparantie. Er is ook een composietsysteem van zirkoniumhydroxide + yttriumoxide + hexafenylcyclotrisilazaan, dat een hogere temperatuurbestendigheid bereikt door synergie met meerdere componenten. Hittebestendige middelen van samengestelde oxiden zijn ook een populair patentgebied.

Kortom: kies voor lage kosten ijzeroxide rood (rood is acceptabel); kies voor temperaturen boven 280 graden zeldzame aardmetalen of organosiliciumtypes; kies voor transparantie organosiliciumsoorten; bij lage toevoegingshoeveelheden kiest u voor nanocomposiettypes.

03 Passend bij het vulkanisatiesysteem Incompatibiliteit tussen het hittebestendige middel en het vulkanisatiesysteem kan resulteren in een verminderde temperatuurbestendigheid of, in ernstige gevallen, helemaal geen vulkanisatie.

Peroxidesysteem (di(2,4-dioxaan/di(2,5-dioxaan)): Beste compatibiliteit, de reguliere keuze voor hitte-bestendig siliconenrubber. Peroxide-geïnduceerde C-C-vernetting (Si-CH₂-CH₂-Si) vertoont superieure thermische stabiliteit vergeleken met additie-uitgehard verknoping, waardoor het geschikter is voor hitte-bestendige toepassingen. Bis-2,5-(2,5-dimethyl-2,5-di-tert-butylperoxyhexaan) heeft een hoge ontledingstemperatuur en is minder gevoelig voor schroeien, waardoor het geschikt is voor dikke producten; In combinatie met TAIC-verknopingshulpmiddelen (bij 1,5-2 keer de hoeveelheid peroxide) kan de verknopingsdichtheid worden verhoogd, waardoor de compressieset wordt verminderd van 28% naar 16% bij 200 graden gedurende 70 uur.

Platinasystemen (toevoeging-type): Er moet speciale aandacht worden besteed aan de mogelijkheid dat metaalionen en zwavel/fosfor/stikstofcomponenten in het hittebestendige middel de platinakatalysator kunnen vergiftigen, wat kan leiden tot onvolledige vulkanisatie. Bij gebruik van acetyleenremmers is het essentieel om ervoor te zorgen dat het hittebestendige middel de remmingsdrempel niet verstoort. Hittebestendige middelen van organosilicium, zoals HPCS, zijn goed compatibel met platinasystemen en hebben de voorkeur voor vloeibare siliconen van het type toevoeging-. Metaaloxiden vereisen voorafgaande tests op kleine- schaal om de compatibiliteit te bevestigen.

Dubbel vulkanisatiesysteem (peroxide + KH-CL): Gebruikt voor fenylsiliconenrubber, waardoor volledige vulkanisatie wordt bereikt met zowel hoge sterkte als goede hoge- temperatuurbestendigheid, geschikt voor extreme werkomstandigheden boven 300 graden.

De eerste stap bij de selectie is altijd het bevestigen van het vulkanisatiesysteem en vervolgens het selecteren van het type hittebestendig middel; de volgorde kan niet worden teruggedraaid.

04 Drie optelprocessen
** Open molen mengen: ** Voeg na het dispergeren van het siliconenrubber in een open molen het hittebestendige middel toe (dat gelijktijdig met de kleurmasterbatch en het vulkaniseermiddel kan worden toegevoegd) en rol herhaaldelijk tot het uniform is. Dit is de meest gebruikelijke methode, geschikt voor massieve rubberverbindingen. Hittebestendige middelen van metaaloxide moeten volledig worden gedispergeerd om lokale agglomeratie te voorkomen, wat leidt tot ongelijkmatige temperatuurbestendigheid. Let op de controle van de mengtemperatuur, aangezien sommige organische hittebestendige middelen warmte-gevoelig zijn.

**Knedermengen:** Vaste rubberverbindingen worden aan een kneder toegevoegd, samen met ruw rubber, silica en een structuurcontrolemiddel. Na het gelijkmatig mengen 8–36 uur laten staan ​​(structuurcontrole), vervolgens het hittebestendige middel toevoegen en gelijkmatig mengen. Geschikt voor massaproductie, met betere dispersie dan een open molen. Veel gepatenteerde formuleringen van hittebestendige composietoxide-middelen gebruiken dit proces. Vloeibaar siliconenrubber (LSR): Direct toevoegen aan de A/B-lijm en roeren tot het homogeen is. Organische hittebestendige middelen (vloeibaar) zijn het meest geschikt voor LSR, met een toevoegingshoeveelheid van 0,5%–3%. Dit is het eenvoudigste proces, maar er moet op worden gelet dat na het roeren wordt ontgast om te voorkomen dat bellen de dichtheid van het product beïnvloeden. Het type metaaloxidepoeder vereist een dispersiemasterbatch vóór toevoeging, anders is het gevoelig voor sedimentatie.

Belangrijke herinnering: Hitte{0}}bestendig siliconenrubber moet een secundaire uitharding ondergaan (meestal 200 graden × 4 uur) om stoffen met laag-moleculair-gewicht te verwijderen en het hittebestendige middel volledig te activeren om optimale hittebestendigheid te bereiken. Producten zonder secundaire uitharding hebben een aanzienlijk verminderde temperatuurbestendigheid. Vermijd bovendien het gebruik van metaalverontreinigingen zoals koper en mangaan, die thermische oxidatie bevorderen en de thermische veroudering van siliconenrubber versnellen.

05 Belangrijkste parameters: Let bij het kiezen van een hittebestendig middel goed op deze vijf sleutelindicatoren:

① Hittebestendigheidstemperatuur op lange- termijn – een kernindicator. Gewone siliconenrubber is bestand tegen temperaturen tot 200 graden. Het toevoegen van 2-5 delen rood ijzeroxide kan 250 graden bereiken; ijzeroxide + ceriumverbinding kunnen 250-280 graden bereiken; hittebestendige middelen van zeldzame aarde / organosilicium kunnen 280-300 graden bereiken; en fenylsiliconenrubber + hittebestendig middel kunnen 300-350 graden bereiken. Het testen wordt meestal uitgevoerd volgens de heteluchtverouderingstest (GB/T 3512), waarbij de retentiesnelheid van mechanische eigenschappen wordt gemeten na 250 graden ×72 uur of 225 graden ×500 uur.

② Retentiegraad van mechanische eigenschappen na veroudering door hitte-praktisch belangrijker dan simpelweg het meten van de temperatuurbestendigheid. Hittebestendige middelen van hoge- kwaliteit moeten een treksterkte van meer dan of gelijk aan 60% en een rek bij breuk van meer dan of gelijk aan 50% behouden na 250 graden ×72 uur. Gewoon rood ijzeroxide behoudt ongeveer 49,4% van de treksterkte en minder dan 80% van de rek bij breuk na 225 graden x 500 uur.

③ TGA initiële degradatietemperatuur-een thermogravimetrische analyse-index die de temperatuur weergeeft waarbij het materiaal begint te ontbinden. HPCS > 450 graden, ijzeroxide-gedoteerd TiO₂ ongeveer 420 graden, ceriumhydroxide masterbatch ongeveer 400 graden, standaard polysiloxaanvloeistof ongeveer 380 graden. Hoe hoger de TGA-temperatuur, hoe groter het hittebestendigheidspotentieel.

④ Dosering – Heeft een directe invloed op de kosten en fysieke eigenschappen. Rood ijzeroxide 2-5 delen, ceriumdioxide 0,5-4 delen, HPCS 0,5%-3%, ceriumhydroxide masterbatch 5%-10%, met ijzeroxide gedoteerd TiO₂ 2%-5%, nanocomposiet type 1-3 delen. Een te lage dosering resulteert in onvoldoende hittebestendigheid, terwijl een te hoge dosering de mechanische eigenschappen beïnvloedt, de kosten verhoogt en tot dispersieproblemen kan leiden.

⑤ Kleurinvloed – Vaak over het hoofd gezien, maar cruciaal. Rood ijzeroxide maakt het product rood/bruin, ceriumdioxide is lichtgeel, kobaltoxide is grijsachtig-zwart en organosilicium- en nanocomposietsoorten hebben vrijwel geen effect op de kleur. Transparante of licht-gekleurde producten kunnen alleen worden geselecteerd uit organosiliciumtypen of oppervlak-behandelde nanocomposiettypen.

06 Applicatielandschap

Nieuwe energievoertuigen (41,2%) – Afdichtingen van accupakketten, isolatie van hoogspanningskabels, afdichtingen van thermische beheersystemen. In 2025 bereikte het verbruik van hittebestendige middelen die worden gebruikt in de afdichtingen van accu's van nieuwe energievoertuigen 1980 ton, een jaar-op- jaar stijging van 28,9%, waardoor het de grootste stroomafwaartse markt is. Vereisten zijn onder meer langdurige temperatuurbestendigheid van 200-250 graden, terwijl ook wordt voldaan aan de vereisten voor vlamvertragers en lage VOS.

Fotovoltaïsche energie (28,5%) – Fotovoltaïsche framekleefstoffen, potverbindingen voor aansluitdozen. Buitenblootstelling aan langdurig- zonlicht en grote temperatuurverschillen vereist zowel hittebestendigheid als weerbestendigheid.

Consumentenelektronica (15,7%) – Verlijming van smartphoneschermen en bescherming van interne componenten (ongeveer 0,005 kg per telefoon), compressorafdichtingen voor huishoudelijke apparaten en bescherming van printplaten (ongeveer 2500 ton in 2024). Vereisten omvatten licht-gekleurde of transparante materialen, voornamelijk hittebestendige- siliconen-gebaseerde middelen.

Industriële sensoren (9,3%) – Hoge- sensorafdichtingen vereisen stabiliteit op de lange- termijn.

Siliconen van medische-kwaliteit (5,3%) – Vereist FDA/ISO 10993-certificering en hoge zuiverheid van hitte-bestendige middelen.

Lucht- en ruimtevaart – Afdichtingen voor vliegtuigen en raketten, afdichtingssystemen voor deuren van ruimtevaartuigen; speciale hitte{0}}gebruikte middelen: 312 ton, een stijging van 22,4% jaar-op-jaar; vereist extreme temperatuurbestendigheid boven 300 graden; voornamelijk zeldzame aardmetalen en organosiliciumverbindingen.

Andere traditionele gebieden – Industriële warmdrukonderdelen (warmdrukplaten, warmdrukrollen, warmdrukwielen), laag{0}}smeltende- legeringsvormen (lood-, tin-, zinklegering-sieradenvormen), hitte-bestendige bakpannen/siliconen keukengerei, draden en kabels, slangen, rubberen rollen, siliconen lamineerplaten, siliconen isolatoren, thermisch geleidende siliconenplaten, afdichtringen, enz.

07 Veelvoorkomende problemen en gids voor probleemoplossing
Zes meest voorkomende werkplaatsproblemen en aanwijzingen voor probleemoplossing:

Probleem

Oorzaak

Oplossing

Onvoldoende temperatuurbestendigheid/verharding en barsten na hoge temperaturen

Onvoldoende toevoeging, ongelijkmatige verspreiding, gebrek aan secundaire vulkanisatie, onjuist type hittebestendig middel

Toevoegingsbedrag verhogen; verleng de mengtijd om dispersie te garanderen; secundaire vulkanisatie bij 200 graden × 4 uur is verplicht; vervangen door zeldzame aardmetalen of organosiliciummiddelen boven de 250 graden

Product wordt rood/bruin/kleur komt niet overeen

Gebruikte kleurende hittebestendige middelen zoals rood ijzeroxide of kobaltoxide

Vervangen door ceriumdioxide (lichtgeel) of organosiliciummiddelen (transparant/kleurloos); geef prioriteit aan hittebestendige organosiliciummiddelen voor licht-gekleurde producten

Verminderde transparantie/wazig

Niet-overeenkomende brekingsindex tussen metaaloxidevulmiddel en silicagel, slechte dispersie

Vervangen door organosiliciumsilicium-gebaseerde hittebestendige middelen (HPCS of vloeibaar organisch type); nano-type vereist oppervlaktebehandeling vóór gebruik.

Onvolledige vulkanisatie/niet-vulkanisatie

Metaalionen of zwavel-, fosfor- en stikstof-bevattende componenten in het hittebestendige middel vergiftigen de platinakatalysator.

Vervang het platinasysteem door een hittebestendig middel op organosilicium-basis; bevestig bij peroxidesystemen dat het hittebestendige middel geen peroxide verbruikt; voer vooraf kleine- tests uit.

Verminderde mechanische eigenschappen/lage treksterkte

Excessive heat resistant agent addition (>10 delen), agglomeratie van vulstof.

Verlaag de toegevoegde hoeveelheid; overstappen op nano--composiettype (lage toevoegingshoeveelheid, hoog rendement); optimaliseer het dispersieproces (drie-walswalsen/hoge afschuiving).

Grote compressieset

Onvoldoende verknopingsdichtheid, hittebestendig middel beïnvloedt verknoping.

Voeg TAIC-verknopingshulpmiddel toe aan het peroxidesysteem (1,5-2 keer het peroxide); optimaliseer het secundaire vulkanisatieproces.

08 Selectiepunten: zes-vragenbeslissingskader
Stel bij het selecteren van een hittebestendig middel eerst zes vragen:

① Wat is de doeltemperatuurbestendigheid? ① **Voor temperaturen tussen 200-250 graden:** Kies ijzeroxide rood (hoogste kosteneffectiviteit-); kies voor 250-280 graden ijzeroxide + ceriumverbinding of nanocomposiettype; kies voor 280-300 graden zeldzame aardverbindingen of organosiliciumverbindingen (HPCS); boven 300 graden is een combinatie van fenylsiliconenrubber en hittebestendig middel vereist.

② **Vereisten voor kleur en transparantie:** Voor rode/donkere producten is rood ijzeroxide het meest economisch; voor lichte/half{0}}transparante producten kiest u ceriumdioxide of nano-type; voor volledig transparante producten zijn alleen organosiliciumverbindingen (HPCS of vloeibare organische hittebestendige middelen) geschikt.

③ **Gebruik op lange- of korte- termijn:** Voor continu gebruik op lange- termijn (duizenden uren) is een hoog behoud van mechanische eigenschappen na veroudering door hitte vereist. Daarom worden zeldzame aardmetalen of organosiliciumverbindingen aanbevolen; voor kortdurend gebruik op de korte- termijn is rood ijzeroxide voldoende.

④ **Welk vulkanisatiesysteem:** Peroxidesystemen zijn het meest compatibel en de meeste hittebestendige middelen kunnen worden gebruikt; platinasystemen moeten zwavel-, fosfor-, stikstof- en metaalionen vermijden die platina verstoren, en organosiliciumverbindingen hebben de voorkeur; dubbele vulkanisatiesystemen worden gebruikt voor de extreme temperatuurbestendigheid van fenylsiliconenrubber.

⑤ **Welk proces:** Alle soorten rubbercompounds kunnen worden gemengd met behulp van open molens/kneders; voor LSR's wordt de voorkeur gegeven aan vloeibare organische hitte-resistente middelen of vooraf- gedispergeerde masterbatches; merk op dat secundaire vulkanisatie noodzakelijk is om het hittebestendigheidseffect te activeren.

⑥ Zijn er certificeringsvereisten? Medische toepassingen vereisen biocompatibiliteit volgens FDA/ISO 10993; Voor toepassingen die in contact komen met voedsel is LFGB/FDA vereist; elektronische toepassingen vereisen RoHS/REACH-naleving en een lage VOS (door het TiO₂+Fe₂O₃-systeem te selecteren kan de VOS met 60%–80% worden verminderd); automobieltoepassingen vereisen naleving van OEM-normen.

Als deze zes vragen helder zijn, wordt de selectierichting bepaald. Voor de overige aanpassingen aan de dosering en procesoptimalisatie kan het technische team van Yaneng assisteren bij het testen van monsters.