הצמיגות של גומי סיליקון נוזלי מושפעת ממגוון גורמים, המווסתים את יכולת הזרימה שלו על ידי שינוי המבנה המולקולרי, האינטראקציות או המצב הפיזי שלו. להלן ניתוח מפורט של גורמי ההשפעה העיקריים:
1. משקל ומבנה מולקולרי של פולימר הבסיס (בסיס גומי)
משקל מולקולרי: משקל מולקולרי גבוה יותר של בסיס גומי מביא לשרשראות מולקולריות ארוכות יותר והסתבכויות רבות יותר בין קטעי שרשרת, ומגדילים משמעותית את הצמיגות. לדוגמה, הצמיגות של 107 בסיס גומי נע בין 10,000 סמ"ק ל 50,000 סמ"ק, כאשר משקל מולקולרי גבוה יותר מצביע על צמיגות ראשונית גבוהה יותר.
מבנה מולקולרי: גומי סיליקון עם שרשרת ישר יש צמיגות נמוכה יותר, ואילו מבנים מסועפים או צולבים מקשרים על זרימה מולקולרית ומגבירים את הצמיגות. לדוגמה, הצמיגות של גומי סיליקון מסוג תוספת ויניל מושפעת באופן משמעותי יותר מצפיפות צולבת בגלל השרשראות המולקולריות המגיבות ביותר שלהם.
2. סוג מילוי ותוכן
סוגי מילוי:
סיליקה (גמורה או משקעת): כמילוי חיזוק, היא משפרת משמעותית את הדמעה ואת חוזק המתיחה של גומי סיליקון, אך מגדילה משמעותית את הצמיגות. סיליקה מפוצצת בעלת שטח פנים גדול יותר ואפקט גדל צמיגות בולט יותר. אבקת סידן קרבונט וסיליקה: כמילוי אינרטי, יש להם השפעה מועטה על צמיגות, אך תוספת מוגזמת יכולה להגביר את הצמיגות כתוצאה מהצטברות החלקיקים.
תוכן מילוי: ככל שתכולת המילוי גבוהה יותר, כך צמיגות גבוהה יותר. לדוגמה, הדפסת כרית סיליקון דורשת קשיות גבוהה (סביב 50 מעלות), ועם תכולת מילוי גבוהה, צמיגות חומר הגלם גבוהה משמעותית מזו של סיליקון רגיל.
3. תוספת של פלסטייזרים (דילולים)
שמן סיליקון: שמן דימתיל סיליקון הוא פלסטייזר נפוץ המפחית את צמיגות הסיליקון. יחס התוספת בדרך כלל לא אמור לעלות על 10%. תוספת מופרזת יכולה להוביל לדביקות פני השטח, ירידה בקשיחות ולהידרדרות של תכונות מכניות לאחר הריפוי.
ניתן להשתמש בתלולים אחרים, כמו שמן ויניל סיליקון נמוך בצמיגות, כדי להתאים באופן ספציפי את הצמיגות של סיליקון מסוג תוספת מבלי להשפיע על תגובת הריפוי.
4. קישורים ומערכות ריפוי
סוגי CrossLinker:
שמן סיליקון מוקם (סיליקון מסוג תוספת): ככל שתכולת המימן גבוהה יותר, כך צפיפות הקישור גבוהה יותר וכביכול הקשיחות לאחר הריפוי גבוהה יותר. עם זאת, הצמיגות הבלתי מרוממת עשויה להתגבר בגלל הנטייה של השרשראות המולקולריות לצלב.
זרז אורגנוטין (סיליקון מסוג עיבוי): ריכוז הזרז משפיע על קצב הריפוי, אך תוספת מוגזמת עלולה לגרום לחציית יתר מקומית, וכתוצאה מכך צמיגות גבוהה באופן חריג. תנאי ריפוי:
טמפרטורה: העלאת הטמפרטורה יכולה להפחית את הצמיגות (הצמיגות יורדת בכמחצית לכל עלייה של 10 מעלות בטמפרטורה), אך יש לשלוט על טמפרטורת הריפוי כדי למנוע קישור צולב מוגזם.
זמן: זמן ריפוי מוגזם עלול להוביל להמשך הקישור של השרשראות המולקולריות, ולהגביר את הצמיגות.
5. קבוצות קצה שרשרת מולקולרית ותגובה
קבוצות תגוביות: סיליקונים המכילים קבוצות ויניל, הידרוקסיל או מימן בקצוות השרשרת המולקולרית הם בעלי צמיגות משתנה כתוצאה מאינטראקציות שונות בין מגזרים. לדוגמה, לסיליקונים עם תכולת ויניל גבוהה יש צמיגות נמוכה יותר אך קשיות גבוהה יותר לאחר הריפוי.
חומרי מכסה: שימוש בחומרים מכוסים שונים (כמו Hexamethyldisiloxane) יכול להתאים את פעילות קצוות השרשרת המולקולרית, ובכך להשפיע על הצמיגות.
6. שיטות עיבוד וערבוב
ערבוב מהירות וזמן: ערבוב במהירות גבוהה יכול להכניס אוויר ולשבש את יישור השרשרת המולקולרית, ולגרום לעלייה זמנית בצמיגות. ערבוב יסודי מבטיח פיזור אחיד של המילוי ונמנע מהפרעות צמיגות מקומיות.
גזז: סיליקון לא מבוטל עשוי להיות בעל צמיגות לכאורה הנמוכה מהערך האמיתי עקב נוכחות של בועות, אך בועות אלה יחלישו תכונות מכניות לאחר ריפוי . 7. גורמים חיצוניים
טמפרטורה: עליית טמפרטורת הסביבה מורידה את הצמיגות (בהתאם למשוואת ארהניוס), אך יש לקחת בחשבון את השפעת הטמפרטורה על תגובת הריפוי.
כוח הגזירה: סיליקון נוזלי הוא נוזל שאינו ניוטוני, וצמיגותו פוחתת עם עליית קצב הגזירה (דילול גזירה), מה שהופך אותו מתאים לתהליכי גזירה גבוהים כמו דפוס וריסוס הזרקה.
דוגמאות לבקרת צמיגות ביישומים מעשיים
דרישות צמיגות נמוכות: לדוגמה, ביצירת הזרקת עדשות מגע, יש צורך בסיליקון מסוג תוספת עם צמיגות מתחת ל -10,000 CP. זה מושג על ידי בחירת בסיס משקל מולקולרי נמוך וכמות קטנה של שמן סיליקון.
דרישות צמיגות גבוהות: לדוגמה, בתרכובות עציצים של רכיב אלקטרוני, נדרש צמיגות גבוהה כדי למנוע זרימה. ניתן להשיג זאת על ידי הוספת חלק גבוה של סיליקה או שימוש בבסיס מסועף.
איזון בין חסידות צמיגות: הדפסת כרית סיליקון דורשת גם קשיות גבוהה (50 מעלות) וגם צמיגות בינונית. זה מושג על ידי אופטימיזציה של היחס בין סיליקה לשמן סיליקון.