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Silicon Technology

材料科学-流变学


材料科学/流变学


独有的特性使得硅基材料可被广泛的应用。这些应用包括:

  • 电子
  • 汽车
  • 建筑
  • 光子学
  • 生命科学

许多独有的性能源于硅氧烷主链的柔韧性。由于主链上硅和氧原子的交替,硅氧烷具有与其他有机相似物所不同的韧性主链。这一结构导致了非凡的移动性和方向性。

硅氧烷模型
硅氧烷分子具有一个韧性主链,由硅和氧原子的交替造成。

低玻璃转化温度

对于硅氧烷来说,分子所具有的非凡的移动性造成低玻璃转化温度。 聚二甲基硅氧烷或PDMS的玻璃转化温度低于-120ºC。对于很多产品来说适宜的温度范围在-40ºC到150ºC。

粘度

通过增加线性PDMS聚合物的分子量, 室温下的粘度可从0.65 cP以下到100,000,000 cP以上。低分子量情况下,这些材料的反应完全符合牛顿流体(即它们的粘度不是剪切速率的函数)剪切速率超过1000s-1。高分子量的情况下,材料反应变得混乱,表现出粘弹性反应,并在中等剪切速率的情况下显出剪切变稀。由于其流变性反应范围及一段时间内的异常稳定性,硅氧烷聚合物通常被用作流变性能的校对标准。

聚二甲基硅氧烷的分子量取决于低剪切速率粘度。 UTC = 硅化合物: 注册及回顾, 5th ed.,化学技术联合会,宾西法尼亚州(1993); Lee et al = C.L. Lee, K.E. Polmanteer, E.G. King, “窄分布聚二甲基硅氧烷的流动性能”聚合物科学,A-2, 8, p1909-1916 (1970); Barry = A.J. Barry, “二甲基硅氧烷树脂聚合物的粘度研究” 应用物理, 17, p1020-1024 (1946); Mills = N.J. Mills, “聚二甲基硅氧烷的流变性能和分子量分布” 欧洲聚合物杂志, 5, p675-695 (1969); Rahalkar et al = R.R. Rahalkar, J. Lamb, G. Harrison, A.J. Barlow, “线性聚二甲基硅氧烷的粘弹性研究” Faraday Symp. Chem. Soc., 18, p103-114 (1983); El Kissi = N. El Kissi, J.M. Piau, P. Attané, G. Turrel, “聚二甲基硅氧烷的剪切流变. Gleissle经典曲线与测试以及Yamamoto关联” Rheol. Acta, 32, p293-310 (1993); Dow Corning = Dow Corning fluids product information.

无规卷曲聚合物由牛顿流体转变为剪切变稀流体的典型变化。


较小的活化能

硅氧烷主链超常的活动性带来的好处是粘度簸动所需要的活化能少于一般的有机物,造成粘度对温度的依赖性更小,尤其是PDMS。低玻璃转化温度-与低温度相联系-取决于粘度和高温稳定性-使得硅氧烷可以在较为广泛的温度范围内加以应用。

线性聚合物的粘性流动活化能,表现出对粘流能量的依赖性。PE=聚乙烯, PB=聚丁烷, PP=聚丙烯, PIB=聚异丁烯, PET = 据对苯二甲基乙二醇酯, PVAc = 聚氯乙酸, PS = 聚苯乙烯, and PVC = 聚氯乙烯.

超线性材料

该讨论仅局限于线性硅氧烷材料。但通过合并结构的变化,如接枝,胶联以及在硅酮主链上取代不同的有机官能团,可以产生大量不同种类的材料以及流变--从固体到粘弹性材料,再到牛顿流体。在许多例子中,流变性能被用于满足某些特殊的需要。

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