Biossido di silicio SiO2spesso ha un impatto decisivo sulle prestazioni dei sistemi, siano essi gomma siliconica, film sottili o materiali per l'imballaggio elettronico.
Sebbene la formula chimica sia SiO2, la sua morfologia e il suo valore variano notevolmente a causa dei diversi processi di produzione. Quelli comuni in ingegneria includono:
1. Polvere di silice gassosa
Come è successo: gli alogenuri di silicio (come il tetracloruro di silicio) vengono bruciati a oltre 1000 gradi Celsius in una fiamma di idrogeno e ossigeno.
Morfologia microscopica: Palline estremamente soffici, non rotonde, ma sostanze flocculanti collegate tra loro come rami di alberi (rami di catena tridimensionale), con un'enorme superficie specifica.
Caratteristiche: Estremamente leggero, estremamente fine (a livello nanometrico), estremamente facile da pilotare, prezzo elevato
Caratteristica essenziale: riempitivo dominante della struttura
2. Silice precipitata
Fonte: Il silicato di sodio (bicchiere d'acqua) e l'acido subiscono una reazione chimica e precipitano in soluzione acquosa
Caratteristiche: Basso costo, forte adattabilità
Caratteristica essenziale: riempitivo funzionale conveniente
3. Micro polvere di silice fusa sferica (ampiamente utilizzata nell'industria dei semiconduttori)
Fonte: fusione di polvere di quarzo di elevata purezza attraverso una fiamma ad alta temperatura, utilizzando la tensione superficiale per trasformarla in una sfera perfetta e quindi raffreddandola
Caratteristiche: eccellente fluidità, coefficiente di espansione termica (CTE) estremamente basso e isolamento elettrico estremamente terrificante.
Caratteristica essenziale: riempitivo di fascia alta basato sulla morfologia
La differenza tra silice in fase gassosa e silice precipitata in termini di applicazione risiede nei loro diversi meccanismi di regolazione delle prestazioni del sistema: la silice in fase gassosa eccelle nella costruzione di strutture di rete tridimensionali intelligenti per ottenere il controllo reologico come ispessimento e tissotropia; Il metodo di precipitazione della silice si concentra sulla fornitura di riempitivi funzionali come rinforzo e supporto attraverso la sua struttura porosa e l'attività superficiale.
Di seguito, ho confrontato i loro dati chiave sulle prestazioni in diversi campi di applicazione, sperando di dimostrare in modo più intuitivo i rispettivi vantaggi.
| Applicazione | effetto comparativo |
Silice in fase gassosa |
Silice precipitata |
| Rinforzo in gomma siliconica |
Effetto di rinforzo |
Estremamente resistente, può aumentare la resistenza della gomma siliconica di 5-10 volte |
L'effetto di rinforzo è buono, ma solitamente inferiore a quello dei prodotti in fase gassosa |
| Controllo reologico dei rivestimenti |
Ispessimento e tixotropia |
Eccellente, con l'aggiunta del 2%, la viscosità a basso taglio può salire da 460 cP a 12600 cP e il valore di tixotropia può raggiungere fino a 4,53 |
Ha un effetto addensante, ma le sue proprietà tissotropiche e anti-colamento sono generalmente inferiori a quelle dei metodi in fase gassosa |
| Pneumatici e gomma |
resistenza al rotolamento |
Eccellenti prestazioni di rinforzo |
Significativamente ridotto, l'indice di resistenza al rotolamento dei pneumatici che utilizzano il metodo di sedimentazione ad alte prestazioni può essere ridotto del 20-30% rispetto al normale nerofumo |
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resistenza all'usura |
Può migliorare significativamente la resistenza all'usura |
Significativamente migliorato, può ridurre il tasso di usura degli pneumatici del 15-20% |
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Presa delle zone umide |
Può migliorare significativamente la presa sulle zone umide |
Un miglioramento efficace può aumentare la presa sulle zone umide di oltre il 9% |
| Applicazioni funzionali speciali |
Veicolo da liquido a polvere |
Capacità di trasporto dell'olio estremamente elevata, in grado di assorbire farmaci liquidi fino a 1,5 volte il proprio peso, con migliore fluidità della polvere e proprietà di riempimento |
La capacità di carico dell'olio è relativamente bassa e la scorrevolezza della polvere solidificata non è buona quanto quella del metodo in fase gassosa |
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Agente di attrito del dentifricio |
Usato molto raramente |
L'applicazione centrale, con un valore di attrito RDA moderato (100-150) e un assorbimento d'acqua (>50 ml/20 g), può pulire efficacemente i denti senza danneggiare lo smalto |
Le differenze in questi dati sono determinate dai diversi "sfondi" di due materiali:
La silice gassosa è un "maestro della reologia": la sua dimensione primaria delle particelle è estremamente piccola (nell'ordine dei nanometri), la sua purezza è estremamente elevata e le sue proprietà superficiali le consentono di formare rapidamente una forte rete di legami idrogeno in sistemi non polari. Pertanto, negli scenari che richiedono un controllo preciso del comportamento del fluido, come anti-colamento di vernici di fascia alta, anti-sedimentazione di adesivi, rinforzi in gomma siliconica, ecc., è una scelta insostituibile.
Il metodo di precipitazione della silice è il "re dei riempitivi funzionali": ha un elevato rapporto costo-prestazioni (da circa 1/5 a 1/3 del costo del metodo in fase gassosa) e regolando il processo di sintesi, la sua area superficiale specifica, il valore di assorbimento dell'olio, la dimensione dei pori e altri parametri possono essere modificati in modo flessibile per soddisfare le diverse esigenze. Pertanto, nella domanda diversificata e sensibile ai costi di prodotti industriali sfusi come pneumatici, suole di scarpe, dentifrici, mangimi, ecc., occupa oltre il 90% della quota di mercato.
