Welche Anwendungen gibt es für Silikongel?

Der Markt für Silikongele hat in den letzten Jahren ein stetiges Wachstum gezeigt. Die Größe des globalen Marktes für Silikonelastomergele wurde 2023 auf etwa 2,88 Milliarden US-Dollar geschätzt und wird voraussichtlich bis 2032 4,8 Milliarden US-Dollar erreichen, bei einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von rund 5,82 %. Was sind die Anwendungsszenarien von Silikongelen?

Silikongel ist ein halbfestes Polymermaterial, das durch Vernetzung von Polysiloxanen entsteht, und seine einzigartige Molekülstruktur verleiht ihm dynamische mechanische Eigenschaften zwischen Flüssigkeit und Feststoff. Die abwechselnden Silizium-Sauerstoff-Bindungen (Si-O-Si) in der Hauptkette sorgen für hervorragende Flexibilität, während die organischen Gruppen in den Seitenketten (z. B. Methyl, Phenyl) durch chemische Modifikation ihre Oberflächenaktivität und Verträglichkeit modulieren. Diese Flexibilität im molekularen Design macht es zu einem der Kernmaterialien in der Medizin, Elektronik, Energie und anderen Bereichen.

Es gibt vier Aspekte zur Einführung von Silikongel:

• Medizin- und Gesundheitswesen
• Elektronik- und Energieindustrie
• Industrielle Fertigung
• Neue Anwendungsbereiche zur Expansion

1. Medizin- und Gesundheitswesen

(1) Wundversorgung und Gewebereparatur

Im Bereich der Wundauflagen erreichen Silikongele eine feuchte Heilungsumgebung für Wunden, indem sie die Sauerstoff- und Wasserdampfdurchlässigkeit regulieren (typischerweise 2000-5000 g/m²/24h). Die niedrige Oberflächenspannung (ca. 21 mN/m) reduziert die Adhäsion an neu gebildetem Granulationsgewebe, und klinische Daten zeigen, dass Patienten mit topischen Silikongel-Verbänden eine 40%ige Reduktion des Schmerzindex bei Verbandwechseln aufweisen. Medizinisches Silikongel ist zudem ungiftig für empfindliche Haut. Bei diabetischen Fußulzera, hypertrophen und keloiden Narben, Verbrennungsnarben und anderen chronischen Wunden können antibakterielle Ionenverbindungen in Silikongelfolien eine 72-stündige kontinuierliche Sterilisationswirkung aufrechterhalten.

(2) Medizinische Ästhetik und Narbenbehandlung

Basierend auf dem viskoelastischen Memory-Effekt erzeugt die Silikongelmembran einen kontinuierlichen Mikrodruck von etwa 15-25 mmHg auf proliferative Narben, was die übermäßige Proliferation von Fibroblasten hemmt. Silikongel zeigt gute Leistungen bei der Behandlung hypertropher Narbenbildung. Transmissionselektronenmikroskopische Studien haben nach 6-monatiger Anwendung eine 60%ige Zunahme der Kollagenfaserausrichtung und eine 35%ige Abnahme der Narbenhärte und Narbendicke gezeigt. Das neue lichthärtende Silikongel ermöglicht zudem den 3D-Druck maßgeschneiderter Narbenpflaster mit einer Dicken genauigkeit von ±0,1 mm für hypertrophe Narben. Silikongelfolien und Drucktherapie können kombiniert werden, um die Narbenheilung zu verbessern.

XJY-9660 Trimethylsilanethoxysilikat ist ein Siloxanpolymer mit einer Hauptkettenstruktur aus abwechselnden Silizium- und Sauerstoffatomen. Diese festen Silikone bieten filmbildende und weichmachende Effekte, die eine hervorragende Wasserbeständigkeit und Beständigkeit gegen Reinigungsmittel-/Wasserwäsche für viele pharmazeutische Formulierungen (z. B. Narbenmanagement usw.) bieten können. Es kann Silikongel für hypertrophe oder keloide Narben zugesetzt werden.

(3) Minimalinvasive interventionelle Geräte

Bei der vaskulären Embolisationstherapie kann temperaturempfindliches Silikongel nach Injektion durch einen Katheter in situ ausgehärtet werden, wobei die Aushärtezeit (20-90 Sekunden) und die Quellrate (150-300%) präzise reguliert werden können. Tierversuche haben gezeigt, dass Gelpartikel von 0,5 mm Durchmesser eine präzise Embolisation auf Kapillarebene erreichen können und die Abbaurate bei 85% kontrolliert wird±5% 3 Monate nach der Operation. 

2. Elektronik- und Energiebranche

(1) Hochzuverlässige Elektronikverpackung

Bei der IGBT-Modulverpackung kann der CTE (Wärmeausdehnungskoeffizient) von Silikongel auf 30-50 ppm/°C eingestellt werden, um eine mechanische Anpassung an Halbleiterchips zu erreichen. Sein spezifischer Volumenwiderstand beträgt＞1×10¹⁵ Ω-cm, und sein Widerstand gegen den elektrischen Kriechstromindex beträgt≥600 V, was die Langzeitstabilität des Geräts unter den Arbeitsbedingungen von -55℃ bis 200 °C℃. Ein Test an einem elektronischen Steuermodul eines neuen Energiefahrzeugs zeigt, dass die Lebensdauer bei thermischen Zyklen durch die Verwendung von Silikongel-Verkapselung auf über 3.000 Zyklen anstieg.

(2) Sicherheitsschutz für Lithiumbatterien

Für den Schutz vor thermischem Durchgehen von Leistungsbatterien kann flammhemmendes Silikongel eine karbonisierte Schicht mit einem Expansionsfaktor von 20-50 und einem Sauerstoffindex von >32% bilden. Experimentelle Daten zeigen, dass bei einem mit einer 2 mm dicken Gelschicht beschichteten Batteriemodul im Nadelstichtest der höchste Temperaturanstieg um 65% und die Rauchentwicklung um 80% reduziert wurden. Gleichzeitig kann seine Wärmeleitfähigkeit von 1,5 W/m-K die Temperaturgleichmäßigkeit zwischen den Kernen verbessern.

(3) Langzeitschutz von Photovoltaikmodulen

When the two-component additive molding silicone gel is used for potting of the PV junction box, the curing shrinkage rate is 90% (400-1100nm band). After 3000 hours of double 85 aging test, the yellowing index ΔYI＜2, was die Anforderung einer 25-jährigen Lebensdauer des Moduls gewährleistet. Seine Haftfestigkeit beträgt >2 MPa, was dem Aufprall von 15 mm Hagel standhalten kann.

3. Industrielle Fertigung

(1) Präzisionsformenbau

Im Bereich der Mikrostrukturreplikation kann die Verbundgenauigkeit von Silikagel ein Submikrometer-Niveau erreichen (Ra＜0.1μm). Durch Einstellung der Platinkatalysatorkonzentration kann ein einstellbares Aushärtezeitfenster von 10-120 Minuten realisiert werden, was sich für die Chargenreplikation von Präzisionskomponenten wie MEMS-Sensoren eignet.

(2) Vibrations- und Lärmminderung

After a high-speed rail bogie adopts a damped silicone gel layer, the vibration transmission loss in the 200-5000Hz frequency band is improved by more than 12 dB. Its dynamic energy storage modulus (G’) is maintained in the range of 0.1-1MPa from -40℃ bis 150℃, und der Verlustfaktor tanδ＞0,5, wodurch Breitbandvibrationen wirksam unterdrückt werden.

(3) Flexible Sensorträger

Dehnbares Silikongel (Bruchdehnung > 800 %) und Kohlenstoffnanoröhren aus Verbund-piezoresistiven Sensoren, Empfindlichkeitsfaktor von 5–10, im Dehnungsbereich von 100 % Linearität der Widerstandsänderung R²> 0,98. Angewendet auf die flexible elektronische Haut kann es dynamische Druckänderungen von 0,1–10 N erkennen.

4. Neue Anwendungsbereiche zur Erweiterung

（1）Antriebsmedium für weiche Roboter

Das dielektrische Elastomer-Silikongel kann bei einer Feldstärke von 3 kV/mm eine Oberflächendehnung von 80 % erreichen, eine Reaktionszeit < 50 ms. Durch das mehrschichtige gestapelte Design des bionischen Greifers kann das 200-fache des Objektgewichts gehoben werden, mit einer Lebensdauer von mehr als 10⁶ Zyklen.

（2）Spezialanwendungen in der Luft- und Raumfahrt

Sauerstoffatom-resistentes Silikagel wird als Isolierschicht für Satellitenkabel verwendet, mit einer Massenverlustrate von < 0,1 mg/cm²-h in einer niedrigen Erdumlaufbahn (Atom-Sauerstofffluss von 10¹⁵ atoms/cm²-s). Seine Vakuumausgasungsrate < 1×10-⁷ Torr-L/s-cm², was dem Standard ASTM E595 entspricht.

（3） Kulturgüterschutz

For the reinforcement of fragile cultural relics, Young’s modulus of nano-SiO₂-verstärktes Silikagel kann auf 0,5–5 MPa eingestellt werden, was den mechanischen Eigenschaften von antikem Papier und Textilien entspricht. Der beschleunigte Alterungsversuch bestätigte, dass der Vergilbungsindex des Materials ΔE < 3 (1000 Stunden UV-Bestrahlung) und verfügt über reversible Entfernungseigenschaften.

5. Wie kann die Entwicklung von Silikon verbessert werden?

In den nächsten fünf Jahren wird die Silikagel-Gruppe mit der Integration von Molekularsimulationstechnologie und KI-Materialdesign Durchbrüche in Richtung programmierter Reaktion (Multifeldkopplung wie Temperatur/Licht/Magnetismus) und Integration von Struktur und Funktion erzielen, und die Anwendungsgrenzen werden weiter auf Spitzenfelder wie Bioelektronik und Quantengeräteverpackung, Haut- und ästhetische Chirurgie ausgedehnt. Wie kann die Wettbewerbsfähigkeit der Produkte verbessert werden?

XJY Silikone ist einer der führenden Silikon MQ-Harz und VMQ-Silikon Wir sind ein führender Hersteller in China mit mehr als 30 Jahren Erfahrung in der Forschung, Entwicklung und Produktion in der Silikonindustrie sowie mehr als 15 Patenten und technischer Unterstützung. Unser Silikon-Rohstoffprodukte können die Bedürfnisse der Silikagel-Bereich und unterstützen die Bereitstellung diversifizierter maßgeschneiderter Lösungen.