عند البحث عن "الخواص الفيزيائية للسيليكون"، ستجد أن معظم النتائج أشبه بكتب الكيمياء - مناسبة للامتحان، لكنها غير مفيدة لتحديد مواصفات قطعة ما. لن تجد معلومات عن الكثافة، أو نطاق الصلابة، أو الحد الأقصى لدرجة الحرارة، أو حتى معيار الاختبار الذي يدعم كل قيمة.
يقع مطاط السيليكون القياسي داخل غلاف محدد: الكثافة 1.10-1.50 جم/سم³، والصلابة من شور 00-5 إلى شور A-90، ونطاق عمل مستمر من -60 درجة مئوية إلى +230 درجة مئوية، مع عزل كهربائي مستقر ونفاذية غاز عالية بشكل غير عادي. الورقة الكاملة موجودة أدناه، وكل قيمة مرتبطة بطريقة الاختبار الخاصة بها وفقًا لمعيار ASTM أو ISO.
تصف هذه الأرقام السيليكون للأغراض العامة (HCR وLSR). تختلف الأرقام الدقيقة حسب نسبة الحشو ونظام المعالجة ونوع المادة - مذكورة لكل خاصية.
ورقة مواصفات الخصائص الفيزيائية للسيليكون
ورقة بيانات الخصائص الفيزيائية للسيليكون توضح الكثافة والصلابة ونطاق درجة الحرارة والقيم الكهربائية والبصرية والنفاذية مع معايير اختبار ASTM وISO الخاصة بها
| ملكية | النطاق / القيمة النموذجية | معيار الاختبار |
|---|---|---|
| مظهر | قاعدة شفافة؛ قابلة للتلوين؛ معتمة عند التعبئة | — |
| الكثافة (الوزن النوعي) | 1.10–1.50 جم/سم³ (مملوء حتى ~2.0) | ASTM D792 |
| صلابة | الشاطئ 00-5 إلى الشاطئ A-90 | ASTM D2240 |
| قوة الشد | 4-11 ميجا باسكال (قوة عالية تصل إلى ~13) | ASTM D412 |
| استطالة عند نقطة الكسر | 200–800% | ASTM D412 |
| قوة التمزق | 10–55 كيلو نيوتن/متر | ASTM D624 |
| مجموعة الضغط | منخفض عبر نطاق درجات الحرارة | ISO 815 / ASTM D395 |
| درجة حرارة التشغيل | من -60 درجة مئوية إلى +230 درجة مئوية (على المدى القصير إلى +300 درجة مئوية) | ASTM D573 / D746 |
| الموصلية الحرارية | ~0.2 واط/متر·كلفن | — |
| معامل التمدد الحراري | 200–400 ×10⁻⁶ /K | ASTM E831 |
| امتصاص الماء | أقل من 0.5% | ASTM D471 |
| زاوية تلامس الماء / طاقة السطح | ~110° / ~22 ملي نيوتن/متر (كاره للماء) | — |
| نفاذية الغاز والبخار | المطاط عالي الجودة مقارنةً بالمطاطات الأخرى | — |
| قوة العزل الكهربائي | 18-25 كيلو فولت/مم | — |
| المقاومة الحجمية | ~10¹⁵ أوم·سم | — |
| النقل البصري | أكثر من 91% (LSR من الدرجة البصرية) | — |
| قابلية الاشتعال | ذاتية الإطفاء؛ مقاومة للحريق وفقًا لمعيار UL 94 V-0 | يو إل 94 |
تم تصميم ورقة المواصفات أعلاه ليتم نسخها أو حفظها كبطاقة مرجعية. يوجد الرقم التفصيلي لكل عقار في صفحته الخاصة، والموجود رابطها أسفل كل قسم أدناه.
المظهر والحالة
السيليكون شفاف بطبيعته ويمتص الصبغة بشكل نظيف، ويصبح معتمًا تمامًا بمجرد ملئه أو تلوينه. تُحدد جودة السطح بواسطة القالب وعمليات المعالجة اللاحقة، وليس بواسطة البوليمر نفسه. هذه خاصية تجميلية وليست خاصية أداء، فهي لا تؤثر على درجة الحرارة أو الصلابة أو المرونة.
الكثافة والوزن وسلوك الماء
السيليكون أكثر كثافة من الماء (1.10-1.50 جم/سم³)، لذلك فهو لا يطفو، ويمتص أقل من 0.5% من الماء بالوزن - فهو ليس مساميًا بالطريقة التي يشير إليها هذا السؤال عادةً. ترتفع المركبات المملوءة إلى حوالي 2.0 جم/سم³. السطح كاره للماء، بزاوية تلامس الماء تقارب 110 درجة، وهذا هو سبب تكوّن قطرات الماء بدلاً من ترطيب السطح.
→ اقرأ المزيد: كثافة السيليكون ووزنه وكرهه للماء
الصلابة والسلوك الميكانيكي
يتراوح نطاق السيليكون المستخدم في الإنتاج من Shore 00-5 (جيل-لين) إلى Shore A-90 (صلب)، مع قوة شد تتراوح من 4 إلى 11 ميجا باسكال واستطالة تتراوح من 200 إلى 800%. تُعد الصلابة أول مواصفة يتم تثبيتها لأنها تتعارض مع قوة التمزق والاستطالة - فالدرجات الأكثر ليونة تتمدد أكثر ولكنها تتمزق في وقت أقرب.
→ اقرأ المزيد: دليل صلابة السيليكون ومقياس الصلابة
نطاق درجة الحرارة والسلوك الحراري
يحتفظ السيليكون بخصائصه من -60 درجة مئوية إلى +230 درجة مئوية بشكل مستمر، مع درجات الحرارة العالية التي تتحمل ارتفاعات قصيرة تصل إلى +300 درجة مئوية. الموصلية الحرارية منخفضة (~0.2 واط/م·ك) ومعامل التمدد الحراري مرتفع (200-400 ×10⁻⁶ /ك)، وهو أمر مهم للتفاوتات الدقيقة في الأجزاء الساخنة.
→ اقرأ المزيد: الموصلية الحرارية ومقاومة الحرارة للسيليكون
الخصائص الكهربائية
السيليكون مادة عازلة قوية - قوة عازلة تبلغ 18-25 كيلو فولت/مم ومقاومة حجمية تبلغ حوالي 1015 أوم·سم - ما لم يتم مزجه عمداً مع الكربون للتوصيل. هذه القدرة المزدوجة هي السبب في أن نفس البوليمر الأساسي يخدم كلاً من عزل الجهد العالي وحماية لوحات المفاتيح من التداخل الكهرومغناطيسي.
→ اقرأ المزيد: الخصائص الكهربائية للسيليكون
الخصائص البصرية
ينقل السيليكون السائل ذو الدرجة البصرية أكثر من 91% من الضوء المرئي ويقاوم الاصفرار بشكل أفضل بكثير من الإيبوكسي أو البولي كربونات. يقع معامل الانكسار في نطاق 1.40-1.55، وهذا هو السبب في ظهوره في تغليف مصابيح LED وبصريات العدسات.
→ اقرأ المزيد: الخصائص البصرية للسيليكون
نفاذية الغاز والبخار
السيليكون أكثر نفاذية للغاز من المواد المطاطية الأخرى - وهذا هو السبب في اختياره لأنابيب الأكسجين والأغشية القابلة للتنفس، وهو السبب في أنه ليس مانع التسرب المناسب لحاجز الغاز. هذه هي الخاصية التي غالباً ما يتم الخلط بينها وبين المسامية؛ فالمادة صلبة ولكنها تسمح للغازات بالانتشار من خلالها.
→ اقرأ المزيد: نفاذية الغاز والبخار للسيليكون
قابلية الاشتعال
السيليكون القياسي ذاتي الإطفاء، وتصل درجات مقاومة اللهب إلى UL 94 V-0 مع دخان منخفض وعدم وجود انبعاثات هالوجين. ينتج عن الاحتراق رماد سيليكا غير موصل للكهرباء بدلاً من اللهب المتساقط، وهذا هو السبب في أنه مؤهل لمعايير السكك الحديدية والنقل العام.
→ اقرأ المزيد: سلوك السيليكون في النار وقابليته للاشتعال
أين تتوقف هذه الأرقام عن الانطباق؟
تفترض جميع النطاقات المذكورة أعلاه استخدام السيليكون للأغراض العامة. وتتغير الحدود بثلاثة خيارات:
- مقارنة بين HCR و LSR — يحدد مدى التسامح الممكن تحقيقه ونظافة السطح، وليس غلاف العقار نفسه.
- تحميل الحشو — يزيد من الكثافة والصلابة، ويمكن أن يقلل من الاستطالة وقوة التمزق.
- نظام العلاج — تبقى الأنواع المعالجة بالبلاتين عديمة الرائحة وشفافة؛ أما الأنواع المعالجة بالبيروكسيد فهي أرخص ولكنها تحتاج إلى معالجة لاحقة لإزالة الرائحة المتبقية.
هذه حدود للتطبيق، وليست عيوبًا. قيمة ورقة البيانات صالحة فقط للمركب المحدد الذي تم قياسها عليه.
الأسئلة الشائعة
هل يطفو السيليكون؟
لا. كثافته التي تتراوح بين 1.10 و 1.50 جم/سم³ أعلى من كثافة الماء، لذلك فهو يغرق.
هل السيليكون مسامي؟
لا، يبقى امتصاص الماء أقل من 0.5%. ومع ذلك، فهو يتميز بنفاذية عالية للغاز، وهي خاصية مختلفة.
كم يبلغ وزن السيليكون؟
يبلغ وزنها حوالي 1.1 إلى 1.5 ضعف وزن الماء لنفس الحجم؛ ويمكن أن تصل المركبات المملوءة بكثافة إلى حوالي 2.0 جم/سم³.
ما هي درجة الحرارة التي يتحملها السيليكون؟
من -60 درجة مئوية إلى +230 درجة مئوية بشكل مستمر، مع قدرة الدرجات ذات درجات الحرارة العالية على تحمل فترات قصيرة تصل إلى +300 درجة مئوية.
ما نحتاجه لتحديد مواصفات الجزء الخاص بك
تصف هذه النطاقات السيليكون القياسي. وتعتمد الأرقام الدقيقة لقطعتك على الدرجة، والصلابة المستهدفة، ومستوى المرونة المستهدف (إدارة الغذاء والدواء 21 CFR 177.2600, ال اف جي بي، أو جامعة ساو باولو، الصف السادس، ودرجة حرارة التشغيل - وتحدد هذه الخيارات الأربعة أيضًا التكلفة ووقت التسليم. أرسلها إلينا وسنرسل لك ورقة بيانات عن خصائص المركب الفعلي.
