Silikon wird oft als leicht, wasserdicht und hydrophob beschrieben. Diese Begriffe werden leicht verwechselt. Die typische Dichte von festem Silikon liegt bei etwa 1,05–1,60 g/cm³, daher sinken die meisten ungeschäumten Silikonteile in Wasser. Hydrophobie sorgt dafür, dass Wasser an der Oberfläche abperlt, macht aber nicht jedes Silikondesign wasserdicht oder undurchlässig.
Für die Produktentwicklung sind drei separate Fragen von Bedeutung: die Dichte der Mischung, die durchschnittliche Dichte des gesamten Bauteils und die Art und Weise, wie Wasser mit der Oberflächen- und Dichtungsgeometrie interagiert.
Welche typische Silikondichte hat Silikon?
Die Dichte einer ausgehärteten Silikonkautschukmischung ist ihre Masse geteilt durch ihr Volumen. Sie wird üblicherweise in g/cm³, kg/m³ oder als spezifisches Gewicht angegeben.
Für viele solide HCR-Verbindungen Und LSR-Verbindungen, Ein praktischer Ausgangspunkt ist 1,05–1,60 g/cm³. WACKER gibt diesen Bereich für Silikonkautschuk an und merkt an, dass zusätzliche inaktive Füllstoffe wie Quarz die Dichte auf etwa 1,75 g/cm³. Einzelne Spezialverbindungen können außerhalb dieses Bereichs liegen, daher bleibt das zugelassene Materialdatenblatt maßgebend.
| Silikonmaterial oder -konstruktion | Praktischer Dichtebereich | Auftriebstendenz in Süßwasser | Hauptgrund für die Abweichung |
|---|---|---|---|
| Universell einsetzbarer fester Silikonkautschuk | 1,05–1,30 g/cm³ | Normalerweise Spülbecken | Polymer, verstärkendes Siliciumdioxid, Pigment und Additive |
| Hochgefüllte Silikonmischung | 1,30–1,75+ g/cm³ | Spülbecken | Quarz, Metalloxid oder andere hochdichte Füllstoffe |
| Fluorsilikon oder Spezialverbindung | Klassenstufenspezifisch | Normalerweise Spülbecken | Unterschiedliche Polymer- und Füllstoffverpackung |
| Silikonschaum oder Schwamm | Häufig unter 1,0 g/cm³ | Kann schwimmen | Geschlossene oder offene Zellstruktur |
| Hohles, geformtes Silikonteil | Hängt von der Gesamtmasse und dem verdrängten Volumen ab | Kann schwimmen | Eingeschlossene Luft verringert die durchschnittliche Dichte des Bauteils |
Dies sind Auslegungsbereiche, keine Grenzwerte für die Wareneingangsprüfung. Für Einkauf und Qualitätskontrolle sind die im genehmigten technischen Datenblatt (TDS) angegebene Dichte und das Prüfverfahren festzulegen.
Sind Dichte und spezifisches Gewicht dasselbe?
Sie sind eng verwandt, aber nicht identisch.
Dichte ist Masse pro Volumeneinheit. Spezifisches Gewicht Die Dichte ist das Verhältnis der Dichte eines Materials zur Dichte von Wasser bei einer bestimmten Temperatur. Da Wasser eine Dichte von etwa 1,00 g/cm³ aufweist, sind die numerischen Werte oft ähnlich, wenn die Dichte in g/cm³ angegeben wird.
Eine Silikonverbindung mit einer Dichte von 1,20 g/cm³ hat daher unter normalen Testbedingungen ein spezifisches Gewicht nahe 1,20.
Gängige Messmethoden für massive Silikonteile sind:
- ASTM D792 zur Bestimmung der Dichte und des spezifischen Gewichts durch Verdrängung
- ISO 1183-1 Methode A für die Immersionsmessung
- ASTM D297 Verfahren zur Herstellung von Gummiprodukten und -mischungen
Die Methode, der Zustand der Probe, die Temperatur und das Vorhandensein eingeschlossener Luftblasen beeinflussen das Ergebnis. Der Vergleich von Lieferantendaten ohne Überprüfung der Methode kann zu einem fälschlichen Unterschied führen.
Schwimmt Silikon in Wasser?
Die meisten festen, ungeschäumten Silikonkautschuke sinken, weil ihre Dichte höher ist als die Dichte von Süßwasser.
Die Grundbedingung ist:
- Wenn die durchschnittliche Teiledichte unter 1,00 g/cm³, Das Teil kann in Süßwasser schwimmen.
- Wenn die durchschnittliche Teiledichte über 1,00 g/cm³, Das Bauteil sinkt, es sei denn, seine Geometrie schließt genügend Luft ein.
- Im Salzwasser ist die Flüssigkeitsdichte höher, daher erfährt derselbe Teil eine etwas größere Auftriebskraft.
SIMTEC gibt eine typische LSR-Dichte von an 1,10–1,50 g/cm³ und stellt fest, dass feste LSR-Substrate daher absinken. Das wichtige Wort ist solide. Ein hohles Badespielzeug, ein versiegelter Schwimmkörper oder eine umspritzte Konstruktion kann auch dann schwimmen, wenn seine Silikonhülle eine höhere Dichte als Wasser aufweist.
Beispiel für festes Silikon
Ein Bauteil aus massivem Silikon weist folgende Eigenschaften auf:
- Volumen: 100 cm³
- Dichte der Verbindung: 1,20 g/cm³
- Masse: 100 × 1,20 = 120 g
Vollständig untergetaucht verdrängt es etwa 100 g Süßwasser. Da das Teil mehr wiegt als das verdrängte Wasser, sinkt es.
Beispiel für hohles Silikon
Angenommen, ein abgedichtetes Teil wiegt 70 g und verdrängt, basierend auf seinem äußeren Volumen, 150 cm³ Wasser.
Durchschnittliche Teiledichte = 70 ÷ 150 = 0,47 g/cm³
Der abgedichtete Luftraum senkt die Dichte der gesamten Baugruppe unter die von Wasser, sodass das Bauteil schwimmen kann. Wenn der Luftraum undicht wird und sich mit Wasser füllt, geht dieser Vorteil verloren.
Wie viel wiegt ein Silikonteil?
Verwenden Sie die Dichte der fertigen Compoundierung, nicht einen generischen Silikonwert.
Masse = Volumen × Dichte
Für Maße in Millimetern:
Masse (g) = Volumen (mm³) ÷ 1.000 × Dichte (g/cm³)
Eine rechteckige Silikonmatte mit den Abmessungen 100 × 50 × 5 mm hat ein Volumen von 25.000 mm³ bzw. 25 cm³. Bei einer Dichte von 1,20 g/cm³ beträgt die geschätzte Masse:
25 × 1,20 = 30 g
| Eingang | Beispielwert | Beschaffungsrisiko bei Annahme |
|---|---|---|
| Netto-Formvolumen | 25 cm³ | Das CAD-Volumen kann Rippen, Angüsse oder Einsätze ausschließen. |
| Verbindungsdichte | 1,20 g/cm³ | Eine alternative Rezeptur verändert das Stückgewicht |
| Geschätzte Teilemasse | 30 g | Verpackungs- und Frachtkosten können bei großen Bestellungen stark schwanken. |
| Bestellmenge | 100.000 Stück | Ein Fehler von 2 g summiert sich auf 200 kg in der gesamten Sendung. |
Diese Berechnung ist hilfreich für Angebots- und Verpackungskalkulationen. Die endgültigen Gewichtsgrenzen sollten anhand validierter Muster ermittelt werden, da im fertigen Teil Grat, Einlegeteilgewicht, Pigmente, Füllstoffanteil und Formtoleranzen verbleiben.
Was verändert die Dichte von Silikon?
Die Silikondichte ist von der Formulierung abhängig. Sie wird nicht allein durch den Polymernamen bestimmt.
Verstärkende und inaktive Füllstoffe
Pyrogene oder gefällte Kieselsäure verstärkt das Polymer. Quarz und andere mineralische Füllstoffe können die Dichte weiter erhöhen. Ein Compoundeur kann Füllstoffe einsetzen, um Härte, Reißfestigkeit, Rheologie, elektrische Eigenschaften, Quellbeständigkeit oder Kosten anzupassen. Shore A Härte Dies kann daher mit unterschiedlichen Formulierungspaketen und unterschiedlichen Dichten erreicht werden.
Pigmente und funktionelle Zusatzstoffe
Farbmasterbatches bewirken in der Regel eine geringere Veränderung als hohe Füllstoffbeladungen, der Effekt ist jedoch bei engen Bauteilgewichtstoleranzen messbar. Flammschutzmittel, wärmeleitende, elektrisch leitfähige oder röntgendichte Additive können die Dichte erheblich verändern.
Luft, Hohlräume und Zellstruktur
Geschäumtes Silikon enthält Gaseinschlüsse und kann eine Schüttdichte unter 1,00 g/cm³ aufweisen. Unbeabsichtigte Hohlräume können ebenfalls die gemessene Dichte einer Probe verringern, dies ist jedoch eher ein Fehlersignal als ein legitimer Weg zur Gewichtsreduzierung.
Aushärtung und Prozesskontrolle
Die Aushärtungsbedingungen haben normalerweise weniger Einfluss auf die Dichte als die Rezeptur. Mischfehler, ein falsches A:B-Verhältnis bei LSR, Verunreinigungen oder Lufteinschlüsse können jedoch die Messwerte verfälschen. Die Dichte eignet sich daher als schnelles Screening-Instrument, jedoch nicht als Beweis dafür, dass alle mechanischen oder Konformitätseigenschaften korrekt sind.
Ist Silikon hydrophob?
Unbehandeltes PDMS-basiertes Silikon ist von Natur aus hydrophob, da sich Methylgruppen an seiner energiearmen Oberfläche ausrichten. Wasser perlt ab, anstatt sich auszubreiten. Silikonplatte.
Ein häufig angegebener Wasserkontaktwinkel für unbehandeltes PDMS beträgt etwa 100–120°. Die veröffentlichten Messwerte variieren je nach Zusammensetzung, Oberflächenrauheit, Reinheit, Tropfenmethode und Konditionierung. Ein Kontaktwinkel über 90° deutet im Allgemeinen auf hydrophobes Benetzungsverhalten hin.
Hydrophobie beschreibt die Wechselwirkung einer Oberfläche mit einem Wassertropfen. Sie beschreibt jedoch nicht das gesamte Verhalten eines Formteils.
| Eigentum | Was es misst | Was es nicht beweist |
|---|---|---|
| Wasserkontaktwinkel | Oberflächenbenetzbarkeit | Leckagebeständigkeit einer Baugruppe |
| Wasseraufnahme | Gewichtszunahme nach definierter Exposition | Oberflächenperlenbildung |
| Wasserdampfdurchlässigkeit | Feuchtigkeitstransport durch Material | Widerstand gegen das Austreten von flüssigem Wasser an einer Verbindung |
| IP-Schutzart | Gehäuseschutz bei einem definierten Test | Universelle Leistungsfähigkeit bei jedem Druck und jeder Dauer |
Auch die Oberflächenbehandlung beeinflusst das Ergebnis. Sauerstoffplasma- oder Corona-Behandlungen können PDMS vorübergehend hydrophiler machen und so die Haftung, Beschichtung oder Benetzung von Mikrofluidiksystemen verbessern. Silikonoberflächen können mit der Zeit wieder hydrophob werden. Haftversuche sollten daher den zulässigen Zeitraum zwischen Behandlung und Klebstoffauftrag festlegen.
Ist Silikon wasserdicht?
Ein durchgehendes Silikonbauteil ist im Allgemeinen beständig gegen flüssiges Wasser, wobei “wasserdicht” eher eine Systemaussage als eine Rohstoffeigenschaft ist.
Eine Formdichtung kann dennoch undicht sein, wenn:
- Die Kompression ist zu gering oder ungleichmäßig;
- Die Trennlinie kreuzt die Dichtfläche;
- Grate, Stricknähte, Staub oder Oberflächenbeschädigungen können einen Leckagepfad bilden;
- Die Druckverformung verringert die Dichtungskraft bei wiederholten Wärmezyklen;
- Das Gehäuse gibt unter Druck nach;
- Die Verbindungskonstruktion basiert auf einem Klebstoff, der unbehandeltes Silikon nicht benetzt;
- Das Gehäuse wird bei einem Druck oder einer Dauer außerhalb seiner Auslegungsgrenzen getestet.
Teams überschätzen häufig die Hydrophobie, da sichtbare Wasserabperleffekte als Beweis für die Dichtleistung erscheinen. In der Produktion verläuft die Leckagequelle üblicherweise an der Grenzfläche und nicht durch die Mitte eines intakten Silikonbereichs.
Definieren Sie für ein Gehäuse die tatsächlichen Anforderungen: Spritzwasserschutz, Dauereintauchen, hydrostatischer Druck, Dampf, Salzwasser, Reinigungsmittel oder eine IP-Prüfung. Diese Bedingungen sind nicht austauschbar.
Wie viel Wasser absorbiert Silikon?
Silikonkautschuk hat im Allgemeinen eine geringe Wasseraufnahme, aber ein universeller Wert wie “unter 0,5%” sollte nicht auf jede Mischung angewendet werden.
Veröffentlichte Datenbanken weisen eine große Streuung auf, da sie dichten Gummi, Schaumstoff, Spezialformulierungen, unterschiedliche Probenstärken und verschiedene Expositionsbedingungen kombinieren. Die Wasseraufnahme muss daher einer Güteklasse und einer Methode wie beispielsweise … zugeordnet werden. ASTM D570 oder ISO 62, wobei Dauer und Temperatur angegeben sind.
Für eine genaue Spezifikation fordern Sie bitte Folgendes an:
- die geprüfte Güteklasse und der Aushärtungsprozess;
- Probendicke;
- Eintauchzeit und Wassertemperatur;
- prozentuale Massenänderung;
- Maßänderung, wenn enge Toleranzen wichtig sind;
- Beibehaltung der elektrischen oder mechanischen Eigenschaften nach der Konditionierung.
Geringe Wasseraufnahme bedeutet jedoch nicht, dass keine Wasserdampfdurchlässigkeit besteht. Silikon weist eine relativ hohe Wasserdampfdurchlässigkeit auf. Gas- und Dampfdurchlässigkeit Im Vergleich zu vielen dichten organischen Elastomeren ist dies vorteilhaft für atmungsaktive Membranen, kann aber bei feuchtigkeitsabweisenden Verpackungen oder Sensorgehäusen eine Einschränkung darstellen.
Wie sollten Käufer die Silikondichte angeben?
Die Dichte sollte als eine von mehreren kontrollierbaren Eigenschaften innerhalb einer vollständigen Materialspezifikation verwendet werden.
| Spezifikationsartikel | Praktische Anforderungen |
|---|---|
| Materialqualität | Lieferant und genaue Verbindungscode |
| Aushärtungssystem | Platin, Peroxid oder ein sortenspezifisches System |
| Dichte oder spezifisches Gewicht | Nennwert und Toleranz gemäß genehmigtem TDS |
| Prüfverfahren | ASTM D792, ASTM D297 oder ISO 1183-1 |
| Testbedingung | Temperatur, Probenzustand und Aushärtungszustand |
| Teilegewichtstoleranz | Getrennt von der Materialdichte definiert |
| Wasserbedarf | Absorptions-, Immersions-, Druck-, Dampfdurchlässigkeits- oder IP-Prüfung |
| Änderungskontrolle | Rezeptur- oder Füllstoffaustausch nur mit Genehmigung |
Die Dichte allein reicht nicht aus, um eine Silikonverbindung auszuwählen. Zwei Materialien können die gleiche Dichte aufweisen, sich aber in Zugfestigkeit, Reißfestigkeit, Druckverformungsrest, Nachhärtungsanforderungen, extrahierbaren Bestandteilen und regulatorischem Status unterscheiden.
Häufig gestellte Fragen
Schwimmt lebensmittelechtes Silikon?
Der Lebensmittelkontakt hat keinen Einfluss auf den Auftrieb. Die meisten massiven Silikonteile für den Lebensmittelkontakt sinken, da ihre Dichte über 1,00 g/cm³ liegt. Hohlkörper oder geschäumte Teile können schwimmen.
Ist Silikon schwerer als Wasser?
Die meisten festen Silikonkautschuke sind pro Volumeneinheit schwerer als Süßwasser. Die typische Dichte der Mischungen liegt bei etwa 1,05–1,60 g/cm³, während Süßwasser eine Dichte von etwa 1,00 g/cm³ aufweist.
Bedeutet eine höhere Shore-Härte eine höhere Dichte?
Nicht unbedingt. Härte und Dichte hängen zwar beide von der Zusammensetzung ab, es gibt aber keine universelle Umrechnungstabelle. Verwenden Sie für jeden Wert die TDS-Werte der Verbindung.
Die Gestaltungsgrenze
Für die Gewichtsberechnung geben Sie bitte das fertige CAD-Volumen, das Gewicht des Einsatzes, die zugelassene Dichte des Verbundwerkstoffs und die Toleranz des Stückgewichts an. Für die Schwimmfähigkeit benötigen wir die Gesamtmasse der Baugruppe, das verdrängte Volumen, die Methode der Hohlraumabdichtung und das verwendete Medium. Für die Wasserdichtigkeit definieren Sie bitte Druck, Zeit, Temperatur, die Geometrie der Verbindung und die anzuwendende Prüfung.
Ohne diese Informationen sind Aussagen wie “Silikon schwimmt” und “Silikon ist wasserdicht” allgemeine Materialbeschreibungen und keine Produktionsspezifikationen.
