Die meisten mechanischen Daten zu Silikon gehen in einem unübersichtlichen Informationsdschungel unter – pauschale Adjektive wie “flexibel” und “langlebig”, ohne konkrete Zahlen oder Prüfmethoden. Bei der Spezifizierung von Dichtungen, Tastaturen, Dichtringen oder Formteilen kostet diese Lücke Zeit und birgt das Risiko, vor der Werkzeugfertigung die falsche Härte oder Reißfestigkeit festzulegen.
Silikonkautschuk (VMQ) weist eine geringere Zugfestigkeit als Nitril- oder Naturkautschuk auf – typischerweise 4–11 MPa –, besitzt aber eine Dehnung von 200–800 µT und behält dieses mechanische Verhalten im Temperaturbereich von −60 °C bis +230 °C bei. Dieser Kompromiss, nicht die maximale Festigkeit, ist der Grund für seine Verwendung.
In den folgenden Abschnitten werden die Arbeitswerte, die jeweils zugrunde liegende ASTM-Methode und die Bereiche, in denen diese Werte nicht mehr gelten, aufgeführt.
Mechanische Eigenschaften von Silikon im Überblick
Hierbei handelt es sich um universell einsetzbare Silikonkautschuk-Sortimente, die in den breiteren Bereich der Silikone fallen. Hülle der physikalischen Eigenschaften — siehe die vollständiger Immobilienleitfaden Für ein vollständiges Bild sind die tatsächlichen Werte abhängig vom Basispolymer, dem Füllstoffgehalt, dem Härtungssystem und der Nachhärtung. Betrachten Sie diese Werte als Ausgangspunkt, nicht als Ersatz für die Datenblätter.
| Eigentum | Typischer Bereich (Allzweck-Silikon) | Prüfstandard |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit | 4–11 MPa (hochfeste Sorten bis zu ~13 MPa) | ASTM D412 |
| Dehnung beim Bruch | 200–800% | ASTM D412 |
| 100% Modul (M100) | 0,5–3 MPa | ASTM D412 |
| Reißfestigkeit | 10–55 kN/m | ASTM D624 |
| Druckverformungsrest | 10–40% (niedriger nach vollständiger Nachhärtung) | ASTM D395 |
| Härte | Shore A 10–80 | ASTM D2240 |
Zugfestigkeit
Die Zugfestigkeit ist die Spannung, der ein Silikonteil standhält, bevor es unter Zugbelastung bricht; sie wird an einer Hantelprobe gemessen. ASTM D412. Universell einsetzbares Silikon landet bei 4–11 MPa. Hochfeste und reißfeste Werkstoffe erreichen Werte von etwa 13 MPa.
Das ist niedriger als bei Naturkautschuk oder Nitril und stellt in der Praxis selten den limitierenden Faktor dar. Silikon wird für Dichtungen, Isolierungen und Soft-Touch-Teile spezifiziert, wo Dehnung, Druckverformungsrest und Temperaturstabilität wichtiger sind als die maximale Zugfestigkeit. Füllstoffart und Beladung die Zahl am meisten bewegen: verstärken pyrogene Kieselsäure Erhöht die Zugfestigkeit, während schwere Streckmittel sie verringern, um die Kosten zu senken.
Wenn ein Bauteil tatsächlich Zugkräften ausgesetzt ist, ist Silikon in der Regel das falsche Material – das ist eine konstruktionsbedingte Grenze, keine Güteklasse, die man durch Anpassung überwinden kann.
Bruchdehnung (Elastizität und Flexibilität)
Die Bruchdehnung gibt an, wie weit sich Silikon vor dem Bruch dehnen lässt. Sie wird als Prozentsatz der ursprünglichen Länge ausgedrückt und an derselben ASTM D412-Probe wie die Zugfestigkeit gemessen. Typische Silikonläufe 200–800%, wobei weichere Sorten mit niedrigerer Härte am oberen Ende angesiedelt sind.
Diese Eigenschaft ist für die Elastizität und Flexibilität von Silikon verantwortlich. Sie ermöglicht es, dass sich ein Schnuller mit einer Shore-A-Härte von 30, ein dehnbarer Deckel oder ein Blasebalg wiederholt verformen und in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. Dehnung und Härte verhalten sich umgekehrt proportional: Je höher der Shore-A-Wert für ein steiferes Material ist, desto geringer ist die Dehnung.
Modul 100% (M100 / M300)
Der Elastizitätsmodul ist die Spannung, die erforderlich ist, um die Probe auf eine bestimmte Dehnung zu bringen – M100 bei 1001 µT, M300 bei 3001 µT – und wird ebenfalls im D412-Test abgelesen. Der M100-Wert von Silikon liegt typischerweise bei 0,5–3 MPa.
Bei Bauteilen, die wiederholten, geringen Biegebeanspruchungen ausgesetzt sind, wie z. B. Tastaturen und Membranen, ist der Elastizitätsmodul wichtiger als die Zugfestigkeit. Er beschreibt die Kraft, die zum Durchbiegen erforderlich ist – also das, was ein Konstrukteur tatsächlich spürt und vorgibt. Zwei Werkstoffe können die gleiche Zugfestigkeit aufweisen und sich im Betrieb dennoch sehr unterschiedlich verhalten, da ihre Elastizitätsmodulkurven voneinander abweichen.
Reißfestigkeit
Die Reißfestigkeit ist der Widerstand gegen einen sich ausbreitenden Schnitt oder Kerb, gemessen pro ASTM D624 (üblicherweise Die B oder Die C) und wird in kN/m angegeben. Silikon liegt im Bereich von 10–55 kN/mIm unteren Bereich befinden sich die Allzweckqualitäten, während hochreißfeste Silikonformulierungen den oberen Bereich einnehmen.
Die Reißfestigkeit, nicht die Zugfestigkeit, ist das entscheidende Kriterium dafür, ob dünnwandige Teile und Teile mit scharfen Innenkanten das Entformen und den Einsatz im Feld unbeschadet überstehen. Babyartikel, dünne Membranen und Teile mit engen Radien sollten anhand einer hohen Reißfestigkeitsklasse spezifiziert werden. Eine kleine Beschädigung, die bei einem dickwandigen Teil nur oberflächlich wäre, kann bei einem dünnwandigen Teil zu einem Ausgangspunkt für einen Riss werden.
Druckverformungsrest
Die Druckverformung misst, wie viel bleibende Verformung nach dem Zusammendrücken und anschließenden Loslassen eines Silikonteils verbleibt – getestet pro ASTM D395 (Methode B, konstante Auslenkung). Ein niedrigerer Prozentsatz ist besser. Silikon läuft 10–40%, und eine vollständige Nachbehandlung verschiebt es in Richtung des unteren Endes.
Dies ist die Eigenschaft, die ein Silikon definiert Dichtung oder Dichtring. Der geringe Druckverformungsrest ist der Hauptgrund, warum Silikon die meisten Elastomere bei statischen Dichtungen über große Temperaturschwankungen hinweg übertrifft: Es bleibt komprimiert und dichtet weiterhin ab, anstatt sich zu verformen und undicht zu werden.
Das Aushärtungssystem und die Nachhärtung bestimmen den Wert. Platinvernetztes Silikon mit korrekter Nachhärtung weist einen geringen Druckverformungsrest auf; unzureichend ausgehärtetes oder peroxidvernetztes Material ohne ausreichende Nachhärtung hingegen nicht. Wenn eine dauerhafte Abdichtung erforderlich ist, sollte der Druckverformungsrest nach der Nachhärtung im Datenblatt angegeben werden – nicht der Wert im unbehandelten Zustand.
Wie Härte und mechanische Kennwerte zusammenhängen
Die Härte (Durometer) wird gemessen pro ASTM D2240 auf der Shore-A-Skala, wobei Silikon üblicherweise erhältlich ist von Shore A 10 bis 80. Härte ist kein Festigkeitswert, aber sie ist der schnellste Indikator für die anderen Eigenschaften: Weichere Sorten dehnen sich weiter (höhere Dehnung) und fühlen sich nachgiebiger an (niedrigerer Elastizitätsmodul); härtere Sorten widerstehen Verformungen, verlieren aber an Dehnung.
Bei den meisten Beschaffungsgesprächen ist die Härte (Durometer) der erste Anhaltspunkt. Die Werte für Zugfestigkeit, Reißfestigkeit und Elastizitätsmodul ändern sich mit ihr.
Verwandt: Shore-A-Härte von Silikon: Auswirkungen auf Haptik, Abdichtung und Haltbarkeit — der vollständige Leitfaden zur Auswahl von weichem und hartem Silikon sowie der passenden Härte für verschiedene Anwendungsbereiche.
Silikon im Vergleich zu anderen Elastomeren
Mechanische Kennwerte haben nur im Vergleich eine Aussagekraft. Im Vergleich zu herkömmlichen Kautschuken tauscht Silikon zwar seine Rohfestigkeit gegen einen größeren Temperaturbereich, geringere Druckverformungsbeständigkeit und höhere Alterungsbeständigkeit ein.
| Eigentum | Silikon (VMQ) | Naturkautschuk (NR) | EPDM | Nitril (NBR) |
|---|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit | 4–11 MPa | 20–30 MPa | 7–21 MPa | 10–25 MPa |
| Dehnung beim Bruch | 200–800% | 400–700% | 200–600% | 300–600% |
| Reißfestigkeit | Niedrig bis mittel | Hoch | Mäßig | Mäßig |
| Druckverformungsrest | Ausgezeichnet (niedrig) | Arm | Gut | Mäßig |
| Betriebstemperatur | −60 bis +230 °C | −50 bis +80 °C | −50 bis +150 °C | −30 bis +120 °C |
| UV-Strahlung / Ozon / Alterung | Exzellent | Arm | Exzellent | Arm |
Die Schlussfolgerung ist kurz und bündig: Wenn das Bauteil höchste Zug- oder Reißfestigkeit bei Raumtemperatur benötigt, sind NR oder NBR hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften überlegen. Wenn es jedoch zuverlässig abdichten muss, Hitzebeständigkeit und Witterungseinflüssen standhalten und über Jahre hinweg seine Form behalten, ist die geringere Festigkeit von Silikon ein akzeptabler Kompromiss.
Wo diese Zahlen ihre Gültigkeit verlieren
Alle oben genannten Bereiche sind abhängig von Güte und Prozess. Füllstoffsystem, Härtungschemie und Nachhärtung können Zugfestigkeit, Reißfestigkeit und Druckverformungsrest über die gesamte Bandbreite beeinflussen – zwei als “Silikon” bezeichnete Teile können sich in ihrer Reißfestigkeit um den Faktor 2 unterscheiden. Die veröffentlichten Werte beziehen sich zudem auf Laborproben und nicht auf Ihre Wandstärke, Geometrie oder Entformungsspannungen.
Bevor diese Werte zu einer konkreten Spezifikation werden, sind drei Angaben erforderlich: die angestrebte Shore-A-Härte, die maßgebliche Funktion (statische Dichtung, dynamische Biegung oder Strukturfestigkeit) und der Betriebstemperaturbereich. Mit diesen Angaben lässt sich die mechanische Güteklasse schnell eingrenzen. Ohne sie ist ein einzelner Zug- oder Reißfestigkeitswert lediglich ein Datenpunkt, keine Spezifikation.
Häufig gestellte Fragen
Wie hoch ist die Zugfestigkeit von Silikonkautschuk?
Standard-Silikon hat gemäß ASTM D412 eine Festigkeit von 4–11 MPa, wobei hochfeste Sorten bis zu etwa 13 MPa erreichen. Es ist weniger fest als Nitril- oder Naturkautschuk.
Wie weit lässt sich Silikon dehnen, bevor es bricht?
Die Bruchdehnung liegt typischerweise zwischen 200 und 8001 TP3T. Weichere, niedrigharte Stahlsorten dehnen sich am stärksten.
Besitzt Silikon eine gute Druckverformungsbeständigkeit?
Ja. Bei etwa 10–40% (niedriger nach vollständiger Nachhärtung) behält Silikon seine Form unter anhaltender Kompression besser als die meisten Elastomere, weshalb es für Dichtungen und Dichtungsringe verwendet wird.
Welches ist stärker, Silikon oder EPDM?
Welches ist stärker, Silikon oder EPDM?
Warum hat Silikon eine geringe Zugfestigkeit, aber eine hohe Dehnung?
Das flexible Siloxan-Rückgrat (Si–O) von Silikon lässt sich leicht dehnen und erreicht eine Dehnung von 200–800 µT, jedoch begrenzen die geringen intermolekularen Kräfte die Zugfestigkeit auf 4–11 MPa. Verstärkende Füllstoffe wie pyrogene Kieselsäure erhöhen die Zugfestigkeit, ohne die Flexibilität wesentlich zu beeinträchtigen.
Welcher ASTM-Standard wird für die Reißfestigkeit von Silikon verwendet?
Die Reißfestigkeit wird gemäß ASTM D624 (üblicherweise Die B oder Die C) gemessen und in kN/m angegeben. Standard-Silikon weist Werte zwischen 10 und 55 kN/m auf, wobei die Reißfestigkeit im oberen Bereich besonders hoch ist.
Was ist der 100%-Modul (M100) von Silikon?
M100 ist die Spannung, die erforderlich ist, um eine Probe auf eine Dehnung von 100% zu dehnen, typischerweise 0,5–3 MPa für Silikon gemäß ASTM D412. Sie sagt die Kraft bis zur Verformung besser voraus als die Zugfestigkeit für Bauteile, die wiederholter, geringer Biegebeanspruchung ausgesetzt sind, wie z. B. Tastaturen und Membranen.
