A menudo se describe la silicona como ligera, impermeable e hidrofóbica. Estos términos pueden confundirse fácilmente. La densidad típica de la silicona sólida es de aproximadamente 1,05–1,60 g/cm³, por lo que la mayoría de las piezas de silicona sin espumar se hunden en el agua. La hidrofobicidad ayuda a que el agua forme gotas en la superficie, pero no hace que todos los diseños de silicona sean a prueba de fugas o impermeables.
Para el diseño de productos, importan tres cuestiones distintas: la densidad del compuesto, la densidad media de la pieza completa y la forma en que el agua interactúa con la superficie y la geometría del sello.
¿Cuál es la densidad típica de la silicona?
La densidad de un compuesto de caucho de silicona curado es su masa dividida por su volumen. Normalmente se expresa en g/cm³, kg/m³ o como gravedad específica.
Para muchos sólidos compuestos HCR y compuestos LSR, un rango de inicio práctico es 1,05–1,60 g/cm³. WACKER informa de este rango para el caucho de silicona y señala que los rellenos inactivos adicionales, como el cuarzo, pueden aumentar la densidad a aproximadamente 1,75 g/cm³. Algunos compuestos especiales pueden quedar fuera de este rango, por lo que la ficha técnica del material aprobado sigue siendo el valor determinante.
| Material o construcción de silicona | Rango de densidad práctico | Tendencia a la flotabilidad en agua dulce | Razón principal de la variación |
|---|---|---|---|
| Caucho de silicona sólido de uso general | 1,05–1,30 g/cm³ | Generalmente se hunde | Polímero, sílice de refuerzo, pigmento y aditivos |
| Compuesto de silicona de alto contenido | 1,30–1,75+ g/cm³ | fregaderos | Cuarzo, óxido metálico u otro material de relleno de alta densidad. |
| Fluorosilicona o compuesto especial | Específico del grado | Generalmente se hunde | Paquete de polímero y relleno diferente |
| Espuma o esponja de silicona | A menudo por debajo de 1,0 g/cm³ | Puede flotar | Estructura celular cerrada o abierta |
| Pieza de silicona moldeada hueca | Depende de la masa total y del volumen desplazado. | Puede flotar | El aire atrapado reduce la densidad media de la pieza. |
Se trata de rangos de diseño, no de límites de inspección de entrada. Para compras y control de calidad, especifique la densidad indicada en la ficha técnica aprobada y defina el método de ensayo.
¿Son lo mismo la densidad y la gravedad específica?
Están estrechamente relacionados, pero no son idénticos.
Densidad es la masa por unidad de volumen. Peso específico es la relación entre la densidad de un material y la densidad del agua a una temperatura determinada. Dado que la densidad del agua es cercana a 1,00 g/cm³, los valores numéricos suelen ser similares cuando la densidad se expresa en g/cm³.
Por lo tanto, un compuesto de silicona con una densidad de 1,20 g/cm³ tiene una gravedad específica cercana a 1,20 en condiciones de prueba normales.
Para piezas de silicona sólida, los métodos de medición comunes incluyen:
- ASTM D792 para la densidad y la gravedad específica por desplazamiento
- Método A de la norma ISO 1183-1 para medición de inmersión
- ASTM D297 métodos utilizados para productos y compuestos de caucho
El método, el estado de la muestra, la temperatura y la presencia de burbujas atrapadas influyen en el resultado. Comparar los datos de los proveedores sin verificar el método puede generar una diferencia engañosa.
¿Flota la silicona en el agua?
La mayoría de las gomas de silicona sólidas y sin espumar se hunden porque su densidad es mayor que la del agua dulce.
La condición básica es:
- Si la densidad media de las piezas es inferior a 1,00 g/cm³, La pieza puede flotar en agua dulce.
- Si la densidad media de las piezas es superior a 1,00 g/cm³, La pieza se hunde a menos que su geometría atrape suficiente aire.
- En agua salada, la densidad del líquido es mayor, por lo que la misma parte recibe una fuerza de flotación ligeramente mayor.
SIMTEC informa una densidad típica de LSR de 1,10–1,50 g/cm³ y señala que el LSR sólido, por lo tanto, se hunde. La palabra importante es sólido. Un juguete de baño hueco, un flotador sellado o un conjunto sobremoldeado pueden flotar incluso cuando su piel de silicona es más densa que el agua.
Ejemplo de silicona sólida
Un componente de silicona sólida tiene:
- Volumen: 100 cm³
- Densidad del compuesto: 1,20 g/cm³
- Masa: 100 × 1,20 = 120 g
Cuando está completamente sumergida, desplaza unos 100 g de agua dulce. La pieza pesa más que el agua desplazada, por lo que se hunde.
Ejemplo de silicona hueca
Supongamos que una pieza sellada pesa 70 g y desplaza 150 cm³ de agua en función de su volumen externo.
Densidad media de las piezas = 70 ÷ 150 = 0,47 g/cm³
La cavidad de aire sellada reduce la densidad del conjunto por debajo de la del agua, lo que permite que la pieza flote. Si la cavidad tiene fugas y se llena de agua, esta ventaja desaparece.
¿Cuánto pesa una pieza de silicona?
Utilice la densidad del compuesto final, no un valor genérico de silicona.
Masa = volumen × densidad
Para dimensiones en milímetros:
Masa (g) = volumen (mm³) ÷ 1000 × densidad (g/cm³)
Una almohadilla rectangular de silicona que mide 100 × 50 × 5 mm tiene un volumen de 25 000 mm³, o 25 cm³. A 1,20 g/cm³, la masa estimada es:
25 × 1,20 = 30 g
| Aporte | Valor de ejemplo | Riesgo de adquisición si se asume |
|---|---|---|
| Volumen neto moldeado | 25 cm³ | El volumen CAD puede excluir nervaduras, compuertas o insertos. |
| Densidad compuesta | 1,20 g/cm³ | Una formulación sustituida cambia el peso de la pieza. |
| Masa de la pieza estimada | 30 g | Los costos de embalaje y flete pueden variar en pedidos grandes. |
| Cantidad del pedido | 100.000 piezas | Un error de 2 g se convierte en 200 kg en todo el envío. |
Este cálculo resulta útil para la elaboración de presupuestos y estimaciones de embalaje. Los límites de peso final de las piezas deben obtenerse a partir de muestras validadas, ya que en la pieza terminada persisten variaciones en el peso de las rebabas, el peso del inserto, el pigmento, la cantidad de relleno y el proceso de moldeo.
¿Qué factores modifican la densidad de la silicona?
La densidad de la silicona depende de la formulación. No está controlada únicamente por el nombre del polímero.
Rellenos reforzantes e inactivos
La sílice pirógena o precipitada refuerza el polímero. El cuarzo y otros rellenos minerales pueden aumentar aún más la densidad. Un fabricante de compuestos puede usar rellenos para ajustar la dureza, la resistencia al desgarro, la reología, el comportamiento eléctrico, la resistencia a la hinchazón o el costo. Lo mismo Dureza Shore A Por lo tanto, se puede lograr con diferentes formulaciones y diferentes densidades.
Pigmentos y aditivos funcionales
El concentrado de color suele provocar un cambio menor que una mayor cantidad de carga de relleno, pero el efecto es perceptible cuando las tolerancias de peso de la pieza son estrechas. Los aditivos ignífugos, termoconductores, conductores eléctricos o radiopacos pueden modificar sustancialmente la densidad.
Aire, huecos y estructura celular
La silicona espumada contiene burbujas de gas y puede tener una densidad aparente inferior a 1,00 g/cm³. Los huecos no deseados también pueden reducir la densidad medida de una muestra, pero esto es un indicio de defecto, no una vía válida para aligerarla.
Curación y control de procesos
Las condiciones de curado suelen tener menos influencia en la densidad que la formulación, pero los errores de mezcla, una proporción A:B incorrecta para LSR, la contaminación o el aire atrapado pueden alterar los valores medidos. Por lo tanto, la densidad es útil como una prueba rápida, no como una prueba de que todas las propiedades mecánicas o de cumplimiento sean correctas.
¿Es la silicona hidrofóbica?
La silicona a base de PDMS sin tratar es inherentemente hidrofóbica porque los grupos metilo se orientan en su superficie de baja energía. El agua tiende a formar gotas en lugar de extenderse sobre una superficie. lámina de silicona.
Un ángulo de contacto con el agua comúnmente reportado para PDMS sin tratar es de alrededor de 100–120°. Las mediciones publicadas varían según la formulación, la rugosidad de la superficie, la limpieza, el método de aplicación de las gotas y el acondicionamiento. Un ángulo de contacto superior a 90° generalmente indica un comportamiento de humectación hidrofóbica.
La hidrofobicidad describe la interacción de la superficie con una gota de agua. No describe el comportamiento completo de un producto moldeado.
| Propiedad | Lo que mide | Lo que no demuestra |
|---|---|---|
| Ángulo de contacto del agua | Humectabilidad de la superficie | Resistencia a las fugas de un conjunto |
| Absorción de agua | Masa ganada después de una exposición definida | Comportamiento de formación de gotas en la superficie |
| Permeabilidad al vapor de agua | Transporte de humedad a través del material | Resistencia a la fuga de agua líquida en una junta |
| Clasificación IP | Protección de la carcasa bajo una prueba definida | Rendimiento universal a cualquier presión y duración. |
El tratamiento superficial también modifica el resultado. El tratamiento con plasma de oxígeno o corona puede aumentar temporalmente la hidrofilia del PDMS para mejorar la adhesión, el recubrimiento o la humectación microfluídica. Posteriormente, las superficies de silicona pueden recuperar su hidrofobia con el tiempo. Por lo tanto, las pruebas de adhesión deben definir el tiempo permitido entre el tratamiento y la aplicación del adhesivo.
¿Es impermeable la silicona?
Un componente continuo de silicona suele ser resistente al agua líquida, pero la "impermeabilidad" es una característica del sistema, no una propiedad de la materia prima.
Una junta moldeada aún puede tener fugas cuando:
- La compresión es demasiado baja o desigual;
- La línea de separación cruza la superficie de sellado;
- Las rebabas, las líneas de tejido, el polvo o los daños en la superficie crean una vía de fuga;
- La deformación permanente por compresión reduce la fuerza de sellado tras repetidos ciclos de calentamiento;
- La carcasa se deforma bajo presión;
- El diseño de la junta se basa en un adhesivo que no moja la silicona sin tratar;
- La carcasa se somete a pruebas de presión o duración fuera de sus límites de diseño.
Los equipos suelen sobreestimar la hidrofobicidad porque la formación de gotas de agua visibles da la impresión de que el sellado es eficaz. En la producción, la fuga suele producirse en la interfaz, no a través del centro de una sección de silicona intacta.
Para un cerramiento, defina el requisito específico: exposición a salpicaduras, inmersión continua, presión hidrostática, vapor, agua salada, productos químicos de limpieza o una prueba IP. Estas condiciones no son intercambiables.
¿Cuánta agua absorbe la silicona?
En general, el caucho de silicona tiene una baja absorción de agua, pero no se debe aplicar un valor universal como "inferior a 0,5%" a todos los compuestos.
Las bases de datos publicadas contienen una amplia variedad porque combinan caucho denso, espuma, formulaciones especiales, diferentes espesores de muestra y diferentes condiciones de exposición. Por lo tanto, la absorción de agua debe estar vinculada a un grado y a un método como ASTM D570 o ISO 62, con la duración y la temperatura indicadas.
Para obtener especificaciones reales, solicite:
- el grado probado y la condición de curado;
- espesor de la muestra;
- tiempo de inmersión y temperatura del agua;
- cambio porcentual de masa;
- cambio dimensional, si las tolerancias estrictas son importantes;
- conservación de las propiedades eléctricas o mecánicas después del acondicionamiento.
Una baja absorción de agua tampoco significa una transmisión nula de vapor de agua. La silicona tiene una absorción relativamente alta. permeabilidad a gases y vapores En comparación con muchos elastómeros orgánicos densos, esto resulta útil para membranas transpirables, pero puede ser una limitación en envases con barrera contra la humedad o en carcasas de sensores.
¿Cómo deben especificar los compradores la densidad de la silicona?
Utilice la densidad como una propiedad controlada dentro de la especificación completa del material.
| Elemento de especificación | Requisito práctico |
|---|---|
| Grado del material | Proveedor y código de compuesto exacto |
| Sistema de curación | Platino, peróxido o sistema específico para cada grado |
| Densidad o gravedad específica | Valor nominal y tolerancia según la ficha técnica aprobada. |
| Método de prueba | ASTM D792, ASTM D297 o ISO 1183-1 |
| Condición de prueba | Temperatura, estado de la muestra y estado de curado |
| Tolerancia del peso de la pieza | Definido por separado de la densidad del material |
| Requerimiento de agua | Prueba de absorción, inmersión, presión, transmisión de vapor o IP |
| Control de cambios | No se permite la sustitución de formulaciones ni de excipientes sin aprobación. |
No utilice la densidad como único criterio para evaluar un compuesto de silicona. Dos materiales pueden tener la misma densidad, pero diferir en resistencia a la tracción, resistencia al desgarro, deformación permanente por compresión, requisitos de postcurado, extractables y estatus regulatorio.
Preguntas frecuentes
¿Flota la silicona apta para uso alimentario?
El hecho de que un material esté en contacto con alimentos no determina su flotabilidad. La mayoría de las piezas sólidas de silicona en contacto con alimentos se hunden porque su densidad supera los 1,00 g/cm³. Un diseño hueco o espumado puede flotar.
¿Es la silicona más pesada que el agua?
La mayoría de los cauchos de silicona sólidos son más pesados por unidad de volumen que el agua dulce. La densidad típica de un compuesto es de aproximadamente 1,05–1,60 g/cm³, mientras que la del agua dulce ronda los 1,00 g/cm³.
¿Una mayor dureza Shore implica una mayor densidad?
No necesariamente. Tanto la dureza como la densidad dependen de la formulación, pero no existe una conversión universal entre ellas. Utilice el TDS del compuesto para cada valor.
El límite del diseño
Para los cálculos de peso, indique el volumen CAD final, el peso del inserto, la densidad del compuesto aprobada y la tolerancia de peso de la pieza. Para la flotación, indique la masa del conjunto completo, el volumen externo desplazado, el método de sellado de la cavidad y el líquido de servicio. Para la resistencia al agua, defina la presión, el tiempo, la temperatura, la geometría de la junta y la prueba aplicable.
Sin esos datos, afirmar que "la silicona flota" y que "la silicona es impermeable" son generalizaciones sobre el material, no especificaciones de producción.
Referencias técnicas
- WACKER: Caucho de silicona sólido y líquido: directrices sobre materiales y procesamiento.
- SIMTEC: Por qué solo las piezas huecas de LSR flotan en el agua.
- Intertek: Densidad y gravedad específica — ASTM D792 e ISO 1183
- Intertek: Absorción de agua — ASTM D570
- Humectación adaptativa de polidimetilsiloxano, Langmuir
