سختی ساحل سیلیکون: مقدمه‌ای جامع

چه چیزی تعیین می‌کند که یک محصول سیلیکونی نرم و کشسان باشد یا سفت و محکم؟

پاسخ در سختی Shore نهفته است. این یک روش استاندارد برای اندازه‌گیری میزان سفتی یا نرمی سیلیکون است. چه برای راحتی، انعطاف‌پذیری، دوام یا پشتیبانی طراحی کنید، بدست آوردن سختی Shore مناسب، کلید عملکرد و رضایت کاربر است.

در این مقاله، به بررسی سختی Shore سیلیکون، نحوه اندازه‌گیری آن، مقیاس‌های مختلف مانند Shore 00، A و D و نحوه انتخاب سختی مناسب برای کاربردهای مختلف خواهیم پرداخت. این راهنما درک روشن و عملی از چگونگی تأثیر سختی Shore بر محصولات سیلیکونی به شما ارائه می‌دهد.

سختی ساحل سیلیکون چیست؟

سختی شور (Shore hardness) یک روش استاندارد برای اندازه‌گیری میزان سختی یا نرمی سیلیکون است. اگر می‌خواهید بدانید که یک قطعه سیلیکون چقدر سفت است، ما از ... استفاده می‌کنیم. سختی سنج ساحلیاین ابزار یک پین را با نیروی تنظیم‌شده به سطح فشار می‌دهد و بر اساس عمق فرو رفتن پین، عددی از ۰ تا ۱۰۰ را نشان می‌دهد.

در صنعت سیلیکون، ما معمولاً از مقیاس‌های Shore 00، Shore A یا Shore D استفاده می‌کنیم. عدد کمتر به معنای نرم‌تر و انعطاف‌پذیرتر بودن سیلیکون است. عدد بالاتر به معنای سخت‌تر و کم‌کشسان‌تر بودن آن است.

سختی Shore فقط یک عدد فنی نیست. این عدد بر حس، عملکرد و تناسب محصول با هدف آن تأثیر می‌گذارد. به همین دلیل است که انتخاب و کنترل سختی مناسب هنگام طراحی و ساخت محصولات سیلیکونی بسیار مهم است.

سختی ساحل سیلیکون چگونه طبقه‌بندی می‌شود؟

سیلیکون طیف وسیعی از سختی را دارد، از نرمی ژله‌ای تا سفتی پلاستیک مانند. این را می‌توان با تغییر فرمول تنظیم کرد. برای اندازه‌گیری آن، ما عمدتاً از سه مقیاس استاندارد استفاده می‌کنیم: Shore 00، Shore A و Shore D. هر مقیاس از 0 تا 100 متغیر است. هرچه عدد بالاتر باشد، سیلیکون سخت‌تر است.

شور ۰۰: برای مواد بسیار نرم

Shore 00 به طور خاص برای اندازه‌گیری مواد بسیار نرم طراحی شده است.

محدوده معمول: ۱۰ تا ۹۰ ساحل ۰۰

کاربردها: ژل‌های پزشکی نرم، پدهای تسکین فشار، گریم جلوه‌های ویژه

ساحل A: رایج‌ترین مقیاس مورد استفاده

Shore A رایج‌ترین مقیاس برای سیلیکون است که همه چیز را از لاستیک نرم گرفته تا قطعات نیمه سخت پوشش می‌دهد.

محدوده معمول: ۱۰ تا ۹۵ ساحل A

کاربردها:

• سختی کم (10A - 30A): پستانک کودک، قاب گوشی نرم، لوله‌های پزشکی
• سختی متوسط (40A - 60A): قاب گوشی، وسایل آشپزخانه، حلقه‌های اورینگ
• سختی بالا (70A - 90A): دکمه‌های سیلیکونی، درزگیرهای خودرو، واشرهای صنعتی

Shore D: برای مواد سخت

برای سیلیکون‌های خیلی سخت، از مقیاس Shore D استفاده می‌کنیم. این مقیاس برای لاستیک و پلاستیک‌های سخت در نظر گرفته شده است.

محدوده معمول: ۲۰ تا ۹۰ ساحل D

کاربردها: آب‌بندهای سخت، دسته ابزار، غلتک‌های صنعتی

چه عواملی بر سختی سیلیکون در برابر آب (Shore Hardness) تأثیر می‌گذارند؟

سختی Shore یکی از خواص مهم سیلیکون است. این ویژگی بر حس محصول، عملکرد آن و مناسب بودن آن برای کاربردهای خاص تأثیر می‌گذارد. اما دقیقاً چه چیزی میزان نرمی یا سفتی سیلیکون را تعیین می‌کند؟ عوامل مختلفی، از فرمولاسیون شیمیایی گرفته تا کاربرد در دنیای واقعی، می‌توانند تفاوت بزرگی ایجاد کنند.

فرمولاسیون مواد اولیه

ساختار شیمیایی سیلیکون، اساس سختی آن است. حتی تغییرات کوچک در فرمول پایه می‌تواند منجر به تفاوت‌های قابل توجه در حس و عملکرد محصول نهایی شود.

• اسکلت سیلوکسان: وزن مولکولی و چگالی پیوندهای عرضی مستقیماً بر سختی تأثیر می‌گذارند. چگالی پیوندهای عرضی بالاتر، سختی را افزایش می‌دهد، اما ممکن است الاستیسیته را کاهش دهد.
• پرکننده ها: نوع و مقدار پرکننده‌هایی مانند سیلیس و کربنات کلسیم به تنظیم سختی کمک می‌کند. به عنوان مثال، افزایش مقدار سیلیس می‌تواند سختی را تا حدود 70 Shore A افزایش دهد، اما ممکن است مقاومت در برابر پارگی را کاهش دهد.
• عوامل عمل‌آوری: سیستم‌های پخت پراکسیدی اغلب برای سیلیکون ولکانیزه شده در دمای بالا (HTV) استفاده می‌شوند که برای محصولات سخت‌تر مناسب است. کاتالیزورهای پلاتینی در لاستیک سیلیکون مایع (LSR) رایج هستند که برای اقلام نرم‌تر با درجه پزشکی ایده‌آل هستند.

فرایند ساخت

سختی فقط به مواد تشکیل دهنده سیلیکون بستگی ندارد، بلکه نحوه فرآوری آن در طول تولید نیز نقش کلیدی دارد.

• شرایط عمل آوری: پخت در دمای بالا (150-200 درجه سانتیگراد) باعث افزایش پیوند عرضی و سختی می‌شود. ولکانیزاسیون در دمای اتاق (RTV) برای محصولات نرم‌تر مناسب‌تر است.
• فرآیند اختلاط: پراکندگی ضعیف پرکننده‌ها می‌تواند باعث سختی ناهموار شده و بر کیفیت محصول تأثیر بگذارد.
• پس از پخت: عمل آوری ثانویه می‌تواند سختی را به طور دقیق تنظیم کرده و تنش پسماند را آزاد کند.

شرایط محیطی و کاربری

سیلیکون در خلاء وجود ندارد. پس از استفاده، محیط و فشاری که با آن مواجه می‌شود می‌تواند به تدریج سختی آن را با گذشت زمان تغییر دهد.

• درجه حرارت: سیلیکون ممکن است در گرمای زیاد نرم شود و در دماهای پایین کمی سخت‌تر شود. برای مثال، سیلیکون 20 Shore A می‌تواند در دمای -40 درجه سانتیگراد مانند 25A باشد.
• پیری: قرار گرفتن طولانی مدت در معرض نور UV یا مواد شیمیایی ممکن است سختی را تغییر داده و عمر محصول را کوتاه کند.
• استرس: فشرده‌سازی یا کشش مکرر ممکن است سختی را تغییر دهد، به خصوص در سیلیکون‌های نرم‌تر.

سختی چه ارتباطی با الاستیسیته، مقاومت کششی و مقاومت پارگی دارد؟

سختی، مدول الاستیسیته، استحکام کششی و مقاومت در برابر پارگی سیلیکون همگی به هم مرتبط هستند. اینها ویژگی‌های مجزایی نیستند. آنها نشان می‌دهند که شبکه مولکولی سیلیکون چقدر محکم به هم متصل شده است.

مدول الاستیسیته

این معیار نشان می‌دهد که یک ماده چقدر در برابر کشش مقاومت می‌کند و چقدر به شکل اولیه خود برمی‌گردد.

سیلیکون سخت‌تر معمولاً مدول بالاتری دارد. در برابر تغییر شکل مقاومت بیشتری دارد و سفت‌تر به نظر می‌رسد.

دلیلش این است که سیلیکون سخت‌تر، چگالی پیوند عرضی بالاتری دارد که حرکت زنجیره را محدود می‌کند و باعث می‌شود ماده انعطاف‌پذیری کمتری داشته باشد اما پایدارتر باشد.

استحکام کششی

این حداکثر فشاری است که سیلیکون می‌تواند قبل از شکستن هنگام کشیده شدن تحمل کند.

ارتباط بین سختی و استحکام کششی خطی نیست.

با افزایش سختی، معمولاً استحکام کششی بهبود می‌یابد.

اما سختی بیش از حد می‌تواند نتیجه‌ی معکوس داشته باشد. ماده شکننده می‌شود و ممکن است راحت‌تر بشکند، زیرا تنش نمی‌تواند به طور مساوی در سراسر زنجیره‌های بیش از حد سفت پخش شود.

بنابراین، یافتن تعادل مناسب اهمیت دارد. برای مثال، یک قاب گوشی به سختی کافی برای محافظت نیاز دارد، اما در عین حال باید استحکام کافی برای جلوگیری از پارگی یا ترک خوردن را نیز داشته باشد.

مقاومت پارگی

این نشان می‌دهد که سیلیکون چقدر خوب در برابر گسترش ترک پس از شروع آن مقاومت می‌کند.

برای سیلیکون‌های نرم تا متوسط (20A-40A)، افزودن مقداری سختی معمولاً مقاومت در برابر پارگی را افزایش می‌دهد.

اما اگر سختی خیلی بالا برود (بالاتر از 60A-70A)، مقاومت در برابر پارگی ممکن است کاهش یابد. زنجیرها انعطاف‌پذیری خود را از دست می‌دهند، بنابراین به محض ایجاد بریدگی، می‌تواند به سرعت پاره شود.

مقاومت در برابر پارگی برای اقلام نازک، حساس به لبه یا انعطاف‌پذیر، مانند درزگیرها، دستکش‌ها یا قطعاتی که اغلب مونتاژ و جداسازی می‌شوند، بسیار مهم است.

اگر سیلیکون خیلی سفت یا خیلی نرم باشد چه اتفاقی می‌افتد؟

اگر سیلیکون خیلی سفت باشد چه؟ اگر خیلی نرم باشد چه؟ اینها نگرانی‌های بجایی هستند. مقادیر بالای سختی، در هر دو جهت، می‌تواند عملکرد و تجربه کاربری یک محصول را به طور جدی به خطر بیندازد.

هیچ پاسخ یکسانی برای همه وجود ندارد. یک قاب گوشی، یک مهر و موم یا یک صفحه کلید، همگی به تعادل‌های متفاوتی نیاز دارند. سختی بیش از حد می‌تواند راحتی یا انعطاف‌پذیری را از بین ببرد، در حالی که سختی خیلی کم می‌تواند منجر به بی‌ثباتی و سایش شود.

برای روشن شدن این خطرات، جدول زیر مشکلاتی را که ممکن است در صورت خیلی سفت یا خیلی نرم بودن سیلیکون ایجاد شود، به همراه موازنه‌های احتمالی که هنگام انتخاب مواد باید در نظر بگیرید، شرح می‌دهد.

چگونه سختی سیلیکون مناسب را انتخاب کنیم؟

انتخاب سختی سیلیکون مناسب تصادفی نیست. بستگی به نحوه استفاده از محصول، حس آن و نحوه ساخت آن دارد. درست مانند انتخاب کفی کفش. برخی باید ضربه‌گیر باشند و برخی دیگر باید تکیه‌گاه داشته باشند.

در اینجا راهنمایی برای انتخاب سختی مناسب بر اساس کاربردهای مختلف ارائه شده است.

محصولات تماس با پوست: اولویت دادن به حس «دوستدار پوست»

برای محصولاتی که با پوست در تماس هستند، راحتی و ایمنی حرف اول را می‌زند.

سختی سیلیکون توصیه شده معمولاً بین 10A و 40A است، گاهی اوقات حتی به نرمی Shore 00 نیز می‌رسد.

محصولات کودک مانند پستانک، دندان‌گیر و بینی‌گیر معمولاً از سیلیکون در محدوده ۲۰A تا ۳۰A استفاده می‌کنند. این نرمی، حس پوست را تقلید می‌کند و ایمنی و راحتی را برای دهان و پوست لطیف نوزادان تضمین می‌کند.

دستگاه‌های پزشکی مانند کاتترها، ماسک‌های تنفسی و آسترهای پروتز، بسته به عملکردشان، محدوده سختی وسیع‌تری از 10A تا 50A دارند. به عنوان مثال، کاتترها اغلب برای ایجاد انعطاف‌پذیری به نرمی حدود 20A نیاز دارند، در حالی که آسترهای پروتز ممکن است برای ارائه پشتیبانی سبک به تا 50A نیاز داشته باشند. برخی از پچ‌های اسکار فوق نرم حتی از سیلیکون Shore 00 برای دستیابی به حداکثر نرمی و تطابق نزدیک با پوست استفاده می‌کنند.

دستگاه‌های پوشیدنی مانند بندهای ساعت هوشمند و سرگوشی‌های هدفون معمولاً بین 30A و 50A قرار می‌گیرند. این محدوده، راحتی و پایداری را متعادل می‌کند - خیلی نرم می‌تواند احساس سستی ایجاد کند، در حالی که خیلی سفت ممکن است باعث ناراحتی شود.

کالاهای مصرفی روزانه و لوازم آشپزخانه: ایجاد تعادل بین عملکرد و حس خوب

کالاهای مصرفی روزانه و وسایل آشپزخانه به سیلیکونی نیاز دارند که کاربردی، بادوام و استفاده از آن راحت باشد.

محدوده سختی توصیه شده برای این محصولات عموماً بین 40A و 70A است.

وسایل آشپزخانه مانند کفگیر، قالب‌های پخت و درب‌ها معمولاً از سیلیکون با مقاومت ۴۰A تا ۶۰A استفاده می‌کنند. این محدوده به اندازه کافی محکم است که بتواند کارهای هم زدن و پخت و پز را انجام دهد، در عین حال به اندازه کافی انعطاف‌پذیر است تا استفاده از آن آسان باشد. قالب‌ها همچنین باید به راحتی غذا را آزاد کنند و شکل خود را به خوبی حفظ کنند.

محافظ‌های دستگاه، از جمله قاب‌های تلفن و تبلت یا پوشش‌های ریموت، معمولاً در محدوده ۴۰ آمپر تا ۶۰ آمپر قرار می‌گیرند. این سطح سختی، نرمی کافی برای جذب ضربه و چسبندگی را ارائه می‌دهد، در حالی که به اندازه کافی محکم است تا شکل خود را حفظ کند.

وسایل خانگی مانند دسته مسواک، زیربشقابی و درب لیوان، بسته به میزان چسبندگی، بافت و پشتیبانی مورد نیاز، از ۴۰ آمپر تا ۷۰ آمپر متغیر هستند.

کاربردهای صنعتی: با تأکید بر عملکرد و سازگاری با محیط زیست

سیلیکون صنعتی باید فشار، گرما، لرزش و سایش را تحمل کند.

سختی توصیه شده در اینجا از 50A تا 90A متغیر است و از Shore D برای قطعات سفت‌تر استفاده می‌شود.

آب‌بندهایی مانند اورینگ‌ها، واشرها و نوارهای آب‌بندی معمولاً سختی بین 50A تا 70A دارند. آن‌ها برای حفظ آب‌بندی محکم تحت فشار و جلوگیری از نشتی به سختی مناسب نیاز دارند و سختی بالاتر برای محیط‌های سخت ترجیح داده می‌شود.

پدها و ضربه‌گیرهای ضربه‌گیر معمولاً بین ۵۰ تا ۶۵ آمپر هستند و نرمی کافی برای جذب ضربه را ارائه می‌دهند و در عین حال به اندازه کافی قوی هستند که در برابر تغییر شکل مقاومت کنند.

عایق کابل و مواد مورد استفاده در ساخت گلدان‌های الکتریکی، بسته به عملکردشان، از نظر سختی بسیار متفاوت هستند، اما تمرکز اصلی روی عایق بودن، مقاومت در برابر حرارت و دوام آنهاست.

غلتک‌ها و تسمه‌های نقاله صنعتی اغلب به سختی 70A یا بالاتر، گاهی اوقات حتی Shore D، نیاز دارند تا استحکام عالی، مقاومت در برابر سایش و پایداری تحت بارهای سنگین را فراهم کنند.

اجزای سازه‌ای و مواد کامپوزیت: سختی برای تکیه‌گاه

وقتی سیلیکون بخشی از یک سازه است یا با مواد دیگر لایه بندی شده است، باید محکم و پایدار بماند.

برای این کاربردها، سختی توصیه شده 70A یا بالاتر یا Shore D است.

دکمه‌های سخت یا سرپوش‌های کلید باید بازخورد لمسی واضح و دوام بالایی داشته باشند، که معمولاً از سیلیکون با سختی بین 70A تا 85A استفاده می‌کنند.

اجزای نگهدارنده داخلی برای حفظ شکل و مقاومت در برابر نیروها به سختی حتی بالاتری، معمولاً بین 80A و 90A یا Shore D، نیاز دارند.

برای قالب‌گیری سیلیکونی روی ابزارها یا دستگاه‌ها، سختی به میزان چسبندگی و عملکرد مورد نیاز بستگی دارد. دسته‌های ابزار اغلب از سیلیکونی با سختی بین 60A تا 80A استفاده می‌کنند که راحتی را با استحکام و دوام متعادل می‌کند.

نتیجه

سختی Shore چیزی بیش از یک عدد است. این یک عامل حیاتی است که نحوه احساس، عملکرد و عملکرد سیلیکون را در استفاده در دنیای واقعی شکل می‌دهد. با درک سطوح مختلف سختی و نحوه ارتباط آنها با نیازهای خاص، می‌توانید انتخاب‌های هوشمندانه‌تر و مؤثرتری از مواد داشته باشید.

با دهه‌ها تجربه در تولید سیلیکون، ما تخصص و فناوری لازم برای تولید محصولات سیلیکونی با کیفیت و عملکرد بالا متناسب با نیازهای شما را داریم. چه در حال تولید دستگاه‌های پزشکی، کالاهای مصرفی یا قطعات صنعتی باشید، می‌توانیم به شما کمک کنیم تا ایده‌های خود را با دقت و قابلیت اطمینان به واقعیت تبدیل کنید. برای شروع راه‌حل سیلیکونی سفارشی خود، همین امروز با ما تماس بگیرید.