سیلیکون در مقابل پلی اورتان رقابتی نیست که یک برنده جهانی داشته باشد. انتخاب بستگی به بار، دما، محیط، عمر مفید و روش تولید دارد. برای دماهای بسیار بالا، قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش و آب‌بندی طولانی مدت، سیلیکون را انتخاب کنید. برای سایش، تحمل بار، ضربه و سختی بالا، پلی اورتان را انتخاب کنید.
این قانون ساده از بسیاری از اشتباهات اولیه جلوگیری می‌کند. این برای تعیین مشخصات نهایی مواد کافی نیست. یک چرخ، واشر استاتیک، شیر پزشکی، ترکیب گلدان و درزگیر ساختمانی ممکن است همگی از یکی از این پلیمرها استفاده کنند، اما از ماده نمی‌خواهند که کار یکسانی را انجام دهد.
خلاصه اجرایی
- سیلیکون معمولاً انتخاب ایمن‌تری است وقتی که گرما، سرما، اشعه ماوراء بنفش، ازن یا بازیابی فشرده‌سازی طولانی‌مدت، طول عمر را کنترل می‌کنند.
- پلی اورتان معمولاً در برابر سایش، ضربه، تماس مکرر و بارهای مکانیکی بالا مقاوم‌تر است.
- هیچ یک از خانواده‌های مواد را از یک نمودار مقایسه‌ای عمومی تأیید نکنید. گریدهای واقعی را با استفاده از همان روش آزمایش، دما، هندسه نمونه و شرایط یکسان مقایسه کنید.
سیلیکون در مقابل پلی اورتان در یک نگاه
| عامل تصمیم گیری | الاستومر سیلیکونی | الاستومر پلی اورتان |
|---|---|---|
| ساختار پلیمری | اسکلت سیلیکون-اکسیژن معدنی با گروه‌های جانبی آلی | پلیمر آلی تشکیل شده از پلی ال ها و ایزوسیانات ها |
| قدرت معمولی | پایداری دما، مقاومت در برابر آب و هوا، عایق الکتریکی، بازیابی فشاری | مقاومت سایشی، مقاومت پارگی، مقاومت کششی، جذب ضربه |
| ضعف معمولی | مقاومت سایشی کمتر و هزینه مواد اولیه بالاتر | حساسیت بیشتر به گرما، اشعه ماوراء بنفش، هیدرولیز و شیمی فرمولاسیون |
| محدوده سختی | گریدهای قالب‌گیری شده رایج از لاستیک بسیار نرم تا لاستیک سفت موجود است. | طیف بسیار وسیعی، از فوم انعطاف‌پذیر و الاستومر نرم گرفته تا سیستم‌های سفت و سخت |
| قرار گرفتن در معرض فضای باز | معمولاً در برابر اشعه ماوراء بنفش و ازن قوی است | به شدت به شیمی آروماتیک یا آلیفاتیک و بسته تثبیت کننده بستگی دارد |
| خدمات مرطوب | جذب آب کم، اما طراحی پیوند هنوز اهمیت دارد | گریدهای پلی‌اتر معمولاً در مقایسه با گریدهای پلی‌استر، مقاومت بهتری در برابر هیدرولیز دارند. |
| در حال پردازش | قالب‌گیری فشاری/انتقالی HCR، قالب‌گیری تزریقی LSR، اکستروژن، پوشش‌دهی | الاستومر ریخته‌گری شده، RIM، فوم، پوشش، چسب، قالب‌گیری تزریقی یا اکستروژن TPU |
| جهت هزینه | معمولاً هزینه مواد بالاتر است | اغلب پایین‌تر است، اما ابزارآلات، ضایعات، عملیات ثانویه و عمر مفید می‌توانند این مقایسه را معکوس کنند. |
اینها گرایش‌های مربوط به خانواده مواد هستند. آنها مقادیر تضمین‌شده‌ای نیستند. یک لاستیک سیلیکونی پر شده با غلظت بالا و یک پلی‌اورتان پلی‌استر ریخته‌گری شده را نباید طوری مقایسه کرد که گویی هر کدام نماینده کل خانواده پلیمری خود هستند.
چه زمانی باید سیلیکون را انتخاب کنید؟
زمانی که کاربرد تحت تأثیر چرخه حرارتی، شرایط آب و هوایی بیرونی، انعطاف‌پذیری در دمای پایین یا نیروی آب‌بندی طولانی مدت قرار دارد، سیلیکون را انتخاب کنید.
افراط دما و چرخه حرارتی
بسیاری از الاستومرهای سیلیکونی با کاربرد عمومی برای کارکرد طولانی در حدود -45°C تا 200°C مشخص شده‌اند، در حالی که گریدهای خاص ممکن است محدوده‌های باریک‌تر یا وسیع‌تری داشته باشند. شرکت داو، -45°C تا 200°C را به عنوان یک محدوده مفید بلندمدت برای یک الاستومر سیلیکونی SYLGARD فهرست می‌کند و هشدار می‌دهد که اعتبارسنجی در سطح قطعه هنوز در نزدیکی این محدوده‌ها مورد نیاز است. شرکت راجرز، -55°C تا 200°C را برای محدوده سیلیکون سلولی BISCO خود فهرست می‌کند.
مسئله مهم بالاترین دمای چاپ شده روی بروشور نیست. مسئله مهم این است که پس از صدها چرخه حرارتی، در حالی که قطعه فشرده، کشیده یا در معرض سیال باقی می‌ماند، چه اتفاقی می‌افتد. سختی، ازدیاد طول، مانایی فشاری، چسبندگی و خواص الکتریکی ممکن است با سرعت یکسانی پیر نشوند.
پلی اورتان می‌تواند گرما را تحمل کند، اما محدوده قابل استفاده آن بسته به شیمی به شدت متفاوت است. شورای شیمی آمریکا خاطرنشان می‌کند که تخریب حرارتی غیر شعله‌ور برخی از محصولات پلی اورتان ممکن است در حدود ۱۵۰ تا ۱۸۰ درجه سانتیگراد شروع شود. این یک هشدار تخریب است، نه یک محدوده عملیاتی توصیه شده. محدودیت‌های استفاده مداوم برای یک درجه خاص پلی اورتان معمولاً بسیار پایین‌تر است و باید از برگه اطلاعات فنی آن گرفته شود.
اشعه ماوراء بنفش، ازن و هوازدگی در فضای باز
سیلیکون معمولاً گزینه کم‌خطرتری برای درزگیرهای در معرض دید، اجزای روشنایی، محفظه‌های فضای باز و اتصالات شیشه است. اسکلت سیلیکون-اکسیژن آن، مقاومت بالایی در برابر اشعه ماوراء بنفش و ازن ایجاد می‌کند. شرکت داو، درزگیر سیلیکونی ساختاری را مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش، گرما، رطوبت، ازن و دماهای بسیار بالا توصیف می‌کند.
پلی‌یورتان به یک سوال مشخص‌تر نیاز دارد: آیا سیستم آروماتیک است یا آلیفاتیک، و چه پایدارکننده‌ها یا پوشش‌هایی از آن محافظت می‌کنند؟ پلی‌یورتان آروماتیک می‌تواند در معرض اشعه ماوراء بنفش تغییر رنگ دهد. تغییر رنگ همیشه به معنای خرابی مکانیکی فوری نیست، اما برای اجزای قابل مشاهده مهم است و می‌تواند نشان دهنده پیری سطح باشد. سیستم‌های آلیفاتیک معمولاً با هزینه فرمولاسیون بالاتر، پایداری رنگ را بهبود می‌بخشند.
تیم‌ها اغلب مقاومت در برابر هوازدگی را دست کم می‌گیرند زیرا داده‌های کششی اولیه قابل قبول به نظر می‌رسند. تفاوت واقعی پس از ماه‌ها قرار گرفتن در معرض نور خورشید، رطوبت و حرکت حرارتی ظاهر می‌شود. یک غلتک صنعتی مشکی و یک درزگیر خارجی سفید، معیارهای پذیرش یکسانی ندارند.
آب‌بندی طولانی‌مدت و بازیابی فشاری
برای واشرهای استاتیک که در معرض گرما قرار دارند، سیلیکون اغلب نیروی آب‌بندی را بهتر از پلی اورتان با کاربرد عمومی حفظ می‌کند. مانایی کم فشار اهمیت دارد زیرا یک واشر می‌تواند سالم به نظر برسد و همچنان فشار تماس را از دست بدهد.
اعداد فشردگی به راحتی قابل سوءاستفاده هستند. ASTM D395 برای لاستیک جامد و ASTM D3574 برای مواد سلولی از نمونه‌ها و رویه‌های مختلفی استفاده می‌کنند. دما، درصد فشردگی، زمان بازیابی و ضخامت نمونه، همگی نتیجه را تغییر می‌دهند. مقادیر را فقط زمانی مقایسه کنید که شرایط آزمایش مطابقت داشته باشند.
برای واشر کابینت یا محفظه باتری، ما چیزی بیش از نیروی فشرده‌سازی اولیه را بررسی می‌کنیم. ما همچنین تلرانس شکاف، فشرده‌سازی هدف، آزادسازی نیرو، بار بسته شدن و بازیابی پس از فرسودگی را بررسی می‌کنیم. فشرده‌سازی بیش از حد یک واشر نرم می‌تواند عمر مفید آن را حتی زمانی که خود ماده مناسب است، کاهش دهد.
پاکیزگی، زیست سازگاری و کاربردهای تماس با مواد غذایی
سیلیکون به طور گسترده برای موارد زیر استفاده می‌شود: محصولات کودک, ، ظروف آشپزخانه، اجزای پزشکی، لوله و شیرآلات، زیرا گریدهای مناسب می‌توانند مقاومت در برابر حرارت، انعطاف‌پذیری و قالب‌گیری تمیز را با هم ترکیب کنند. این ویژگی، هر گرید سیلیکونی را منحصر به فرد نمی‌کند. ایمن برای غذا یا درجه پزشکی.
انطباق با استانداردها به دامنه دقیق آزمایش ترکیب و قطعه نهایی مربوط می‌شود. FDA 21 CFR 177.2600، توصیه‌های LFGB، USP Class VI و ISO 10993 به سوالات مختلفی پاسخ می‌دهند. رنگدانه‌ها، شرایط پس از پخت، عوامل رهاسازی قالب، چسب‌ها و چاپ می‌توانند قطعه نهایی را تغییر دهند. قبل از تأیید مواد، درخواست اظهارنامه ترکیب و گزارش آزمایش مربوطه را داشته باشید.
چه زمانی باید پلی اورتان را انتخاب کنید؟
زمانی که قطعه دچار سایش لغزشی، تماس غلتشی، ضربه، بار زیاد یا سطحی از سختی می‌شود که سیلیکون نمی‌تواند به طور موثر آن را فراهم کند، پلی اورتان را انتخاب کنید.
مقاومت در برابر سایش، برش و پارگی
پلی اورتان معمولاً کاندیدای قوی‌تری برای چرخ‌ها، غلتک‌ها، اسکریپرها، اجزای محرک، پدهای محافظ، قطعات معدن و اجزای جابجایی مواد است. شورای شیمی آمریکا سایش، ضربه، بریدگی، پارگی، روغن‌ها و حلال‌ها را از جمله خواص موجود برای الاستومرهای پلی اورتان ذکر کرده است. BASF همچنین پلی اورتان را برای چرخ‌های صنعتی قرار می‌دهد که در آن ظرفیت تحمل بار و مقاومت در برابر سایش، عملکرد را کنترل می‌کنند.
این مزیت تئوری نیست. در تماس مکرر، سطح سیلیکون ممکن است در لبه صیقل داده شود، شکاف بردارد یا پاره شود در حالی که قطعه پلی اورتان همچنان بار را تحمل می‌کند. شکست اغلب از یک علامت دروازه، گوشه تیز، سطح مشترک پیوند خورده یا تمرکز تنش موضعی شروع می‌شود، نه از وسط یک نمونه کششی استاندارد.
میزان سایش را با یک روش آزمایش مانند DIN 53516 یا ASTM D5963 مشخص کنید. عبارتی مانند “مقاومت عالی در برابر سایش” برای مقایسه با تأمین‌کننده کافی نیست.
رفتار تحمل بار و ضربه
پلی‌یورتان می‌تواند با استحکام کششی، مقاومت پارگی و ظرفیت تحمل بار بالا فرموله شود و در عین حال خاصیت ارتجاعی خود را حفظ کند. این ویژگی، آن را برای سپرها، کمک‌فنرها، چرخ‌ها، کوپلینگ‌ها و اجزای محافظ مفید می‌کند.
سختی به تنهایی این رفتار را توصیف نمی‌کند. دو ماده در Shore A 80 می‌توانند مدول، برگشت، هیسترزیس، مقاومت پارگی و تجمع گرما متفاوتی داشته باشند. برای یک چرخ دینامیکی، به بار، سرعت، چرخه کاری، طراحی توپی، دمای عملیاتی و رفتار نقطه تخت قابل قبول نیاز داریم. یک ترکیب سخت‌تر می‌تواند ظرفیت بار را افزایش دهد اما ارتعاش بیشتری را منتقل می‌کند و گرمای داخلی متفاوتی تولید می‌کند.
سختی گسترده و گزینه‌های پردازش
پلی‌یورتان، الاستومرهای ریخته‌گری شده، فوم‌های انعطاف‌پذیر و سخت، پوشش‌ها، چسب‌ها، درزگیرها و پلی‌یورتان ترموپلاستیک را پوشش می‌دهد. این محدوده به مهندسان اجازه می‌دهد تا سختی، چگالی، برگشت‌پذیری، میرایی و مسیر پردازش را به طور گسترده‌تری نسبت به یک برنامه استاندارد لاستیک سیلیکونی تنظیم کنند.
مسئله، حساسیت فرمولاسیون است. “پلی‌اورتان” یک ماده نیست. بخش‌های نرم پلی‌استر، پلی‌اتر و پلی‌کربنات رفتار متفاوتی دارند. شیمی ایزوسیانات همچنین بر پایداری در برابر اشعه ماوراء بنفش، رفتار مکانیکی و فرآوری تأثیر می‌گذارد. جایگزینی تأمین‌کننده که فقط سختی Shore را ثابت نگه می‌دارد، همچنان می‌تواند عمر مفید را تغییر دهد.
قابلیت رنگ‌آمیزی و چسبندگی
برای اتصالات ساختمانی و مونتاژهایی که نیاز به رنگ‌آمیزی دارند، درزگیر پلی‌یورتان اغلب راحت‌تر قابل استفاده است. رنگ‌آمیزی بسیاری از سطوح سیلیکونی دشوار است و پیوند زدن دشوار بدون عملیات پلاسما، پرایمر یا چسب مخصوص سیلیکون.
این را به “پیوندهای بهتر با پلی‌یورتان” تعمیم ندهید. چسبندگی به زیرلایه، انرژی سطح، آلودگی، پرایمر، حرکت اتصال، شرایط پخت و شیمی چسب بستگی دارد. شیشه، آلومینیوم آنودایز شده، فلز رنگ شده، ABS، نایلون و پلی‌پروپیلن بدون پوشش نیاز به اعتبارسنجی متفاوتی دارند.
گرما، آب و مواد شیمیایی چگونه تصمیم را تغییر می‌دهند؟
پاسخ صحیح به زمان قرار گرفتن در معرض، غلظت، دما و فشار مکانیکی بستگی دارد. آزمایش پاک کردن کوتاه در دمای اتاق، غوطه‌وری مداوم در دمای 80 درجه سانتیگراد را پیش‌بینی نمی‌کند.
آب و هیدرولیز
سیلیکون جذب آب کمی دارد و معمولاً در محیط‌های مرطوب یا خیس عملکرد خوبی دارد. عملکرد پلی‌یورتان به شدت به شیمی بخش نرم آن بستگی دارد. پلی‌یورتان پلی‌اتر معمولاً مقاومت هیدرولیز بهتری نسبت به پلی‌یورتان پلی‌استر دارد. گریدهای پلی‌استر ممکن است خواص مکانیکی و مقاومت در برابر روغن قوی ارائه دهند، اما در معرض طولانی مدت آب گرم یا رطوبت بالا، استحکام خود را از دست می‌دهند.
این مورد اغلب نادیده گرفته می‌شود زیرا هر دو گرید ممکن است از خیساندن کوتاه مدت در دمای اتاق جان سالم به در ببرند. هیدرولیز با گرما تسریع می‌شود. برای قطعات پلی اورتان در شرایط مرطوب، پس از یک شرایط پیرسازی توافق شده، حفظ کشش، حفظ ازدیاد طول، تغییر سختی و تغییر ابعادی را درخواست کنید.
روغن‌ها، سوخت‌ها، حلال‌ها، اسیدها و قلیاها
هیچ‌کدام از خانواده‌های پلیمری در همه چیز برنده نیستند قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی. سیلیکون می‌تواند در برخی سوخت‌ها، روغن‌ها و حلال‌های غیرقطبی متورم شود. پلی‌یورتان ممکن است در برابر روغن‌ها و سایش به خوبی مقاومت کند، اما اسیدهای غلیظ یا محلول‌های قلیایی می‌توانند به برخی از گریدها حمله کنند. BASF خاطرنشان می‌کند که مقاومت شیمیایی پلی‌یورتان با زمان قرار گرفتن در معرض، دما، غلظت و نوع ماده شیمیایی تغییر می‌کند و تخریب می‌تواند پس از تورم و تجزیه زنجیره مولکولی رخ دهد.
از آزمایش غوطه‌وری بر اساس ASTM D471 یا یک استاندارد کاربردی مرتبط استفاده کنید. تغییر حجم، تغییر جرم، سختی، استحکام کششی و وضعیت ظاهری را ثبت کنید. ترکیب رنگی واقعی را آزمایش کنید، نه فقط پلیمر پایه را.
کدام ماده برای قطعات قالب‌گیری شده بهتر است؟
هندسه و حجم قطعه می‌تواند مسیر تولید را قبل از نمودار ویژگی‌ها تعیین کند.
روش‌های قالب‌گیری سیلیکونی
لاستیک سیلیکونی با غلظت بالا بسته به ترکیب و هندسه، می‌تواند به صورت قالب‌گیری فشاری، قالب‌گیری انتقالی، اکسترود یا قالب‌گیری تزریقی باشد. لاستیک سیلیکون مایع از یک سیستم اندازه‌گیری دو جزئی، یک راهگاه سرد و یک قالب گرم شونده استفاده می‌کند. LSR برای قطعات با حجم بالا، مقاطع نازک، دمولد خودکار و روقالب‌گیری، زمانی که ابزار و زیرلایه برای آن طراحی شده باشند، به خوبی عمل می‌کند.
ابزار سیلیکونی باید پلیسه را در خط جدایش و منافذ کنترل کند. LSR با ویسکوزیته پایین می‌تواند وارد شکاف‌های بسیار کوچک شود. بنابراین، تناسب ابزار، خلاء، فشار تزریق و پایداری گیره، بیش از آنچه که یک مقایسه کلی مواد نشان می‌دهد، بر پلیسه تأثیر می‌گذارند.
روش‌های قالب‌گیری پلی‌یورتان
پلی اورتان ریخته‌گری شده برای حجم‌های کم تا متوسط، مقاطع ضخیم، غلتک‌ها، چرخ‌ها و قطعات بزرگ الاستومری مفید است. قالب‌گیری تزریقی واکنشی از قطعات بزرگتر و اشکال پیچیده پشتیبانی می‌کند. TPU را می‌توان با تجهیزات ترموپلاستیک قالب‌گیری تزریقی یا اکسترود کرد.
کنترل رطوبت برای بسیاری از سیستم‌های پلی‌یورتان بسیار مهم است. پلی‌یول‌ها، پیش پلیمرها، پرکننده‌ها، قالب‌ها و هوای محیط می‌توانند آب را وارد کنند. آب با ایزوسیانات واکنش می‌دهد و می‌تواند دی اکسید کربن، حباب، حفره یا خواص متناقض ایجاد کند. بنابراین خشک کردن، نسبت اختلاط، گاززدایی، دمای قالب و عملیات پس از پخت در مشخصات فرآیند قرار می‌گیرند.
آیا سیلیکون گران‌تر از پلی اورتان است؟
سیلیکون معمولاً قیمت مواد بالاتری دارد، اما قیمت قطعه را نمی‌توان صرفاً از روی خانواده پلیمر پیش‌بینی کرد.
| محرک هزینه | تاثیر سیلیکون | تاثیر پلی اورتان |
|---|---|---|
| مواد اولیه | معمولاً بالاتر | اغلب پایین‌تر، با تغییرات زیاد در شیمی |
| ابزار سازی | ممکن است برای کنترل فلش LSR به ابزار دقیق نیاز باشد | ابزار ریخته‌گری می‌تواند در حجم کمتر مقرون به صرفه باشد؛ ابزار تزریق TPU ممکن است با پلاستیک قابل مقایسه باشد |
| چرخه و درمان | LSR می‌تواند از چرخه‌های خودکار سریع پشتیبانی کند؛ HCR ممکن است نیاز به پخت ثانویه داشته باشد. | سیستم‌های ریخته‌گری ممکن است نیاز به پخت و پس از پخت کنترل‌شده داشته باشند؛ TPU می‌تواند چرخه‌های ترموپلاستیک را طی کند. |
| ضایعات و دوباره کاری | سیلیکون ترموست قابل ذوب مجدد نیست | پلی‌یورتان ترموست قابل ذوب مجدد نیست؛ اسپروهای TPU با رعایت محدودیت‌های کیفی، قابل بازیافت هستند. |
| عملیات ثانویه | ممکن است به پلاسما، پرایمر یا چسب مخصوص نیاز باشد | ممکن است هنوز به عملیات سطحی یا پرایمر نیاز باشد؛ قابلیت رنگ‌آمیزی می‌تواند پیچیدگی ثانویه را کاهش دهد |
| عمر مفید | می‌تواند قیمت را در کاربردهای آب‌بندی گرم، فضای باز یا طولانی مدت جبران کند | می‌تواند قیمت را در کاربردهای سایشی، ضربه‌ای یا بار زیاد جبران کند |
مقایسه صحیح، هزینه کل قطعه در طول عمر مفید مورد نیاز است. یک واشر ارزان‌تر که نیروی آب‌بندی را زود از دست می‌دهد، ارزان‌تر نیست. یک غلتک سیلیکونی مرغوب که در تماس با مواد ساینده به سرعت ساییده می‌شود نیز خرید خوبی نیست.
یک روش عملی برای انتخاب سیلیکون در مقابل پلی اورتان
از محدودیت کاربردی که باعث اولین شکست غیرقابل قبول می‌شود، استفاده کنید.
- دمای پیوسته و دمای اوج، شامل تعداد چرخه‌ها و زمان توقف را تعریف کنید.
- بار استاتیک، بار دینامیکی، فشردگی، سرعت لغزش و فرکانس ضربه را ثبت کنید.
- مایعات را با غلظت، دما و مدت زمان قرار گرفتن در معرض آنها فهرست کنید.
- میزان قرارگیری در معرض نور در فضای باز، اشعه ماوراء بنفش، ازن، رطوبت و ظاهر مورد نیاز را تعریف کنید.
- محدودیت‌های قابل اندازه‌گیری برای مانایی فشاری، افت سایشی، حفظ کشش، تغییر سختی، تورم و تغییر رنگ تعیین کنید.
- خانواده و درجه ماده را تنها پس از تطبیق روش آزمایش با حالت شکست انتخاب کنید.
- قطعات قالب‌گیری شده از فرآیند مورد نظر را اعتبارسنجی کنید. پلاک‌ها و برگه‌های اطلاعات تامین‌کننده، ورودی‌ها، نواحی جوش، خطوط گره، درج‌های پیوندی یا تغییرات تولید را نشان نمی‌دهند.
قبل از نقل قول چه اطلاعاتی لازم است؟
برای توصیه مفید در مورد جنس، نقشه، حجم سالانه، هدف سختی، محدوده دما، شرایط بارگذاری، قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی، طول عمر مورد نیاز، رنگ، محدوده انطباق و حالت خرابی فعلی را ارسال کنید. اگر قطعه‌ای موجود در حال تعویض است، درجه جنس و گزارش‌های آزمایش آن را نیز ضمیمه کنید.
سیلیکون به طور پیش‌فرض برای گرما، مقاومت در برابر آب و هوا و آب‌بندی طولانی مدت، گزینه قوی‌تری است. پلی‌یورتان به طور پیش‌فرض برای سایش، ضربه و بار، گزینه قوی‌تری است. تصمیم نهایی به گرید، هندسه، فرآیند و شرایط اعتبارسنجی بستگی دارد - نه نام پلیمر.
