سیلیکون اغلب به عنوان سبک، ضد آب و آبگریز توصیف میشود. این اصطلاحات به راحتی با هم اشتباه گرفته میشوند. چگالی معمول سیلیکون جامد حدود ۱.۰۵ تا ۱.۶۰ گرم بر سانتیمتر مکعب است، بنابراین بیشتر قطعات سیلیکونی بدون فوم در آب فرو میروند. آبگریزی به پخش شدن قطرات آب روی سطح کمک میکند، اما هر طراحی سیلیکونی را ضد نشت یا نفوذناپذیر نمیکند.
برای طراحی محصول، سه سوال جداگانه اهمیت دارند: چگالی ترکیب، چگالی متوسط قطعه کامل و نحوه تعامل آب با سطح و هندسه آببندی.
چگالی سیلیکون معمولی چقدر است؟
چگالی یک ترکیب لاستیک سیلیکونی پخته شده، جرم آن تقسیم بر حجم آن است. این چگالی معمولاً بر حسب گرم بر سانتیمتر مکعب، کیلوگرم بر متر مکعب یا به صورت وزن مخصوص گزارش میشود.
برای بسیاری از جامدات ترکیبات HCR و ترکیبات LSR, ، یک محدوده شروع عملی عبارت است از ۱.۰۵–۱.۶۰ گرم بر سانتیمتر مکعب. WACKER این محدوده را برای لاستیک سیلیکونی گزارش میدهد و خاطرنشان میکند که پرکنندههای غیرفعال اضافی مانند کوارتز میتوانند چگالی را تا حدود ... افزایش دهند. ۱.۷۵ گرم بر سانتیمتر مکعب. ترکیبات تخصصی منفرد میتوانند خارج از این محدوده قرار گیرند، بنابراین برگه اطلاعات مواد تایید شده همچنان مقدار کنترلکننده باقی میماند.
| جنس یا ساختار سیلیکونی | محدوده چگالی عملی | تمایل به شناوری در آب شیرین | دلیل اصلی تنوع |
|---|---|---|---|
| لاستیک سیلیکونی جامد همه منظوره | ۱.۰۵–۱.۳۰ گرم بر سانتیمتر مکعب | معمولاً غرق میشود | پلیمر، سیلیس تقویتکننده، رنگدانه و افزودنیها |
| ترکیب سیلیکونی بسیار پر شده | ۱.۳۰ تا ۱.۷۵ گرم بر سانتیمتر مکعب | سینکها | کوارتز، اکسید فلز یا سایر پرکنندههای با چگالی بالا |
| فلوروسیلیکون یا ترکیب ویژه | مخصوص هر مقطع تحصیلی | معمولاً غرق میشود | بسته بندی پلیمری و پرکننده های مختلف |
| فوم سیلیکونی یا اسفنج | اغلب کمتر از ۱.۰ گرم بر سانتیمتر مکعب | ممکن است شناور باشد | ساختار سلولی بسته یا باز |
| قطعه سیلیکونی قالبگیری شده توخالی | بستگی به جرم کل و حجم جابجا شده دارد | ممکن است شناور باشد | هوای محبوس شده، چگالی متوسط قطعه را کاهش میدهد. |
اینها محدودههای طراحی هستند، نه محدودیتهای بازرسی ورودی. برای خرید و کنترل کیفیت، چگالی نشان داده شده در TDS تأیید شده را مشخص کنید و روش آزمایش را تعریف کنید.
آیا چگالی و وزن مخصوص یکسان هستند؟
آنها از نزدیک مرتبط هستند اما یکسان نیستند.
تراکم جرم در واحد حجم است. وزن مخصوص نسبت چگالی یک ماده به چگالی آب در دمای مشخص است. از آنجا که چگالی آب نزدیک به ۱.۰۰ گرم بر سانتیمتر مکعب است، مقادیر عددی اغلب وقتی چگالی بر حسب گرم بر سانتیمتر مکعب بیان میشود، مشابه هستند.
بنابراین، یک ترکیب سیلیکونی با چگالی ۱.۲۰ گرم بر سانتیمتر مکعب، در شرایط آزمایش معمولی، وزن مخصوصی نزدیک به ۱.۲۰ دارد.
برای قطعات سیلیکونی جامد، روشهای اندازهگیری رایج عبارتند از:
- ASTM D792 برای چگالی و وزن مخصوص با جابجایی
- روش الف ISO 1183-1 برای اندازهگیری غوطهوری
- ASTM D297 روشهای مورد استفاده برای محصولات و ترکیبات لاستیکی
روش، شرایط نمونه، دما و وجود حبابهای محبوس شده بر نتیجه تأثیر میگذارند. مقایسه دادههای تأمینکننده بدون بررسی روش میتواند تفاوت کاذب ایجاد کند.
آیا سیلیکون روی آب شناور میماند؟
بیشتر لاستیکهای سیلیکونی جامد و بدون فوم به دلیل چگالی بالاتر از چگالی آب شیرین، در آب فرو میروند.
شرط اساسی این است:
- اگر چگالی متوسط قطعات برابر باشد با زیر ۱.۰۰ گرم بر سانتیمتر مکعب, ، این قطعه میتواند در آب شیرین شناور بماند.
- اگر چگالی متوسط قطعات برابر باشد با بالای ۱.۰۰ گرم بر سانتیمتر مکعب, قطعه فرو میرود مگر اینکه هندسه آن هوای کافی را به دام بیندازد.
- در آب شور، چگالی مایع بیشتر است، بنابراین همان قسمت نیروی شناوری کمی بیشتری دریافت میکند.
SIMTEC چگالی معمول LSR را گزارش میدهد. ۱.۱۰–۱.۵۰ گرم بر سانتیمتر مکعب و اشاره میکند که بنابراین LSR جامد فرو میرود. نکته مهم این است جامد. یک اسباببازی حمام توخالی، شناور آببندیشده یا مجموعه قالبگیریشده حتی زمانی که پوسته سیلیکونی آن چگالتر از آب باشد، ممکن است روی آب شناور بماند.
مثال سیلیکون جامد
یک قطعه سیلیکونی جامد دارای موارد زیر است:
- حجم: ۱۰۰ سانتیمتر مکعب
- چگالی ترکیب: ۱.۲۰ گرم بر سانتیمتر مکعب
- جرم: ۱۰۰ × ۱.۲۰ = ۱۲۰ گرم
وقتی کاملاً در آب فرو میرود، حدود ۱۰۰ گرم آب شیرین را جابجا میکند. وزن این قسمت بیشتر از آب جابجا شده است، بنابراین غرق میشود.
مثال سیلیکون توخالی
فرض کنید یک قطعه آببندی شده ۷۰ گرم وزن دارد و بر اساس حجم خارجی خود ۱۵۰ سانتیمتر مکعب آب را جابجا میکند.
چگالی متوسط قطعات = ۷۰ ÷ ۱۵۰ = ۰.۴۷ گرم بر سانتیمتر مکعب
حفره هوای آببندیشده، چگالی کل مجموعه را به کمتر از چگالی آب کاهش میدهد، بنابراین قطعه میتواند شناور شود. اگر حفره نشت کند و با آب پر شود، این مزیت از بین میرود.
وزن یک قطعه سیلیکونی چقدر است؟
از چگالی ترکیب نهایی استفاده کنید، نه از یک مقدار سیلیکون عمومی.
جرم = حجم × چگالی
برای ابعاد به میلیمتر:
جرم (گرم) = حجم (میلیمتر مکعب) ÷ ۱۰۰۰ × چگالی (گرم بر سانتیمتر مکعب)
یک پد سیلیکونی مستطیلی شکل به ابعاد ۱۰۰ × ۵۰ × ۵ میلیمتر، حجمی معادل ۲۵۰۰۰ میلیمتر مکعب یا ۲۵ سانتیمتر مکعب دارد. با چگالی ۱.۲۰ گرم بر سانتیمتر مکعب، جرم تخمینی آن برابر است با:
۲۵ × ۱.۲۰ = ۳۰ گرم
| ورودی | مقدار مثال | ریسک تدارکات در صورت فرض |
|---|---|---|
| حجم خالص قالبگیری شده | ۲۵ سانتیمتر مکعب | حجم CAD ممکن است شامل دندهها، دروازهها یا اینسرتها نباشد. |
| چگالی مرکب | ۱.۲۰ گرم بر سانتیمتر مکعب | یک فرمول جایگزین، وزن قطعه را تغییر میدهد |
| جرم تخمینی قطعه | ۳۰ گرم | تخمین بستهبندی و حمل و نقل میتواند در سفارشهای بزرگ متفاوت باشد |
| مقدار سفارش | ۱۰۰۰۰۰ قطعه | خطای ۲ گرم در طول محموله به ۲۰۰ کیلوگرم تبدیل میشود |
این محاسبه برای تعیین قیمت و تخمین بستهبندی مفید است. محدودیتهای نهایی وزن قطعه باید از نمونههای معتبر گرفته شود زیرا پلیسه، وزن قطعه، رنگدانه، میزان پرکننده و تغییرات قالبگیری در قطعه نهایی باقی میمانند.
چه چیزی چگالی سیلیکون را تغییر میدهد؟
چگالی سیلیکون وابسته به فرمولاسیون است و تنها توسط نام پلیمر کنترل نمیشود.
پرکنندههای تقویتکننده و غیرفعال
سیلیس دودی یا رسوبی، پلیمر را تقویت میکند. کوارتز و سایر پرکنندههای معدنی میتوانند چگالی را بیشتر افزایش دهند. یک آمیزهساز ممکن است از پرکنندهها برای تنظیم سختی، مقاومت در برابر پارگی، رئولوژی، رفتار الکتریکی، مقاومت در برابر تورم یا هزینه استفاده کند. سختی شور A بنابراین میتوان با بستههای فرمولاسیون مختلف و چگالیهای مختلف به آن دست یافت.
رنگدانهها و افزودنیهای کاربردی
مستربچ رنگی معمولاً تغییر کمتری نسبت به بارگذاری زیاد پرکننده ایجاد میکند، اما این اثر زمانی قابل اندازهگیری است که تلرانسهای وزنی قطعه محدود باشد. افزودنیهای مقاوم در برابر شعله، رسانای حرارتی، رسانای الکتریکی یا رادیواپک میتوانند چگالی را به طور قابل توجهی تغییر دهند.
هوا، حفرهها و ساختار سلولی
سیلیکون فومی حاوی سلولهای گازی است و ممکن است چگالی حجمی کمتر از 1.00 گرم بر سانتیمتر مکعب داشته باشد. حفرههای ناخواسته نیز میتوانند چگالی اندازهگیری شده یک نمونه را کاهش دهند، اما این یک سیگنال نقص است و نه یک مسیر معتبر برای کاهش وزن.
کنترل پخت و فرآیند
شرایط پخت معمولاً تأثیر کمتری بر چگالی نسبت به فرمولاسیون دارد، اما خطاهای اختلاط، نسبت نادرست A:B برای LSR، آلودگی یا هوای محبوس شده میتواند مقادیر اندازهگیری شده را تغییر دهد. بنابراین، چگالی به عنوان یک بررسی غربالگری سریع مفید است، نه به عنوان مدرکی مبنی بر صحت هر ویژگی مکانیکی یا انطباق.
آیا سیلیکون آبگریز است؟
سیلیکون مبتنی بر PDMS بدون عملیات حرارتی ذاتاً آبگریز است زیرا گروههای متیل در سطح کم انرژی آن جهتگیری میکنند. آب به جای پخش شدن روی سطح، تمایل به تشکیل دانههای ریز دارد. ورق سیلیکونی.
زاویه تماس آب که معمولاً برای PDMS تصفیه نشده گزارش میشود، حدود ... است. ۱۰۰–۱۲۰ درجه. اندازهگیریهای منتشر شده بسته به فرمولاسیون، زبری سطح، تمیزی، روش قطرهگذاری و شرایط محیطی متفاوت است. زاویه تماس بالای ۹۰ درجه عموماً نشاندهنده رفتار ترشوندگی آبگریز است.
آبگریزی، برهمکنش سطح با یک قطره آب را توصیف میکند. این مفهوم، رفتار کامل یک محصول قالبگیری شده را توصیف نمیکند.
| ویژگی | چه چیزی را اندازه گیری می کند | چه چیزی را ثابت نمیکند |
|---|---|---|
| زاویه تماس آب | ترشوندگی سطح | مقاومت نشتی یک مجموعه |
| جذب آب | افزایش جرم پس از مواجهه مشخص | رفتار دانهبندی سطحی |
| نفوذپذیری بخار آب | انتقال رطوبت از طریق مواد | مقاومت در برابر نشت آب مایع در محل اتصال |
| رتبهبندی IP | حفاظت محفظه تحت یک آزمایش تعریف شده | عملکرد جهانی در هر فشار و مدت زمانی |
عملیات سطحی نیز نتیجه را تغییر میدهد. پلاسمای اکسیژن یا عملیات کرونا میتواند به طور موقت PDMS را آبدوستتر کند تا اتصال، پوشش یا ترشوندگی میکروفلوئیدیک بهبود یابد. سپس سطوح سیلیکونی میتوانند با گذشت زمان دچار بازیابی آبگریزی شوند. بنابراین، آزمایشهای اتصال باید زمان مجاز بین عملیات و اعمال چسب را تعریف کنند.
آیا سیلیکون ضد آب است؟
یک قطعه سیلیکونی پیوسته معمولاً در برابر آب مایع مقاوم است، اما “ضد آب” یک ادعای سیستمی است و نه یک ویژگی ماده اولیه.
یک واشر قالبگیری شده هنوز هم میتواند نشت کند وقتی که:
- فشرده سازی خیلی کم یا ناهموار است.;
- خط جدایش از سطح آببندی عبور کند؛;
- برقزدگی، خطوط گرهخورده، گرد و غبار یا آسیب سطحی، مسیر نشتی ایجاد میکنند.;
- مجموعه فشرده سازی، نیروی آب بندی را در چرخه های حرارتی مکرر کاهش می دهد.;
- محفظه تحت فشار خم میشود؛;
- طراحی اتصال به چسبی متکی است که سیلیکون تصفیه نشده را خیس نمیکند؛;
- محفظه در فشار یا مدت زمانی خارج از مرز طراحی خود آزمایش میشود.
تیمها اغلب آبگریزی را بیش از حد ارزیابی میکنند، زیرا رگههای آب قابل مشاهده، به عنوان مدرکی دال بر عملکرد آببندی به نظر میرسند. در تولید، مسیر نشت معمولاً در سطح مشترک است، نه از طریق مرکز یک بخش سیلیکونی سالم.
برای یک محفظه، الزامات واقعی را تعریف کنید: قرار گرفتن در معرض پاشش آب، غوطهوری مداوم، فشار هیدرواستاتیک، بخار، آب شور، مواد شیمیایی تمیزکننده یا تست IP. این شرایط قابل تعویض نیستند.
سیلیکون چقدر آب جذب میکند؟
لاستیک سیلیکونی عموماً جذب آب کمی دارد، اما نباید یک مقدار جهانی مانند “زیر 0.5%” برای هر ترکیبی اعمال شود.
پایگاههای داده منتشر شده شامل طیف گستردهای هستند زیرا لاستیک متراکم، فوم، فرمولاسیونهای ویژه، ضخامتهای مختلف نمونه و شرایط مختلف قرارگیری در معرض آب را ترکیب میکنند. بنابراین، جذب آب باید به یک درجه و روشی مانند ... مرتبط باشد. ASTM D570 یا ایزو ۶۲, ، با ذکر مدت زمان و دما.
برای مشخصات واقعی، درخواست دهید:
- عیار آزمایششده و شرایط پخت؛;
- ضخامت نمونه؛;
- زمان غوطهوری و دمای آب؛;
- درصد تغییر جرم؛;
- تغییر ابعادی، اگر تلرانسهای دقیق مهم باشند؛;
- حفظ خواص الکتریکی یا مکانیکی پس از شرایط مناسب.
جذب کم آب همچنین به معنای عدم انتقال بخار آب نیست. سیلیکون نسبتاً زیاد است نفوذپذیری گاز و بخار در مقایسه با بسیاری از الاستومرهای آلی متراکم. این برای غشاهای قابل تنفس مفید است اما میتواند در بستهبندیهای مانع رطوبت یا محفظههای حسگر محدودیت ایجاد کند.
خریداران چگونه باید چگالی سیلیکون را مشخص کنند؟
از چگالی به عنوان یک ویژگی کنترلشده در مشخصات کامل ماده استفاده کنید.
| مورد مشخصات | الزامات عملی |
|---|---|
| درجه مواد | کد ترکیبی دقیق و تامین کننده |
| سیستم درمانی | پلاتین، پراکسید یا سیستم خاص درجه |
| چگالی یا وزن مخصوص | مقدار اسمی و تلرانس از TDS تایید شده |
| روش آزمون | ASTM D792، ASTM D297 یا ISO 1183-1 |
| شرایط آزمایش | دما، شرایط نمونه و وضعیت پخت |
| تحمل وزن جزئی | جدا از چگالی ماده تعریف میشود |
| نیاز آبی | جذب، غوطهوری، فشار، انتقال بخار یا آزمایش IP |
| کنترل تغییر | بدون تایید، فرمولاسیون یا جایگزینی پرکننده ممنوع است |
برای پذیرش یک ترکیب سیلیکونی، تنها از چگالی استفاده نکنید. دو ماده میتوانند چگالی یکسانی داشته باشند، در حالی که از نظر استحکام کششی، مقاومت در برابر پارگی، مانایی فشاری، نیاز به پس از پخت، مواد قابل استخراج و وضعیت نظارتی متفاوت باشند.
سوالات متداول
آیا سیلیکون مخصوص مواد غذایی روی آب شناور میماند؟
وضعیت تماس با غذا، شناوری را تعیین نمیکند. اکثر قطعات سیلیکونی جامد در تماس با غذا به دلیل چگالی بالای ۱.۰۰ گرم بر سانتیمتر مکعب، غرق میشوند. یک طرح توخالی یا فومی ممکن است شناور شود.
آیا سیلیکون از آب سنگینتر است؟
بیشتر لاستیک سیلیکونی جامد در واحد حجم سنگینتر از آب شیرین است. چگالی معمول ترکیبات تقریباً 1.05 تا 1.60 گرم بر سانتیمتر مکعب است، در حالی که چگالی آب شیرین نزدیک به 1.00 گرم بر سانتیمتر مکعب است.
آیا سختی بالاتر Shore به معنای چگالی بالاتر است؟
نه لزوماً. سختی و چگالی هر دو به فرمولاسیون بستگی دارند، اما هیچ تبدیل جهانی بین آنها وجود ندارد. برای هر مقدار از TDS ترکیب استفاده کنید.
مرز طراحی
برای محاسبات وزن، حجم نهایی CAD، وزن قطعه، چگالی تایید شده ترکیب و تلرانس وزن قطعه را ارائه دهید. برای شناورسازی، جرم کل مجموعه، حجم جابجایی خارجی، روش آببندی حفره و مایع سرویس را ارائه دهید. برای مقاومت در برابر آب، فشار، زمان، دما، هندسه اتصال و آزمایش مربوطه را تعریف کنید.
بدون این ورودیها، “سیلیکون شناور است” و “سیلیکون ضد آب است” تعمیمهایی در مورد مواد هستند، نه مشخصات تولید.
