ورق‌های سیلیکونی ممکن است بادوام به نظر برسند، اما نیروهای فشاری می‌توانند بی‌سروصدا عملکرد بلندمدت آنها را کاهش دهند.
آزمایش فشردگی، میزان عدم بازگشت ورق سیلیکونی به ضخامت اولیه خود را پس از فشرده شدن برای مدت زمانی مشخص تحت شرایط خاص، اندازه‌گیری می‌کند.
من محصولاتی را دیده‌ام که پس از قالب‌گیری بی‌نقص به نظر می‌رسند اما پس از چند هفته استفاده در دنیای واقعی از کار می‌افتند. در بیشتر موارد، این به دلیل بازیابی ضعیف فشرده‌سازی است. به همین دلیل است که آزمایش تعیین میزان فشرده‌سازی بخش کلیدی فرآیند تضمین کیفیت ما است.
منظور از فشردگی در ورق‌های سیلیکونی چیست؟
این اتفاقی است که وقتی سیلیکون له می‌شود و دیگر به حالت اولیه برنمی‌گردد، می‌افتد.
مانایی فشاری، تغییر شکل دائمی یک ورق سیلیکونی پس از اعمال تنش فشاری طولانی مدت است. این نشان می‌دهد که سیلیکون چه مقدار از شکل خود را از دست می‌دهد.
وقتی یک واشر، تشک یا پد سیلیکونی را فشرده و سپس رها می‌کنید، مواد باید به ضخامت اولیه خود بازگردند. اگر این اتفاق نیفتد، به این معنی است که ورق تحت فشار قرار گرفته است. این امر به ویژه در کاربردهای آب‌بندی یا ضربه‌گیری بسیار مهم است.
در یک پروژه، ما از یک ورق بی‌کیفیت برای حلقه آب‌بندی شیشه شیر نوزاد استفاده کردیم. پس از دو هفته تحت فشار قرار گرفتن درب، حلقه صاف شد و نشت کرد. علت؟ میزان فشرده‌سازی بالا.
چرا میزان فشرده سازی در محصولات سیلیکونی مهم است؟
میزان فشرده‌سازی بالا به این معنی است که سیلیکون به مرور زمان عملکرد خود را از دست خواهد داد.
میزان فشرده‌سازی بر آب‌بندی، دوام و ایمنی محصول تأثیر می‌گذارد - به خصوص در واشرها، پدهای ضربه‌گیر و محصولات کودک تحت فشار.
اگر یک قطعه سیلیکونی فشرده باقی بماند، نمی‌تواند فشار را حفظ کند، رطوبت را مسدود کند یا ضربه را به طور موثر جذب کند. به همین دلیل است که مجموعه فشرده‌سازی در صنایعی مانند موارد زیر آزمایش می‌شود:
- خودرو - واشرها و آب‌بندها
- مراقبت از نوزاد – پلمپ بطری، دندانگیر
- پزشکی – دستگاه‌های فشار تماسی با پوست
- الکترونیک - پدهای سیلیکونی ضربه‌گیر
طبق تجربه من، حتی تغییر ۵۱TP3T در تنظیم فشار می‌تواند محصولی را که باید شش ماه یا بیشتر تحت بار دوام بیاورد، موفق یا ناموفق کند.
چگونه مجموعه فشرده سازی ورق سیلیکونی آزمایش می شود؟
این آزمایش از مراحل مشخص تعیین‌شده توسط استانداردهای ASTM پیروی می‌کند.
آزمون فشردگی با فشرده کردن یک ورق سیلیکونی در دمای تعیین‌شده برای مدت زمان مشخص و سپس اندازه‌گیری میزان بازیابی ضخامت پس از استراحت انجام می‌شود.
ما دنبال می‌کنیم ASTM D395 – روش استاندارد آزمایش برای خواص لاستیک - مجموعه فشاری. نحوه کار آن به شرح زیر است:
| مرحله | شرح |
|---|---|
| آماده‌سازی نمونه | نمونه برش داده شده (مثلاً، ضخامت ۱۲.۵ میلی‌متر × قطر ۲۹ میلی‌متر) |
| اندازه‌گیری اولیه | ضخامت اولیه (T₀) را اندازه‌گیری کنید |
| فشرده سازی | به مدت ۲۲ تا ۷۰ ساعت تا ضخامت ۷۵۱TP3T فشرده شود |
| کنترل دما | در فر با دمای ۷۰، ۱۰۰ یا ۱۲۵ درجه سانتیگراد قرار دهید. |
| دوره استراحت | بردارید و بگذارید به مدت 30 دقیقه خنک شود |
| اندازه‌گیری نهایی | اندازه‌گیری ضخامت بازیابی شده (T₁) |
| محاسبه | از فرمول زیر استفاده کنید |
مجموعه فشرده‌سازی (%) = [(T₀ – T₁) / (T₀ – Tn)] × 100
که در آن Tn ضخامت فشرده شده (75% از T₀) است.
به عنوان مثال:
- T₀ = 10 میلی‌متر
- فشرده شده تا ۷.۵ میلی‌متر
- پس از بهبودی، T₁ = 8.5 میلی‌متر
- مجموعه فشرده‌سازی = [(10 - 8.5) / (10 - 7.5)] × 100 = 60%
این یعنی 60% از فشرده‌سازی نه بازیابی شد. این عدد بالایی است. هدف ما در اکثر کاربردها، کمتر از 25% است.
چه عواملی بر میزان فشرده سازی سیلیکون تأثیر می گذارند؟
همه سیلیکون‌ها رفتار یکسانی ندارند.
میزان فشرده‌سازی به درجه سیلیکون، ساختار پیوند عرضی، پرکننده‌ها، دما و ضخامت بستگی دارد.
چندین متغیر بر میزان بازگشت ورق سیلیکونی تأثیر می‌گذارند:
1. درجه سیلیکون
- لاستیک با غلظت بالا (HCR) تمایل به بازیابی بهتری نسبت به لاستیک سیلیکون مایع (LSR) دارد.
- سیلیکون‌های مخصوص مواد غذایی ممکن است انعطاف‌پذیری بیشتری داشته باشند، اما استحکام آنها کمی بیشتر است.
2. نوع اتصال عرضی
- سیلیکون‌های سخت‌شده با پراکسید اغلب در مقایسه با سیلیکون‌های سخت‌شده با پلاتین، مقاومت بهتری در برابر سخت شدن دارند.
3. پرکننده ها و افزودنی ها
- محتوای پرکننده بالا می‌تواند خاصیت ارتجاعی را کاهش دهد.
- عوامل تقویت‌کننده ممکن است عملکرد کوتاه‌مدت را بهبود بخشند اما بهبودی را بدتر می‌کنند.
4. قرار گرفتن در معرض دما
- دمای آزمایش بالاتر باعث تغییر شکل دائمی بیشتری می‌شود.
- همیشه شرایط آزمایش را با کاربرد واقعی محصول مطابقت دهید.
5. ضخامت ورق
- ورق‌های نازک سریع‌تر بهبود می‌یابند.
- ورق‌های ضخیم انرژی بیشتری را ذخیره می‌کنند و بیشتر مستعد گیرش هستند.
ما همیشه تحت شرایط مختلف آزمایش می‌کنیم - مخصوصاً برای محصولات کودک که باید در طول ماه‌ها جوشاندن، استریل کردن و فشار مکانیکی را تحمل کنند.
چگونه مقاومت فشاری ورق‌های سیلیکونی را بهبود بخشیم؟
راه حل قبل از تولید شروع می شود.
برای بهبود مقاومت در برابر مانا شدن فشاری، فرمولاسیون سیلیکونی، روش پخت و طراحی ورق مناسب را انتخاب کنید.
در اینجا استراتژی‌های کلیدی که ما استفاده می‌کنیم، آورده شده است:
- انتخاب مواد – برای کاربردهای حساس به حرارت از سیلیکون فلوئوروسیلیکون یا سیلیکون با کارایی بالا استفاده کنید.
- بهینه سازی عمل آوری – ولکانیزاسیون مناسب، تنش‌های داخلی را کاهش داده و خاصیت ارتجاعی را بهبود می‌بخشد.
- ضخامت طراحی – از فشرده‌سازی بیش از حد در استفاده‌ی واقعی خودداری کنید.
- از گرمای بیش از حد خودداری کنید – سیلیکون در معرض گرمای بیش از حد در طول پردازش می‌تواند زودتر کهنه شود.
- پس از پخت – عملیات حرارتی پس از قالب‌گیری می‌تواند بازیابی را بهبود بخشد.
ما زمانی یک زیرانداز آب‌بندی برای گرم‌کن غذای کودک تولید کردیم. با تغییر از سیلیکون استاندارد به یک ترکیب پزشکیِ عمل‌آوری‌شده با پراکسید، میزان فشرده‌سازی را از 35% به فقط 15% کاهش دادیم - و مشتری شاهد بازگشت محصول کمتری بود.
چه مقادیری از مجموعه فشرده‌سازی قابل قبول تلقی می‌شوند؟
بستگی به محصول و صنعت دارد.
معمولاً برای اکثر کاربردهای ورق سیلیکونی، مجموعه فشاری زیر 20-25% قابل قبول است؛ کاربردهای حیاتی ممکن است به کمتر از 10% نیاز داشته باشند.
در اینجا یک دستورالعمل کلی وجود دارد:
| کاربرد | مجموعه فشرده سازی ایده آل (%) |
|---|---|
| محصولات کودک | ≤ 15% |
| واشرهای صنعتی | ≤ 25% |
| تجهیزات پزشکی | ≤ 10% |
| پدهای الکترونیکی | ≤ 20% |
| برگه‌های تماس با مواد غذایی | ≤ 20% |
همیشه از تأمین‌کننده خود گزارش آزمایش بخواهید. در روی یانگ، ما مجموعه فشرده‌سازی را به عنوان بخشی از اعتبارسنجی هر محصول جدید آزمایش می‌کنیم. این فقط مربوط به صدور گواهینامه نیست - به ما کمک می‌کند تا پیش‌بینی کنیم که سیلیکون در استفاده واقعی چقدر دوام خواهد داشت.
چه زمانی باید از تأمین‌کننده خود درخواست تست فشردگی کنید؟
درست قبل از اینکه تبدیل به یک مشکل شود.
هنگام توسعه محصولات سیلیکونی که تحت فشار، گرما یا استفاده مکانیکی طولانی مدت قرار می‌گیرند، همیشه درخواست آزمایش فشردگی را داشته باشید.
اگر هر یک از موارد زیر را دارید، آزمایش فشرده‌سازی ضروری است:
- آب‌بندی‌های سیلیکونی بطری
- زیراندازهای تغذیه کودک قابل استفاده مجدد
- واشرهای صنعتی فشار قوی
- ورق‌های فوم سیلیکونی برای ضربه‌گیری
- چسب‌های پوستی با درجه پزشکی
یکی از مشتریان آمریکایی ما درخواست پدهای دندانی سفارشی داشت. ما آزمایش‌های فشرده‌سازی را در سطوح سختی مختلف انجام دادیم تا به آنها کمک کنیم بهترین تعادل بین نرمی و دوام طولانی مدت را انتخاب کنند. این قدرت داده‌ها است.
نتیجه
آزمایش مقاومت فشاری نشان می‌دهد که ورق‌های سیلیکونی چقدر خوب شکل خود را تحت فشار حفظ می‌کنند - و این امر برای محصولات بادوام و قابل اعتماد ضروری است.
