רוב המאמרים על "תכונות הסיליקון" נראים כמו ערך אנציקלופדיה - עמוד שדרה של Si-O, פסקה על גמישות, פסקה על עמידות בחום, סיימנו. זה לא עוזר כשצריך לאשר הצעת מחיר לכלי עבודה או לכתוב גיליון מפרט של חלק גמור.
גומי סיליקון הוא אלסטומר סינתטי בעל עמוד שדרה Si-O-Si, הפועל ברציפות מ-60°C- עד 230°C-, זמין ב-Shore A 10-80, מבודד חשמלית עד ~25 קילו-וולט/מ"מ, ואינרטי מבחינה כימית לרוב המדיות הקוטביות. הביצועים בעולם האמיתי מוגבלים על ידי דירוג הפורמולציה (HTV לעומת LSR), מערכת ריפוי (מי חמצן לעומת פלטינה) ותעודת תאימות (תקן ה-FDA 21 CFR 177.2600, סעיפים 30/31 של חוק LFGB, USP מחלקה VI, ISO 10993).
זהו מדריך המאפיינים שאני מעביר למהנדסים ולמנהלי רכש לפני שנדון בכלים. הוא מבהיר מהו מפרט קטלוגי, מה תלוי בדרגה, ואילו שינויים בייצור.
1. תכונות פיזיקליות
1.1 צפיפות ומשקל
צפיפות הסיליקון יושבת ב 1.10–1.25 גרם/סמ"ק, המונע בעיקר על ידי עומס חומר מילוי (סיליקה מעושנת או משוקעת). עומס חומר מילוי גבוה יותר משפר את חוזק המתיחה אך מפחית את השקיפות וההתארכות. סיליקון אינו צף.
| חוֹמֶר | צפיפות (גרם/סמ"ק) |
|---|---|
| EPDM | 0.86–0.90 |
| גומי טבעי | 0.91–0.93 |
| גומי סיליקון | 1.10–1.25 |
| PVC | 1.20–1.55 |
| פלואורסיליקון (FVMQ) | 1.40–1.60 |
זה משנה לגבי עלות המשלוח של חלקים גדולים (מחצלות, יריעות, ציפויי תנור) ולשימושים רגישים לציפה. להקשר של חומר אחר חומר ראו סיליקון VS פלסטיק, PVC מול סיליקון, ו סיליקון VS גומי.
1.2 צבע ושקיפות
גומי הסיליקון הבסיסי הוא שקוף. סוגי גומי המושרה בפלטינה נשארים שקופים כמו מים; סוגי גומי המושרה על ידי מי חמצן נוטים לצבע צהוב-לבן בגלל שאריות זרז זעירות. הפיגמנט מעורבב בשלב הטחינה או ההרכבה, ולא נוסף מאוחר יותר.
יציבות הצבע תחת UV וחום תלויה בבחירת הפיגמנט, לא בסיליקון עצמו. חלקים פיגמנטיים בתחמוצת ברזל משנים את גווןם לאחר 1,000+ שעות של חשיפה חיצונית; פיגמנטים מבוססי קדמיום אינם עומדים בתקן RoHS ו- לְהַגִיעַ מוּחלָט.
1.3 קשיות (שור A)
שור A הוא המאפיין הלא מסודר ביותר בייצור סיליקון.
| חוף א' | תְחוּשָׁה | שימוש אופייני |
|---|---|---|
| 10–20 | דמוי ג'ל | מכשירים לבישים למגע עם העור, ריפודים תותבים |
| 20–30 | רך, בטוח לתינוקות | מוצצים, נשכנים, כוסות מחזור |
| 30–50 | סטנדרטי "רך"“ | אטמים, אטמים, כובעי שחייה |
| 50–70 | מוּצָק | ידיות מרית, לוחות מקשים, תבניות אפייה |
| 70–80 | קָשִׁיחַ | אטמים תעשייתיים, חלקים מבניים |
קשיות נמדדת לפי ASTM D2240 עם השהייה של שנייה אחת במשטח הזחה. כללי השהייה של ISO 48-4 נותנים מספרים שונים. ציינו את שיטת הבדיקה בהזמנת הרכש, אחרת תקבלו את חלקים 5-8 נקודות שור מחוץ למטרה ולא תהיה לכם תשובה.
כיצד קשיות משפיעה על ביצועי האיטום, תחושת המגע ואורך החיים של שחיקה, ראה קשיות סיליקון Shore A: השפעות על תחושה, איטום ועמידות ו מדוע קשיות סיליקון שור חשובה.
2. תכונות מכניות
2.1 חוזק מתיחה והתארכות
ריצות סיליקון לשימוש כללי עומס מתיחה של 4.5–10 מגה פסקל ו התארכות בשבירה של 200–800% תחת ASTM D412 / ISO 37. ציוני מתיחה גבוהים דוחפים את מתיחה ל-10-12 MPa.
בהשוואה ל-EPDM (15-20 MPa) או גומי טבעי (20-30 MPa), סיליקון חלש מבחינה מכנית. סיליקון אינו נבחר בשל עומס מתיחה. הוא נבחר בשל חלון טמפרטורה, ביו-תאימות והתאוששות.
כאשר קונה שואל "כמה משקל יכול סיליקון להחזיק", התשובה היא תמיד: זה תלוי בגיאומטריה, לא בסיליקון עצמו. כמה משקל סיליקון יכול להחזיק עבור מתמטיקה של גיאומטריה.
2.2 עמידות בפני קריעה
חוזק קריעה: 9–55 קילו-ניוטון/מטר תחת ASTM D624 Die B. גומי סיליקון נוזלי (LSR) נקרע בצורה נקייה יותר מ-HTV מכיוון שגומי פלטינה מייצר רשת קשרים צולבת צפופה יותר. זו הסיבה שבלונים רפואיים, פטמות מוצץ לתינוקות וכוסות וסת כמעט תמיד נקרעים עם LSR.
2.3 סט דחיסה
דחיסה שנקבעה תחת ASTM D395 (22 שעות ב-175 מעלות צלזיוס) נוחתת ב 5–30%. נמוך יותר עדיף - זה אומר לך כמה האטם לא מצליח להתאושש לאחר דחיסה ארוכה.
סיליקון מוקשה בפלטינה מגיע ל-8–15%. סיליקון מוקשה במי חמצן מגיע ל-20–30% לפני תהליך שלאחר הקשייה השני, ויורד ל-15% בערך לאחר 4 שעות שלאחר הקשייה ב-200 מעלות צלזיוס. אתם משלמים על כך בזמן המחזור ובעלות האנרגיה.
3. תכונות תרמיות
3.1 טווח טמפרטורות פעולה
התשובה לקטלוג: -60°C עד 230°C+ רציף. ציפויים מיוצבי תחמוצת ברזל מאריכים עמידות לטווח קצר עד 300 מעלות צלזיוס.
התשובה מרצפת הייצור: סיליקון לא נכשל בצורה קטסטרופלית בגבול העליון - הוא מתקשה, מאבד התארכות ומפתח סדקים על פני השטח. הפעל משטח אפייה ברציפות ב-230 מעלות צלזיוס והדחיסה שלו עולה לאחר 6-8 שבועות. תלונות לקוחות צצות לאחר 3 חודשים, לא ביום הראשון.
לגבי התנהגות פירוק ראה מארוול טמפרטורת ההיתוך של סיליקון סיליקון אינו נמס; הוא מתפרק חזרה לסיליקה אנאורגנית בטמפרטורה של כ-350-400 מעלות צלזיוס.
3.2 מוליכות תרמית
0.18–0.30 וואט/מטר קלווין עבור סיליקון ללא מילוי. חומרים מוליכים תרמית (עמוסים בבורון ניטריד, אלומינה או תחמוצת אבץ) מגיעים ל-1.5–3.0 W/m·K — משמשים במשטחי פער LED ובחומרים לממשק תרמי של סוללות רכב חשמלי.
סיליקון סטנדרטי הוא מבודד תרמי, בדומה לעץ. זו הסיבה שכפפת סיליקון לתנור עובדת - ולמה לא ניתן להשתמש בסיליקון ללא מילוי כגוף קירור. פרטים ב מוליכות תרמית של סיליקון.
3.3 דליקות
סיליקון סטנדרטי נושא UL94 V-1 דירוג. תרכובות מעכבות בעירה עם חומרי מילוי פלטינה או הידרטים מגיעות ל-V-0. כאשר סיליקון אכן נשרף, הוא משאיר אפר סיליקה לא מוליך, ולכן מעילי כבלים מסיליקון מיועדים למעגלי חירום של בניינים רבי קומות וחיווט ימי. ראה האם סיליקון דליק.
4. תכונות חשמליות
סיליקון הוא אחד האלסטומרים הבודדים המחזיקים בביצועים דיאלקטריים לאורך כל טווח טמפרטורות ההפעלה.
| תכונה | טווח אופייני | שיטת בדיקה |
|---|---|---|
| התנגדות נפח | 10¹⁴–10¹⁶ Ω·ס"מ | ASTM D257 |
| חוזק דיאלקטרי | 17–25 קילו וולט/מ"מ | ASTM D149 |
| קבוע דיאלקטרי (1 מגהרץ) | 2.8–3.5 | ASTM D150 |
| התנגדות לקשת | >120 שניות | ASTM D495 |
הנקודה המעשית: בידוד PVC מתרכך מעבר ל-90 מעלות צלזיוס, בעוד שסיליקון שומר על חוזק דיאלקטרי עד 200 מעלות צלזיוס ומעלה. לבחירת עובי-מתח ראה חוזק דיאלקטרי ודירוגים של יריעות סיליקון ו אפשרויות עובי שכבת בידוד חשמלי של יריעות סיליקון.
סיליקון מוליך עמוס פחמן או כסף הופך את הטווח הזה לחלוטין - התנגדות פני השטח יורדת ל-10⁰–10² Ω/מ"ר. זהו חומר שונה; ראה לוחות מקשים סיליקון מוליכים לעומת לא מוליכים.
5. תכונות כימיות
5.1 אינרטיות ועמידות
סיליקון יציב כימית כנגד:
- חומצות מדוללות ובסיסים
- ממסים פולריים (מים, אלכוהולים, גליצרין)
- חמצן ואוזון - יוצאי דופן עבור אלסטומרים
- רוב מוצרי המזון והנוזלים הביולוגיים
סיליקון מתנפח או מתפרק ב:
- ממסים לא קוטביים (בנזין, טולואן, שמנים מינרליים) - נפח נפיחות 20–60%
- חומצות מרוכזות (HCl, H₂SO₄)
- קיטור רווי מעל 150 מעלות צלזיוס לשהייה ממושכת (הידרוליזה של עמוד השדרה Si-O)
התנפחות מחשיפה קצרה לממס היא הפיכה. מגע ארוך טווח עם שמן הורג אטמי סיליקון בתאי מנוע של רכב - ציינו פלואורסיליקון (FVMQ) שם. מקור: רצועות סיליקון תכונות עמידות כימית.
5.2 הידרופוביות
זווית מגע עם מים עיליים: 100–110°. סיליקון דוחה מים ללא ציפוי, וזו הסיבה שסיליקון הוא חומר השחרור המומלץ ביותר בתבניות בטון ומדוע אטמי סיליקון אוטמים ללא תוספת איטום.
5.3 בליה - קרינת UV, אוזון, חמצון
סיליקון שומר על 80–90% של תכונות מכניות לאחר 5 שנים בחוץ חשיפה תחת תנאי אנרגיה מואצים ASTM G155 בדיקת קשת קסנון. גומי טבעי נסדק באופן גלוי לאחר 6-12 חודשים בחוץ.
זו אינה חסינות מלאה. סיליקון שחור ממולא בשחור פחמן מחזיק מעמד טוב יותר מסיליקון צבעוני; סיליקון שקוף מצהיב באופן ניכר לאחר 18-24 חודשים באור שמש ישיר. האם סיליקון עמיד בפני UV ו רצועות סיליקון עמידות בפני UV ומזג אוויר.
פירוק ארוך טווח במטמנות הוא בטווח של 50-500 שנים. ראה כמה זמן לוקח לסיליקון להתפרק.
6. מאפיינים ביולוגיים ומאפייני תאימות
כאן רוב המפרטים משתבשים. "כיתה מזון" ו"כיתה רפואית" אינם ניתנים להחלפה, ו"בטוח לשימוש בסיליקון" אינו מונח רגולטורי.
| רמת תאימות | תֶקֶן | שימוש אופייני | פרמיית עלות |
|---|---|---|---|
| תַעֲשִׂיָתִי | אין צורך | אטמים, אטמים, מחצלות | קו הבסיס |
| מגע עם מזון (ארה"ב) | תקן ה-FDA 21 CFR 177.2600 | כלי אפייה, אחסון מזון | +5–10% |
| מגע עם מזון (האיחוד האירופי) | סעיף 30 / סעיף 31 של חוק LFGB | כלי אפייה, בקבוקי תינוקות מיובאים מהאיחוד האירופי | +20–30% |
| מגע עם העור | תקן ISO 10993-5, -10 | מכשירים לבישים, תותבות | +25–40% |
| שתל רפואי | USP Class VI, לוח ISO 10993 מלא | צנתרים, שתלים | +50–200% |
דרגה המסומנת כ"רפואית" אינה בטוחה באופן אוטומטי למזון - ממסי נדידה שונים, בדיקות שטיפה שונות. ראה סיליקון ברמה מזון לעומת סיליקון ברמה רפואית ו סיליקון בדרגת מזון.
עבור מוצרים הבאים במגע עם עור או נוזלים ביולוגיים, יש לאמת מחדש את התאימות הביולוגית על החלק המוגמר, ולא רק על חומר הגלם. פיגמנטים, שחרור עובש וטיפול לאחר ריפוי - כל אלה עומדים בקריטריונים של עמידה בשבירה. מקור: האם סיליקון באמת תואם ביולוגית ליישומים רפואיים? ו מסלולי בדיקת תאימות ביולוגית למכשירים הבאים במגע עם העור (ISO 10993).
סיליקון גם אינו גורם רגישות עבור רוב המשתמשים - ראה האם סיליקון היפואלרגני.
7. כיצד תכונות משתנות לפי מערכת ריפוי ודרגה
שתי החלטות ניסוח נועלות בערך 80% של מעטפת הרכוש לפני חיתוך פלדה באמצעות כלי עבודה:
| מִשְׁתַנֶה | HTV (סיליקון מוצק) | סיליקון נוזלי (LSR) |
|---|---|---|
| מערכת ריפוי ברירת מחדל | מי חמצן (פלטינה אופציונלי) | פלטינה בלבד |
| טווח קשיות | 20–80 חוף A | 5–70 חוף A |
| חוזק הקרע | נמוך יותר | גבוה יותר |
| סט דחיסה | 15–25% (לאחר ריפוי לאחר התקשות) | 8–15% |
| סובלנות ניתנת להשגה | ±0.05–0.10 מ"מ | ±0.02–0.05 מ"מ |
| עלות כלי עבודה | נָמוּך | גבוה (רץ קר) |
| זמן מחזור | 3–8 דקות | 30–90 שניות |
| התאמה הטובה ביותר | נפח נמוך/בינוני, גיאומטריה פשוטה | נפח גבוה, רפואי, תינוקות, חלקים מיקרו |
אם מערכת הריפוי לא צוינה בהזמנת הרכש, ברירת המחדל היא מי חמצן HTV - זול יותר, אך עם תוצרי לוואי של ריפוי המשפיעים על הטעם, הריח ויציבות הצבע. עבור כל דבר במגע עם העור, לתינוקות או רפואי, דרוש תרופה פלטינה בכתיבה. ראה גומי סיליקון LSR לעומת HTV, ריפוי לעומת גיפור בסיליקון, ו גיפור סיליקון: מה טועים מהנדסים.
8. חיפוש מהיר - כל הנכסים במבט חטוף
| תכונה | טווח אופייני | תקן בדיקה |
|---|---|---|
| צְפִיפוּת | 1.10–1.25 גרם/סמ"ק | ASTM D792 |
| קשיות שור A | 10–80 | ASTM D2240 |
| חוזק מתיחה | 4.5–12 מגה פסקל | ASTM D412 |
| התארכות בשבירה | 200–800% | ASTM D412 |
| חוזק הקרע | 9–55 קילו-ניוטון/מטר | ASTM D624 תבנית B |
| סט דחיסה | 8–30% | ASTM D395 |
| טמפרטורת הפעלה | 60- עד 230+ מעלות צלזיוס | — |
| מוליכות תרמית | 0.18–0.30 וואט/מטר קלווין | ASTM C177 |
| חוזק דיאלקטרי | 17–25 קילו וולט/מ"מ | ASTM D149 |
| התנגדות נפח | 10¹⁴–10¹⁶ Ω·ס"מ | ASTM D257 |
| דירוג להבה | UL94 V-1 (V-0 עם תוסף FR) | UL94 |
| זווית מגע עם המים | 100–110° | — |
תרשים מכ"ם של תכונות סיליקון המשווה סיליקון, EPDM, גומי טבעי, PVC ופלואורסיליקון לפי קשיות, טווח טמפרטורות, עמידות דיאלקטרית, עמידות כימית ועלות
שאלות נפוצות
האם סיליקון רעיל?
לא. סיליקון מוקשה הוא אינרטי מבחינה כימית ומאושר למגע עם מזון ורפואי תחת FDA 21 CFR 177.2600, LFGB §30/§31, ו-ISO 10993 לאחר עריכה וייבוש לאחר מכן כראוי. אין לשאוף סיליקון לא מוקשה ותוצרי לוואי של מי חמצן בסדנה.
האם סיליקון נמס?
לא. לסיליקון אין נקודת התכה. מעל כ-350 מעלות צלזיוס הוא מתפרק לסיליקה (SiO₂), אפר לבן דק. זו הסיבה שסיליקון שמיש בחיווט עמיד באש ואטמים עמידים בטמפרטורה גבוהה.
מה ההבדל בין סיליקון לסיליקון?
סיליקון הוא היסוד (Si). סיליקון הוא פולימר בעל עמוד שדרה Si-O-Si וקבוצות צד מתיל או ויניל. ראה סיליקון נגד סיליקון.
כמה זמן סיליקון מחזיק מעמד?
20+ שנים בתוך הבית, 5-10 שנים בחוץ תחת קרינת UV ישירה, תלוי בדרגת הפירוק. פירוק במטמנות הוא 50-500 שנים.
מה עמוד זה אינו מכסה
זהו סימוכין המאפיין, לא ספר ההדרכה של המקור. שלושה גבולות שיש לקרוא לפני שמתייחסים לכל מספר הנ"ל כקבוע:
- מספרי המאפיינים תלויים בניסוח. כל טווח מפרט משתנה ב-±20% בהתאם לדרגה, לעומס חומר המילוי ולמערכת הריפוי. יש לבקש תמיד את מסמך ה-TDS העדכני של הספק עבור הדרגה הספציפית המצוטטת.
- שיטת הבדיקה חשובה יותר מהמספר. חלק Shore A 50 הנמדד בהשהיה של שנייה אחת אינו זהה לחלק הנמדד בהשהיה של 15 שניות. ASTM D2240 לעומת ISO 48-4 יניבו ערכים שונים על אותו חלק. נעל את השיטה בגיליון המפרט.
- תוקף תיעוד התאימות פג. תעודות בדיקה של ה-FDA, LFGB ו-USP תקפות לאצווה ספציפית של חומר גלם, ולא לחלק המוגמר ללא הגבלת זמן. יש לבצע בדיקה חוזרת במקרה של שינוי כיתה, שינוי ספק או שינוי פיגמנט.
לפני שליחת פנייה לכל מפעל סיליקון, החליטו על חמש נקודות זכות:
- טמפרטורת פעולה רציפה (לא שיא)
- מטרת חוף A עם שיטת בדיקה מוצהרת
- היקף תאימות - איזה תקן, איזה אופן מגע
- מערכת ריפוי - פלטינה או מי חמצן
- מחלקת סובלנות - צרכנית, תעשייתית או רפואית
בלי חמשת אלה, כל הצעת מחיר שתקבלו היא בגדר ניחוש, וכל סעיף TDS אינו ניתן לאימות.
עמוד תווך זה נמצא לצד התייחסות רחבה יותר. אם אתם רוצים את התמונה המלאה - מהו סיליקון בפועל ברמה הכימית, כיצד הוא מיוצר, והיכן הוא ממוקם במשפחת האלסטומרים - קראו את מדריך מלא לחומרי סיליקון. השתמש בזה כהקשר במעלה הזרם; השתמש בדף זה כחיפוש נכסים.
