סיליקון לעומת פוליאוריטן אינו תחרות עם מנצח אחד. הבחירה תלויה בעומס, בטמפרטורה, בסביבה, באורך החיים ובדרך הייצור. בחרו סיליקון לטמפרטורות קיצוניות, חשיפה לקרינת UV ואיטום לטווח ארוך. בחרו פוליאוריטן לעמידות בפני שחיקה, נשיאת עומס, פגיעות וקשיות רחבה.
כלל פשוט זה מונע טעויות מוקדמות רבות. הוא אינו מספיק למפרט חומר סופי. גלגל, אטם סטטי, שסתום רפואי, תרכובת איטום וחומר איטום בנייה עשויים כולם להשתמש באחד מהפולימרים הללו, אך הם אינם דורשים מהחומר לעשות את אותה עבודה.
סיכום מנהלים
- סיליקון הוא בדרך כלל הבחירה הבטוחה יותר כאשר חום, קור, קרינת UV, אוזון או התאוששות דחיסה ארוכת טווח שולטים על חיי השירות.
- פוליאוריטן בדרך כלל חזק יותר תחת שחיקה, פגיעות, מגע חוזר ועומסים מכניים גבוהים.
- אין לאשר אף אחת ממשפחות החומרים מטבלת השוואה כללית. השווה את הדירוגים בפועל באמצעות אותה שיטת בדיקה, טמפרטורה, גיאומטריית הדגימה והתניה.
סיליקון לעומת פוליאוריטן במבט חטוף
| גורם ההחלטה | אלסטומר סיליקון | אלסטומר פוליאוריטן |
|---|---|---|
| מבנה פולימרי | עמוד שדרה אנאורגני של סיליקון-חמצן עם קבוצות צד אורגניות | פולימר אורגני שנוצר מפוליולים ואיזוציאנטים |
| חוזק אופייני | יציבות טמפרטורה, בליה, בידוד חשמלי, התאוששות דחיסה | עמידות בפני שחיקה, חוזק קריעה, חוזק מתיחה, ספיגת פגיעות |
| חולשה אופיינית | עמידות נמוכה יותר בפני שחיקה ועלות חומרי גלם גבוהה יותר | רגיש יותר לחום, UV, הידרוליזה וכימיה של פורמולציה |
| טווח קשיות | דרגות יצוקות נפוצות זמינות מגומי רך מאוד ועד גומי מוצק | מגוון רחב מאוד, החל מקצף גמיש ואלסטומר רך ועד למערכות קשיחות |
| חשיפה חיצונית | בדרך כלל חזק כנגד UV ואוזון | תלוי במידה רבה בכימיה ארומטית או אליפטית ובחבילת המייצב |
| שירות רטוב | ספיגת מים נמוכה, אך עיצוב הקשר עדיין חשוב | סוגי פוליאתר בדרך כלל עמידים בפני הידרוליזה טוב יותר מציוני פוליאסטר |
| מעבד | יציקת דחיסה/העברה HCR, הזרקת LSR, שיחול, ציפוי | אלסטומר יצוק, RIM, קצף, ציפוי, דבק, הזרקה או שיחול של TPU |
| כיוון העלות | בדרך כלל עלות חומר גבוהה יותר | לעיתים קרובות נמוך יותר, אך כלי עבודה, גרוטאות, פעולות משניות וחיי שירות יכולים להפוך את ההשוואה |
אלו הן נטיות של משפחת חומרים. הן אינן ערכים מובטחים. אין להשוות גומי סיליקון בעל עקביות גבוהה וממולא ופוליאסטר פוליאוריטן יצוק כאילו כל אחד מהם מייצג את כל משפחת הפולימרים שלו.
מתי כדאי לבחור סיליקון?
בחרו סיליקון כאשר היישום נשלט על ידי מחזורי חום, בליה חיצונית, גמישות בטמפרטורה נמוכה או כוח איטום לטווח ארוך.
טמפרטורות קיצוניות ומחזורי חום
אלסטומרי סיליקון רבים למטרות כלליות מיועדים לשירות ארוך טווח בטווח של -45°C עד 200°C, בעוד שלדרגות בודדות עשויות להיות גבולות צרים או רחבים יותר. דאו מפרטת טווח שימושי של -45°C עד 200°C כטווח ארוך טווח שימושי עבור אלסטומר סיליקון אחד של SYLGARD ומזהיר כי עדיין נדרש אימות ברמת החלק ליד הגבולות. רוג'רס מפרטת טווח של -55°C עד 200°C עבור סדרת הסיליקון הסלולרי BISCO שלה.
הבעיה החשובה אינה הטמפרטורה הגבוהה ביותר המודפסת על חוברת. זה מה שקורה לאחר מאות מחזורי חום בזמן שהחלק נשאר דחוס, מתוח או חשוף לנוזל. קשיות, התארכות, דחיסה, הידבקות ותכונות חשמליות עשויות שלא להזדקן באותו קצב.
פוליאוריטן יכול לסבול חום, אך טווח השימוש שלו משתנה באופן חד בהתאם לחומר הכימי. המועצה האמריקאית לכימיה מציינת כי פירוק תרמי שאינו בוער של חלק ממוצרי הפוליאוריטן עשוי להתחיל בסביבות 150-180 מעלות צלזיוס. זוהי אזהרת פירוק, לא טווח פעולה מומלץ. מגבלות השימוש המתמשך עבור סוג פוליאוריטן ספציפי הן בדרך כלל נמוכות בהרבה וחייבות להגיע מגיליון הנתונים הטכני שלו.
קרינת UV, אוזון ובליה חיצונית
סיליקון הוא בדרך כלל האפשרות בעלת הסיכון הנמוך יותר עבור אטמים חשופים, רכיבי תאורה, מארזים חיצוניים ומפרקי זיגוג. עמוד השדרה הסיליקון-חמצן שלו מעניק לו עמידות חזקה לקרינת UV ואוזון. דאו מתארת איטום סיליקון מבני כעמיד לקרינת UV, חום, לחות, אוזון וטמפרטורות קיצוניות.
פוליאוריטן זקוק לשאלה ספציפית יותר: האם המערכת ארומטית או אליפטית, ואילו מייצבים או ציפויים מגנים עליה? פוליאוריטן ארומטי יכול לדהות בצבע תחת קרינת UV. שינוי צבע לא תמיד אומר כשל מכני מיידי, אך הוא חשוב לרכיבים גלויים ויכול להצביע על הזדקנות פני השטח. מערכות אליפטיות משפרות את יציבות הצבע, בדרך כלל בעלות פורמולציה גבוהה יותר.
צוותים לעיתים קרובות ממעיטים בערכם של עמידות הבליה מכיוון שנתוני מתיחה ראשוניים נראים מקובלים. ההבדל האמיתי מופיע לאחר חודשים של אור שמש, לחות ותנועה תרמית. לגליל תעשייתי שחור ולאיטום חיצוני לבן אין אותם קריטריוני קבלה.
איטום לטווח ארוך והתאוששות מדחיסה
עבור אטמים סטטיים החשופים לחום, סיליקון שומר לרוב על כוח איטום טוב יותר מאשר פוליאוריטן לשימוש כללי. דחיסה נמוכה חשובה מכיוון שאטם יכול להיראות שלם ועדיין לאבד לחץ מגע.
קל להשתמש לרעה במספרי דחיסה. ASTM D395 עבור גומי מוצק ו-ASTM D3574 עבור חומרים תאיים משתמשים בדגימות ובנהלים שונים. טמפרטורה, אחוז דחיסה, זמן התאוששות ועובי הדגימה - כולם משנים את התוצאה. יש להשוות ערכים רק כאשר תנאי הבדיקה תואמים.
עבור אטם ארון או מארז סוללה, אנו בודקים יותר מאשר כוח הדחיסה ההתחלתי. אנו בודקים גם את סבילות הפער, דחיסת המטרה, הרפיית הכוח, עומס הסגירה והתאוששות לאחר הזדקנות. דחיסה יתרה של אטם רך יכולה לקצר את חיי השירות גם כאשר החומר עצמו מתאים.
ניקיון, ביו-תאימות ויישומים במגע עם מזון
סיליקון נמצא בשימוש נרחב עבור מוצרי תינוקות, כלי מטבח, רכיבים רפואיים, צינורות ושסתומים, מכיוון שדרגות סיליקון מתאימות יכולות לשלב עמידות בחום, גמישות ויציקה נקייה. זה לא הופך כל דרגת סיליקון לזולה בטוח למזון או ברמה רפואית.
תאימות שייכת לתחום הבדיקה המדויק של החומר המורכב והחלק המוגמר. FDA 21 CFR 177.2600, המלצות LFGB, USP Class VI ו-ISO 10993 עונים על שאלות שונות. פיגמנטים, תנאי לאחר ריפוי, חומרי שחרור עובש, דבקים והדפסה יכולים לשנות את החלק המוגמר. יש לבקש את הצהרת התרכובת ואת דוח הבדיקה הרלוונטי לפני אישור החומר.
מתי כדאי לבחור בפוליאוריטן?
בחרו פוליאוריטן כאשר הרכיב חווה שחיקה מהחלקה, מגע גלגול, פגיעות, עומס גבוה או רמת קשיות שסיליקון אינו יכול לספק ביעילות.
עמידות בפני שחיקה, חיתוך וקריעה
פוליאוריטן הוא בדרך כלל המועמד החזק יותר עבור גלגלים, גלילים, מגרדים, רכיבי הנעה, רפידות מגן, חלקי כרייה ורכיבי טיפול בחומרים. המועצה האמריקאית לכימיה מפרטת שחיקה, פגיעות, חתכים, קרעים, שמנים וממסים בין התכונות הזמינות מאלסטומרים של פוליאוריטן. BASF ממקמת גם פוליאוריטן עבור גלגלים תעשייתיים שבהם כושר נשיאת עומס ועמידות בפני שחיקה שולטים בביצועים.
יתרון זה אינו תיאורטי. במגע חוזר ונשנה, משטח סיליקון עלול ללטש, להישבר או להיקרע בקצה בעוד שחלק הפוליאוריטן ממשיך לשאת עומס. הכשל מתחיל לעתים קרובות בסימן שער, פינה חדה, ממשק מחובר או ריכוז מאמץ מקומי ולא באמצע דגימת מתיחה סטנדרטית.
ציינו שחיקה באמצעות שיטת בדיקה כגון DIN 53516 או ASTM D5963. הצהרה כגון "עמידות מצוינת בפני שחיקה" אינה מספיקה להשוואת ספקים.
התנהגות נשיאת עומס ופגיעה
ניתן לנסח פוליאוריטן עם חוזק מתיחה, חוזק קריעה ויכולת נשיאת עומס גבוהים תוך שמירה על גמישות. זה הופך אותו לשימושי עבור פגושים, בולמי זעזועים, גלגלים, מצמדים ורכיבי הגנה.
קשיות לבדה אינה מתארת התנהגות זו. שני חומרים ב-Shore A 80 יכולים להיות בעלי מודול, ריבאונד, היסטרזיס, חוזק קריעה והצטברות חום שונים. עבור גלגל דינמי, אנו זקוקים לעומס, מהירות, מחזור עבודה, תכנון נאב, טמפרטורת פעולה והתנהגות מקובלת של נקודה שטוחה. תרכובת קשה יותר יכולה להגדיל את קיבולת העומס אך להעביר יותר ויברציות וליצור חום פנימי שונה.
אפשרויות קשיות ועיבוד רחבות
פוליאוריטן מכסה אלסטומרים יצוקים, קצף גמיש וקשיח, ציפויים, דבקים, חומרי איטום ופוליאוריטן תרמופלסטי. טווח זה מאפשר למהנדסים לכוונן את הקשיות, הצפיפות, הריבאונד, הבלימת ההידראולים ותוואי העיבוד בצורה רחבה יותר מאשר בתוכנית סיליקון-גומי סטנדרטית.
הפשרה היא רגישות הפורמולציה. "פוליאוריטן" אינו חומר אחד. מקטעים רכים של פוליאסטר, פוליאתר ופוליקרבונט מתנהגים בצורה שונה. הכימיה של איזוציאנט משפיעה גם על יציבות קרינת UV, התנהגות מכנית ועיבוד. החלפת ספק ששומרת על קשיות Shore קבועה בלבד עדיין יכולה לשנות את חיי השירות.
צביעה והדבקה
עבור חיבורי בנייה ומכלולים הדורשים צביעה, איטום פוליאוריטן לרוב קל יותר לשילוב. משטחי סיליקון רבים קשים לצביעה ו קשה להתחבר ללא טיפול בפלזמה, פריימר או דבק ספציפי לסיליקון.
אין להכליל זאת ל"פוליאוריטן נקשר טוב יותר". ההידבקות תלויה במצע, באנרגיית פני השטח, בזיהום, בפריימר, בתנועת החיבור, במצב ההתקשות ובכימיה של הדבק. זכוכית, אלומיניום אנודייז, מתכת צבועה, ABS, ניילון ופוליפרופילן לא מטופל דורשים אימות שונה.
כיצד חום, מים וכימיקלים משנים את ההחלטה?
התשובה הנכונה תלויה בזמן החשיפה, בריכוז, בטמפרטורה ובמאמץ מכני. בדיקת ניגוב קצרה בטמפרטורת החדר אינה מנבאת טבילה רציפה ב-80 מעלות צלזיוס.
מים והידרוליזה
לסיליקון יש ספיגת מים נמוכה והוא בדרך כלל מתפקד היטב בסביבות לחות או רטובות. ביצועי הפוליאוריטן תלויים במידה רבה בכימיה של המקטע הרך. לפוליאתרן מפוליאתרן יש בדרך כלל עמידות טובה יותר להידרוליזה מאשר לפוליאוריטן מפוליאסטר. סוגי פוליאסטר עשויים לספק תכונות מכניות ועמידות חזקות לשמן, אך עלולים לאבד מחוזק תחת חשיפה ממושכת למים חמים או לחות גבוהה.
לעיתים קרובות מתגעגעים לכך מכיוון ששתי הדרגות עשויות לעבור השרייה קצרה בטמפרטורת החדר. הידרוליזה מואצת עם חום. עבור חלקי פוליאוריטן בשירות רטוב, בקשו שמירה על מתיחה, שמירה על התארכות, שינוי קשיות ושינוי ממדי לאחר תנאי הזדקנות מוסכמים.
שמנים, דלקים, ממסים, חומצות ובסיסים
אף משפחת פולימרים לא מנצחת בכל אחת מהן חשיפה כימית. סיליקון יכול להתנפח בכמה דלקים, שמנים וממסים לא קוטביים. פוליאוריטן עשוי לעמוד היטב בפני שמנים ושחיקה, אך חומצות מרוכזות או תמיסות אלקליות יכולות לתקוף דרגות מסוימות. BASF מציינת כי עמידות כימית לפוליאוריטן משתנה עם זמן החשיפה, הטמפרטורה, הריכוז וסוג הכימי, וכי פירוק יכול להתרחש בעקבות נפיחות ופיסוק שרשרת מולקולרית.
השתמשו בבדיקת טבילה המבוססת על ASTM D471 או תקן יישום רלוונטי. רשמו את שינוי הנפח, שינוי המסה, הקשיות, חוזק המתיחה והמצב החזותי. בדקו את התרכובת הצבעונית בפועל, לא רק את הפולימר הבסיסי.
איזה חומר עדיף לחלקים יצוקים?
הגיאומטריה והנפח של החלק יכולים להחליט על מסלול הייצור לפני תרשים המאפיינים.
מסלולי יציקת סיליקון
גומי סיליקון בעל עקביות גבוהה ניתן ליצוק בדחיסה, בטרנספר, באקסטרוזיה או בהזרקה בהתאם לתרכובת ולגיאומטריה. גומי סיליקון נוזלי משתמש במערכת מדידה דו-רכיבית, רץ קר ותבנית מחוממת. LSR עובד היטב עבור חלקים בנפח גבוה, חתכים דקים, פירוק אוטומטי של התבנית ויציקת יתר כאשר הכלי והמצע מתוכננים לכך.
כלי סיליקון חייבים לשלוט על ההבזק בקו הפרידה ובפתחי האוורור. LSR בעל צמיגות נמוכה יכול להיכנס לחורים קטנים מאוד. התאמת הכלי, ואקום, לחץ הזרקה ויציבות ההידוק משפיעים על ההבזק יותר ממה שמציעה השוואה כללית של חומרים.
מסלולי יציקה מפוליאוריטן
פוליאוריטן יצוק שימושי לנפחים נמוכים עד בינוניים, מקטעים עבים, גלילים, גלגלים וחלקים אלסטומרים גדולים. יציקה בהזרקה (ריאקטיבית) תומכת בחלקים גדולים יותר ובצורות מורכבות. ניתן ליצוק בהזרקה או לחול TPU באמצעות ציוד תרמופלסטי.
בקרת לחות היא קריטית עבור מערכות פוליאוריטן רבות. פוליאולים, פרה-פולימרים, חומרי מילוי, תבניות ואוויר סביבתי יכולים להכניס מים. מים מגיבים עם איזוציאנט ויכולים ליצור פחמן דו-חמצני, בועות, חללים או תכונות לא עקביות. לכן, ייבוש, יחס ערבוב, סילוק גזים, טמפרטורת התבנית ותהליכי הייבוש לאחר תהליך הבנייה שייכים למפרט התהליך.
האם סיליקון יקר יותר מפוליאוריטן?
לסיליקון יש בדרך כלל מחיר חומר גבוה יותר, אך לא ניתן לחזות את מחיר החתיכה על סמך משפחת הפולימרים בלבד.
| גורם עלות | סיליקון אימפקט | פוליאוריטן אימפקט |
|---|---|---|
| חוֹמֵר גֶלֶם | בדרך כלל גבוה יותר | לעיתים קרובות נמוך יותר, עם שונות גדולה לפי כימיה |
| כלי עבודה | ייתכן שיידרשו כלים מדויקים כדי לשלוט על הבזק LSR | כלי יצוק יכולים להיות חסכוניים בנפח נמוך יותר; כלי הזרקה מ-TPU עשויים להיות דומים לפלסטיק |
| מחזור וריפוי | LSR יכול לתמוך במחזורים אוטומטיים מהירים; HCR עשוי לדרוש ריפוי משני לאחר מכן | מערכות יצוקות עשויות לדרוש ריפוי מבוקר והמשך ריפוי; TPU יכול להריץ מחזורי תרמופלסטיים |
| גרוטאות ועיבוד מחדש | סיליקון תרמוסט לא ניתן להמסה מחדש | לא ניתן להמיס מחדש פוליאוריתן תרמוסט; ניתן למחזר קצפי TPU בכפוף למגבלות איכות |
| פעולות משניות | ייתכן שיהיה צורך בפלזמה, פריימר או דבק מיוחד | ייתכן שעדיין יידרש טיפול פני שטח או פריימר; צביעה יכולה להפחית את המורכבות המשנית |
| חיי שירות | יכול לקזז את המחיר ביישומי איטום חמים, חיצוניים או לטווח ארוך | יכול לקזז את המחיר ביישומים שוחקים, פגיעה או עומס גבוה |
ההשוואה הנכונה היא עלות החלק הכוללת לאורך החיים הנדרש. אטם זול יותר שמאבד את כוח האיטום מוקדם אינו זול יותר. גליל סיליקון איכותי שנשחק במהירות במגע שוחק גם הוא אינו רכישה טובה.
שיטת בחירה מעשית של סיליקון לעומת פוליאוריטן
השתמש במגבלת היישום שתגרום לכשל הראשון הבלתי מקובל.
- הגדר טמפרטורה רציפה וטמפרטורה שיא, כולל ספירת מחזורים וזמן השהייה.
- רשום עומס סטטי, עומס דינמי, דחיסה, מהירות החלקה ותדירות פגיעה.
- רשום נוזלים עם ריכוז, טמפרטורה ומשך חשיפה.
- הגדירו חשיפה חיצונית, קרינת UV, אוזון, לחות והמראה הנדרש.
- קבע גבולות קבלה מדידים עבור דחיסה, אובדן שחיקה, שימור מתיחה, שינוי קשיות, נפיחות ושינוי צבע.
- בחרו את משפחת החומרים והדרגה רק לאחר התאמת שיטת הבדיקה למצב הכשל.
- אימות חלקים יצוקים מהתהליך המיועד. לוחות ודפי נתונים של ספקים אינם לוכדים שערים, אזורי ריתוך, קווי סריגה, תוספות מחוברות או שינויים בייצור.
איזה מידע נדרש לפני הצעת מחיר?
לקבלת המלצה שימושית על חומר, יש לשלוח את השרטוט, הנפח השנתי, יעד הקשיות, טווח הטמפרטורה, תנאי העומס, החשיפה הכימית, אורך החיים הנדרש, הצבע, היקף התאימות ומצב הכשל הנוכחי. אם חלק קיים מוחלף, יש לכלול את דרגת החומר שלו ודוחות הבדיקה.
סיליקון הוא ברירת המחדל החזקה יותר לחום, בליה ואיטום לטווח ארוך. פוליאוריטן הוא ברירת המחדל החזקה יותר לשחיקה, פגיעה ועומס. ההחלטה הסופית שייכת לדרגה, לגיאומטריה, לתהליך ולתנאי האימות - ולא לשם הפולימר.
