Silikon sering digambarkan sebagai bahan yang ringan, tahan air, dan hidrofobik. Istilah-istilah tersebut mudah tertukar. Kepadatan silikon padat umumnya sekitar 1,05–1,60 g/cm³, sehingga sebagian besar bagian silikon yang tidak berbusa akan tenggelam dalam air. Sifat hidrofobik membantu air membentuk butiran di permukaan, tetapi tidak membuat setiap desain silikon kedap air atau anti bocor.
Untuk desain produk, tiga pertanyaan terpisah menjadi penting: kepadatan senyawa, kepadatan rata-rata bagian lengkap, dan cara air berinteraksi dengan permukaan dan geometri segel.
Berapakah Kepadatan Silikon yang Umum?
Kepadatan senyawa karet silikon yang telah mengeras adalah massanya dibagi dengan volumenya. Biasanya dilaporkan dalam g/cm³, kg/m³, atau sebagai berat jenis.
Bagi banyak orang yang solid Senyawa HCR Dan Senyawa LSR, kisaran awal yang praktis adalah 1,05–1,60 g/cm³. WACKER melaporkan kisaran ini untuk karet silikon dan mencatat bahwa pengisi tidak aktif tambahan seperti kuarsa dapat meningkatkan kepadatan hingga sekitar 1,75 g/cm³. Senyawa khusus tertentu dapat berada di luar kisaran ini, sehingga lembar data material yang disetujui tetap menjadi nilai acuan.
| Bahan atau konstruksi silikon | Rentang kepadatan praktis | Kecenderungan daya apung di air tawar | Alasan utama terjadinya variasi |
|---|---|---|---|
| Karet silikon padat serbaguna | 1,05–1,30 g/cm³ | Biasanya tenggelam | Polimer, silika penguat, pigmen, dan aditif |
| Senyawa silikon dengan kandungan pengisi tinggi | 1,30–1,75+ g/cm³ | Wastafel | Kuarsa, oksida logam, atau bahan pengisi dengan kepadatan tinggi lainnya. |
| Fluorosilikon atau senyawa khusus | Khusus untuk tingkatan kelas | Biasanya tenggelam | Kemasan polimer dan pengisi yang berbeda |
| Busa atau spons silikon | Seringkali di bawah 1,0 g/cm³ | Mungkin mengapung | Struktur sel tertutup atau terbuka |
| Bagian silikon cetakan berongga | Tergantung pada massa total dan volume yang dipindahkan | Mungkin mengapung | Udara yang terperangkap menurunkan kepadatan rata-rata bagian tersebut. |
Ini adalah rentang desain, bukan batas inspeksi penerimaan. Untuk pembelian dan pengendalian mutu, tentukan densitas yang tertera pada TDS yang disetujui dan tentukan metode pengujiannya.
Apakah Kepadatan dan Berat Jenis Sama?
Mereka memiliki hubungan yang erat tetapi tidak identik.
Kepadatan adalah massa per satuan volume. Berat jenis adalah rasio kerapatan suatu material terhadap kerapatan air pada suhu tertentu. Karena air mendekati 1,00 g/cm³, nilai numeriknya seringkali serupa ketika kerapatan dinyatakan dalam g/cm³.
Oleh karena itu, senyawa silikon dengan densitas 1,20 g/cm³ memiliki berat jenis mendekati 1,20 dalam kondisi pengujian biasa.
Untuk komponen silikon padat, metode pengukuran umum meliputi:
- ASTM D792 untuk densitas dan berat jenis dengan metode perpindahan
- Metode A ISO 1183-1 untuk pengukuran perendaman
- ASTM D297 metode yang digunakan untuk produk dan senyawa karet
Metode, kondisi spesimen, suhu, dan keberadaan gelembung yang terperangkap memengaruhi hasilnya. Membandingkan data pemasok tanpa memeriksa metodenya dapat menciptakan perbedaan yang keliru.
Apakah Silikon Mengapung di Air?
Sebagian besar karet silikon padat yang tidak berbusa akan tenggelam karena kepadatannya lebih tinggi daripada kepadatan air tawar.
Syarat dasarnya adalah:
- Jika kepadatan bagian rata-rata adalah di bawah 1,00 g/cm³, bagian tersebut dapat mengapung di air tawar.
- Jika kepadatan bagian rata-rata adalah di atas 1,00 g/cm³, Bagian tersebut akan tenggelam kecuali jika geometrinya memerangkap cukup udara.
- Dalam air asin, kepadatan cairan lebih tinggi, sehingga bagian yang sama menerima gaya apung yang sedikit lebih besar.
SIMTEC melaporkan kepadatan LSR tipikal sebesar 1,10–1,50 g/cm³ dan mencatat bahwa LSR padat karenanya tenggelam. Kata kuncinya adalah padat. Mainan mandi berongga, pelampung tertutup, atau rakitan cetakan berlebih dapat mengapung meskipun lapisan silikonnya lebih padat daripada air.
Contoh silikon padat
Komponen silikon padat memiliki:
- Volume: 100 cm³
- Kepadatan senyawa: 1,20 g/cm³
- Massa: 100 × 1,20 = 120 g
Saat terendam sepenuhnya, benda itu menggantikan sekitar 100 g air tawar. Bagian tersebut lebih berat daripada air yang digantikan, sehingga tenggelam.
Contoh silikon berongga
Misalkan suatu bagian tertutup memiliki berat 70 g dan memindahkan 150 cm³ air berdasarkan volume eksternalnya.
Kepadatan bagian rata-rata = 70 ÷ 150 = 0,47 g/cm³
Rongga udara tertutup menurunkan kepadatan keseluruhan rakitan di bawah kepadatan air, sehingga bagian tersebut dapat mengapung. Jika rongga tersebut bocor dan terisi air, keuntungan itu hilang.
Berapa Berat Komponen Silikon?
Gunakan nilai densitas senyawa jadi, bukan nilai silikon umum.
Massa = volume × massa jenis
Untuk dimensi dalam milimeter:
Massa (g) = volume (mm³) ÷ 1.000 × massa jenis (g/cm³)
Bantalan silikon berbentuk persegi panjang berukuran 100 × 50 × 5 mm memiliki volume 25.000 mm³, atau 25 cm³. Dengan massa jenis 1,20 g/cm³, massa yang diperkirakan adalah:
25 × 1,20 = 30 g
| Masukan | Contoh nilai | Risiko pengadaan jika diasumsikan |
|---|---|---|
| Volume cetakan bersih | 25 cm³ | Volume CAD mungkin tidak termasuk rusuk, gerbang, atau sisipan. |
| Kepadatan senyawa | 1,20 g/cm³ | Formulasi pengganti mengubah berat per potong. |
| Perkiraan massa bagian | 30 g | Estimasi biaya pengemasan dan pengiriman dapat bervariasi untuk pesanan dalam jumlah besar. |
| Jumlah pesanan | 100.000 buah | Kesalahan 2 g bisa menjadi 200 kg pada seluruh pengiriman. |
Perhitungan ini berguna untuk perkiraan harga dan pengemasan. Batas berat akhir setiap bagian harus berasal dari sampel yang telah divalidasi karena sisa cetakan, berat sisipan, pigmen, kandungan pengisi, dan variasi pencetakan tetap ada pada bagian yang sudah jadi.
Apa yang Mengubah Kepadatan Silikon?
Kepadatan silikon bergantung pada formulasi. Hal ini tidak dapat dikendalikan hanya oleh nama polimer saja.
Pengisi penguat dan pengisi tidak aktif
Silika yang diasapi atau diendapkan memperkuat polimer. Kuarsa dan pengisi mineral lainnya dapat meningkatkan kepadatan lebih lanjut. Produsen senyawa dapat menggunakan pengisi untuk menyesuaikan kekerasan, kekuatan sobek, reologi, perilaku listrik, ketahanan terhadap pembengkakan, atau biaya. Hal yang sama berlaku untuk polimer. Kekerasan Shore A Oleh karena itu, dapat dicapai dengan berbagai paket formulasi dan berbagai kepadatan.
Pigmen dan aditif fungsional
Masterbatch warna biasanya menyebabkan perubahan yang lebih kecil daripada penambahan pengisi yang berat, tetapi efeknya dapat diukur ketika toleransi berat komponen sempit. Aditif tahan api, konduktif termal, konduktif listrik, atau radiopak dapat mengubah densitas secara substansial.
Udara, rongga, dan struktur seluler
Silikon berbusa mengandung sel gas dan mungkin memiliki kepadatan curah di bawah 1,00 g/cm³. Rongga yang tidak disengaja juga dapat mengurangi kepadatan terukur suatu spesimen, tetapi itu merupakan sinyal cacat dan bukan cara yang valid untuk mengurangi bobot.
Pengendalian penyembuhan dan proses
Kondisi pengerasan biasanya memiliki pengaruh yang lebih kecil terhadap densitas dibandingkan formulasi, tetapi kesalahan pencampuran, rasio A:B yang tidak tepat untuk LSR, kontaminasi, atau udara yang terperangkap dapat mengubah nilai yang diukur. Oleh karena itu, densitas berguna sebagai pemeriksaan penyaringan cepat, bukan sebagai bukti bahwa setiap sifat mekanis atau kepatuhan sudah benar.
Apakah Silikon Bersifat Hidrofobik?
Silikon berbasis PDMS yang tidak diolah secara inheren bersifat hidrofobik karena gugus metil berorientasi pada permukaan berenergi rendahnya. Air cenderung membentuk butiran alih-alih menyebar di permukaannya. lembaran silikon.
Sudut kontak air yang umum dilaporkan untuk PDMS yang tidak diolah adalah sekitar... 100–120°. Pengukuran yang dipublikasikan bervariasi tergantung pada formulasi, kekasaran permukaan, kebersihan, metode tetesan, dan pengkondisian. Sudut kontak di atas 90° umumnya menunjukkan perilaku pembasahan hidrofobik.
Hidrofobisitas menggambarkan interaksi permukaan dengan tetesan air. Ini tidak menggambarkan perilaku lengkap suatu produk cetakan.
| Properti | Apa yang diukur | Apa yang tidak dibuktikannya |
|---|---|---|
| Sudut kontak air | Kemampuan pembasahan permukaan | Ketahanan kebocoran suatu rakitan |
| Penyerapan air | Massa yang diperoleh setelah paparan tertentu | Perilaku pembentukan butiran permukaan |
| Permeabilitas uap air | Perpindahan kelembapan melalui material | Ketahanan terhadap kebocoran cairan-air pada sambungan |
| Peringkat IP | Perlindungan penutup di bawah pengujian yang ditentukan | Performa universal pada setiap tekanan dan durasi. |
Perlakuan permukaan juga mengubah hasilnya. Perlakuan plasma oksigen atau korona dapat membuat PDMS menjadi lebih hidrofilik untuk sementara waktu guna meningkatkan daya rekat, pelapisan, atau pembasahan mikrofluida. Permukaan silikon kemudian dapat mengalami pemulihan hidrofobik seiring waktu. Oleh karena itu, uji coba perekatan harus menentukan waktu yang diizinkan antara perlakuan dan aplikasi perekat.
Apakah Silikon Tahan Air?
Komponen silikon kontinu umumnya tahan terhadap air cair, tetapi "kedap air" adalah klaim sistem, bukan sifat bahan baku.
Gasket cetakan masih bisa bocor ketika:
- Kompresi terlalu rendah atau tidak merata;
- Garis pemisah melintasi permukaan penyegelan;
- Kilatan api, garis rajutan, debu, atau kerusakan permukaan menciptakan jalur kebocoran;
- Set kompresi mengurangi daya rekat penyegelan selama siklus pemanasan berulang;
- Bangunan tersebut melengkung akibat tekanan;
- Desain sambungan tersebut mengandalkan perekat yang tidak membasahi silikon yang tidak diolah;
- Ruang tertutup tersebut diuji pada tekanan atau durasi di luar batas desainnya.
Tim sering kali melebih-lebihkan hidrofobisitas karena tetesan air yang terlihat tampak seperti bukti kinerja penyegelan. Dalam produksi, jalur kebocoran biasanya berada di antarmuka, bukan melalui bagian tengah dari bagian silikon yang baik.
Untuk suatu wadah tertutup, tentukan persyaratan sebenarnya: paparan percikan, perendaman terus menerus, tekanan hidrostatik, uap, air garam, bahan kimia pembersih, atau uji IP. Kondisi-kondisi ini tidak dapat dipertukarkan.
Seberapa Banyak Air yang Diserap Silikon?
Karet silikon umumnya memiliki daya serap air yang rendah, tetapi nilai universal seperti “di bawah 0,5%” tidak boleh diterapkan pada setiap senyawa.
Basis data yang dipublikasikan memiliki sebaran yang luas karena menggabungkan karet padat, busa, formulasi khusus, ketebalan spesimen yang berbeda, dan kondisi paparan yang berbeda. Oleh karena itu, penyerapan air harus dikaitkan dengan tingkatan dan metode tertentu, seperti... ASTM D570 atau ISO 62, dengan durasi dan suhu yang disebutkan.
Untuk spesifikasi yang sebenarnya, silakan minta:
- Tingkat pengujian dan kondisi pengeringan;
- ketebalan spesimen;
- waktu perendaman dan suhu air;
- persentase perubahan massa;
- perubahan dimensi, jika toleransi ketat menjadi penting;
- Ketahanan sifat listrik atau mekanik setelah pengkondisian.
Penyerapan air yang rendah juga bukan berarti transmisi uap air nol. Silikon memiliki daya serap yang relatif tinggi. permeabilitas gas dan uap dibandingkan dengan banyak elastomer organik padat. Hal ini berguna untuk membran yang dapat bernapas tetapi dapat menjadi batasan dalam kemasan penghalang kelembaban atau wadah sensor.
Bagaimana Seharusnya Pembeli Menentukan Kepadatan Silikon?
Gunakan densitas sebagai salah satu properti terkontrol dalam spesifikasi material yang lengkap.
| Item spesifikasi | Persyaratan praktis |
|---|---|
| Kelas material | Pemasok dan kode senyawa yang tepat |
| Sistem penyembuhan | Platinum, peroksida, atau sistem spesifik tingkatan |
| Kepadatan atau berat jenis | Nilai nominal dan toleransi dari TDS yang disetujui |
| Metode pengujian | ASTM D792, ASTM D297, atau ISO 1183-1 |
| Kondisi pengujian | Suhu, kondisi spesimen, dan keadaan pengerasan |
| Toleransi berat bagian | Didefinisikan secara terpisah dari kepadatan material. |
| Kebutuhan air | Pengujian penyerapan, perendaman, tekanan, transmisi uap, atau IP. |
| Kontrol perubahan | Tidak diperbolehkan penggantian formulasi atau bahan pengisi tanpa persetujuan. |
Jangan hanya menggunakan densitas sebagai dasar untuk menerima senyawa silikon. Dua material dapat memiliki densitas yang sama tetapi berbeda dalam kekuatan tarik, ketahanan sobek, deformasi permanen akibat kompresi, persyaratan pengerasan pasca-ekstraksi, kandungan zat yang dapat diekstraksi, dan status regulasi.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
Apakah silikon food-grade mengapung?
Status kontak dengan makanan tidak menentukan daya apung. Sebagian besar bagian silikon padat yang bersentuhan dengan makanan akan tenggelam karena kepadatannya di atas 1,00 g/cm³. Desain yang berongga atau berbusa mungkin mengapung.
Apakah silikon lebih berat daripada air?
Sebagian besar karet silikon padat lebih berat per satuan volume daripada air tawar. Kepadatan senyawa tipikalnya sekitar 1,05–1,60 g/cm³, sedangkan air tawar mendekati 1,00 g/cm³.
Apakah kekerasan Shore yang lebih tinggi berarti kepadatan yang lebih tinggi?
Tidak selalu. Kekerasan dan densitas keduanya bergantung pada formulasi, tetapi tidak ada konversi universal di antara keduanya. Gunakan TDS senyawa untuk setiap nilai.
Batasan Desain
Untuk perhitungan berat, berikan volume CAD yang sudah jadi, berat sisipan, densitas senyawa yang disetujui, dan toleransi berat per bagian. Untuk daya apung, berikan massa rakitan lengkap, volume perpindahan eksternal, metode penyegelan rongga, dan cairan layanan. Untuk ketahanan air, tentukan tekanan, waktu, suhu, geometri sambungan, dan uji yang berlaku.
Tanpa masukan tersebut, pernyataan “silikon mengapung” dan “silikon kedap air” hanyalah generalisasi material, bukan spesifikasi produksi.
