Cosa determina se un prodotto in silicone risulta morbido ed elastico oppure rigido e sodo?
La risposta sta nella durezza Shore. È un parametro standard per misurare la rigidità o la morbidezza del silicone. Che si progettino prodotti per il comfort, la flessibilità, la durata o il supporto, ottenere la giusta durezza Shore è fondamentale per le prestazioni e la soddisfazione dell'utente.
In questo articolo, analizzeremo cos'è la durezza Shore del silicone, come viene misurata, le diverse scale come Shore 00, A e D e come scegliere la durezza giusta per diverse applicazioni. Questa guida vi fornirà una comprensione chiara e pratica di come la durezza Shore influisce sui prodotti in silicone.
Che cos'è la durezza Shore del silicone?
La durezza Shore è un metodo standard per misurare la durezza o la morbidezza del silicone. Se vuoi sapere quanto è duro un pezzo di silicone, usiamo un Durometro ShoreQuesto strumento preme un perno sulla superficie con una forza impostata e fornisce una lettura da 0 a 100, in base alla profondità a cui è spinto il perno.
Nell'industria del silicone, utilizziamo più comunemente le scale Shore 00, Shore A o Shore D. Un numero più basso indica che il silicone è più morbido e flessibile. Un numero più alto indica che è più duro e meno elastico.
La durezza Shore non è solo un valore tecnico. Influisce sulla sensazione al tatto, sulle prestazioni e sulla funzionalità del prodotto. Ecco perché scegliere e controllare la durezza corretta è così importante nella progettazione e nella realizzazione di prodotti in silicone.
Come viene classificata la durezza Shore del silicone?
Il silicone ha un'ampia gamma di durezza, dalla morbidezza gelatinosa alla rigidità plastica. Questa può essere regolata modificando la formula. Per misurarla, utilizziamo principalmente tre scale standard: Shore 00, Shore A e Shore D. Ogni scala va da 0 a 100. Più alto è il numero, più duro è il silicone.
Shore 00: per materiali estremamente morbidi
Shore 00 è specificamente progettato per misurare materiali estremamente morbidi.
Intervallo tipico: Da 10 a 90 Shore 00
Applicazioni: Gel medicali morbidi, cuscinetti antidecubito, trucco per effetti speciali
Shore A: la scala più comunemente usata
Shore A è la scala più comune per il silicone. Copre tutto, dalla gomma morbida alle parti semirigide.
Intervallo tipico: da 10 a 95 Shore A
Applicazioni:
- Bassa durezza (10A – 30A): Ciucci per bambini, custodie morbide per telefoni, tubi medici
- Durezza media (40A – 60A): Cover per telefoni, utensili da cucina, O-ring
- Elevata durezza (70A – 90A): Pulsanti in silicone, guarnizioni per auto, guarnizioni industriali
Shore D: Per materiali duri
Per il silicone molto duro utilizziamo la scala Shore D. È pensata per la gomma dura e la plastica.
Intervallo tipico: Da 20 a 90 Shore D
Applicazioni: Guarnizioni rigide, manici per utensili, rulli industriali
Quali fattori influenzano la durezza Shore del silicone?
La durezza Shore è una proprietà importante del silicone. Influisce sulla sensazione al tatto del prodotto, sulle sue prestazioni e sulla sua idoneità a specifiche applicazioni. Ma cosa determina esattamente la morbidezza o la durezza del silicone? Diversi fattori, dalla formulazione chimica all'utilizzo pratico, possono fare una grande differenza.
Formulazione delle materie prime
La composizione chimica del silicone è alla base della sua durezza. Anche piccole modifiche alla formula di base possono comportare differenze notevoli nella sensazione al tatto e nelle prestazioni del prodotto finale.
- Struttura portante in silossano: Il peso molecolare e la densità di reticolazione influiscono direttamente sulla durezza. Una densità di reticolazione più elevata aumenta la durezza, ma può ridurre l'elasticità.
- Riempitivi: Il tipo e la quantità di riempitivi come silice e carbonato di calcio contribuiscono a regolare la durezza. Ad esempio, un aumento del contenuto di silice può aumentare la durezza fino a circa 70 Shore A, ma può ridurre la resistenza allo strappo.
- Agenti di polimerizzazione: I sistemi di polimerizzazione al perossido sono spesso utilizzati per il silicone vulcanizzato ad alta temperatura (HTV), adatti per prodotti più duri. I catalizzatori al platino sono comuni nella gomma siliconica liquida (LSR), ideali per articoli medicali più morbidi.
Processo di fabbricazione
La durezza non è determinata solo dalla composizione del silicone. Anche il modo in cui viene lavorato durante la produzione gioca un ruolo fondamentale.
- Condizioni di stagionatura: La vulcanizzazione ad alta temperatura (150–200 °C) aumenta la reticolazione e la durezza. La vulcanizzazione a temperatura ambiente (RTV) è più adatta per prodotti più morbidi.
- Processo di miscelazione: Una scarsa dispersione dei riempitivi può causare una durezza non uniforme e compromettere la qualità del prodotto.
- Post-polimerizzazione: La polimerizzazione secondaria può migliorare la durezza e rilasciare lo stress residuo.
Condizioni ambientali e di utilizzo
Il silicone non esiste nel vuoto. Una volta utilizzato, l'ambiente e le sollecitazioni a cui è sottoposto possono modificarne gradualmente la durezza nel tempo.
- Temperatura: Il silicone può ammorbidirsi a temperature elevate e indurirsi leggermente a basse temperature. Ad esempio, il silicone 20 Shore A può avere una consistenza 25 Shore A a -40 °C.
- Invecchiamento: L'esposizione prolungata ai raggi UV o alle sostanze chimiche può alterare la durezza e ridurre la durata del prodotto.
- Stress: La compressione o lo stiramento ripetuti possono alterare la durezza, soprattutto nei siliconi più morbidi.
In che modo la durezza è correlata all'elasticità, alla resistenza alla trazione e alla resistenza allo strappo?
La durezza, il modulo di elasticità, la resistenza alla trazione e la resistenza allo strappo del silicone sono tutti fattori correlati. Non si tratta di caratteristiche isolate. Riflettono la fitta reticolazione della rete molecolare del silicone.
Modulo di elasticità
Misura la resistenza di un materiale allo stiramento e la sua capacità di tornare alla sua forma originale.
Il silicone più duro ha solitamente un modulo elastico più elevato. Resiste meglio alla deformazione e risulta più rigido al tatto.
Questo perché il silicone più duro tende ad avere una densità di reticolazione più elevata, che limita il movimento della catena e rende il materiale meno flessibile ma più stabile.
Resistenza alla trazione
Questa è la massima sollecitazione che il silicone può sopportare prima di rompersi quando viene tirato.
Il legame tra durezza e resistenza alla trazione non è lineare.
Con l'aumentare della durezza, solitamente migliora anche la resistenza alla trazione.
Ma una durezza eccessiva può avere effetti collaterali. Il materiale diventa fragile e può rompersi più facilmente, poiché lo stress non riesce a distribuirsi uniformemente su catene eccessivamente rigide.
Quindi, trovare il giusto equilibrio è importante. Una custodia per telefono, ad esempio, deve essere sufficientemente rigida per proteggere, ma anche robusta per evitare strappi o crepe.
Resistenza allo strappo
Ciò dimostra quanto bene il silicone resiste alla propagazione di una crepa una volta formatasi.
Per i siliconi morbidi e medi (20A–40A), l'aggiunta di un po' di durezza solitamente aumenta la resistenza allo strappo.
Ma se la durezza aumenta troppo (oltre 60A–70A), la resistenza allo strappo potrebbe diminuire. Le catene perdono flessibilità, quindi una volta formatosi un taglio, possono rompersi rapidamente.
La resistenza allo strappo è fondamentale per gli articoli sottili, sensibili ai bordi o flessibili, come guarnizioni, guanti o parti che vengono montate e smontate spesso.
Cosa succede se il silicone è troppo duro o troppo morbido?
E se il silicone fosse troppo duro? E se fosse troppo morbido? Sono preoccupazioni legittime. Valori di durezza estremi, in entrambe le direzioni, possono compromettere seriamente le prestazioni di un prodotto e l'esperienza d'uso.
Non esiste una soluzione universale. Una custodia per telefono, una guarnizione o una tastiera richiedono tutti equilibri diversi. Troppa rigidità può compromettere il comfort o la flessibilità, mentre troppo poca può causare instabilità e usura.
Per chiarire questi rischi, la tabella seguente illustra i problemi che possono verificarsi quando il silicone è troppo duro o troppo morbido, insieme ai potenziali compromessi da considerare nella scelta del materiale.
| Condizione di durezza | Potenziali problemi | Impatto sulle prestazioni |
| Troppo difficile | Scarsa sensazione tattile e disagio nei prodotti rivolti all'utente | Comfort ridotto, soprattutto per gli oggetti portatili o indossabili |
| Scarso assorbimento degli urti | Protezione meno efficace in caso di cadute o impatti | |
| Sigillatura inadeguata su superfici irregolari | Aumento del rischio di perdite o bypass di aria/fluido | |
| Maggiore fragilità | Tende a screpolarsi o rompersi sotto stress o piegatura | |
| Difficile sformatura | Potrebbe strapparsi o deformarsi durante la produzione | |
| Scarsa flessibilità alle basse temperature | Può irrigidirsi in ambienti freddi, limitandone la funzione | |
| Troppo morbido | Manca il supporto strutturale | Si deforma facilmente, perde la stabilità della forma |
| Scarsa resistenza all'abrasione e allo strappo | Si consuma rapidamente, durata del prodotto più breve | |
| Rimbalzo lento, scarsa sensazione di pressione dei tasti | Feedback tattile insoddisfacente per pulsanti o interruttori | |
| Difficile da elaborare durante lo stampaggio o la post-elaborazione | Potrebbe non riempire bene lo stampo o essere troppo morbido da maneggiare dopo la polimerizzazione | |
| Elevata compressione | Non si riprende dopo una compressione a lungo termine, portando alla perdita di funzionalità | |
| La superficie attira facilmente la polvere | La consistenza appiccicosa può raccogliere polvere, riducendo l'aspetto visivo e igienico |
Come scegliere la giusta durezza del silicone?
La scelta della giusta durezza del silicone non è casuale. Dipende da come verrà utilizzato il prodotto, da come deve essere al tatto e da come deve essere realizzato. Proprio come la scelta delle suole delle scarpe: alcune devono ammortizzare, altre devono sostenere.
Ecco una guida per scegliere la durezza giusta in base ai diversi utilizzi.
Prodotti a contatto con la pelle: dare priorità alla sensazione "delicata sulla pelle"
Per i prodotti a contatto con la pelle, comfort e sicurezza vengono prima di tutto.
La durezza del silicone consigliata è solitamente compresa tra 10A e 40A, a volte anche fino a Shore 00.
I prodotti per neonati come ciucci, massaggiagengive e aspiratori nasali utilizzano solitamente silicone con durezza compresa tra 20A e 30A. Questa morbidezza riproduce la sensazione della pelle e garantisce sicurezza e comfort per la bocca e la pelle delicate dei neonati.
I dispositivi medici, come cateteri, maschere respiratorie e rivestimenti protesici, hanno un intervallo di durezza più ampio, da 10A a 50A, a seconda della loro funzione. Ad esempio, i cateteri spesso richiedono una durezza intorno a 20A per garantire flessibilità, mentre i rivestimenti protesici possono richiedere fino a 50A per offrire un supporto leggero. Alcuni cerotti cicatriziali ultra-morbidi utilizzano persino silicone Shore 00 per ottenere la massima morbidezza e adattarsi perfettamente alla pelle.
I dispositivi indossabili come i cinturini degli smartwatch e i gommini degli auricolari hanno generalmente una resistenza compresa tra 30A e 50A. Questo intervallo bilancia comfort e stabilità: troppo morbidi possono dare una sensazione di allentamento, mentre troppo duri possono causare fastidio.
Beni di consumo quotidiani e utensili da cucina: equilibrio tra funzionalità e sensazione
I beni di consumo quotidiano e gli utensili da cucina necessitano di un silicone pratico, durevole e comodo da usare.
L'intervallo di durezza consigliato per questi prodotti è generalmente compreso tra 40A e 70A.
Gli utensili da cucina come spatole, stampi da forno e coperchi utilizzano solitamente silicone da 40A a 60A. Questo intervallo è sufficientemente resistente per gestire le operazioni di mescolamento e cottura, pur essendo sufficientemente flessibile per un facile utilizzo. Gli stampi devono anche rilasciare facilmente il cibo e mantenere bene la forma.
Le protezioni per dispositivi, tra cui custodie per telefoni e tablet o cover per telecomandi, rientrano in genere nell'intervallo da 40A a 60A. Questo livello di durezza offre una morbidezza sufficiente per assorbire gli urti e garantire una presa salda, pur essendo sufficientemente rigido da mantenere la forma.
Gli articoli per la casa come manici di spazzolini da denti, tovagliette e coperchi di tazze variano da 40A a 70A, a seconda della presa, della consistenza e del supporto necessari.
Applicazioni industriali: enfatizzare le prestazioni e l'adattamento ambientale
Il silicone industriale deve resistere a pressione, calore, vibrazioni e usura.
La durezza consigliata varia da 50A a 90A, mentre per le parti più rigide si utilizza la durezza Shore D.
Le guarnizioni come gli O-ring, le guarnizioni e le strisce di tenuta hanno solitamente una durezza compresa tra 50A e 70A. Necessitano della giusta durezza per mantenere una tenuta stagna sotto pressione ed evitare perdite; per ambienti difficili è preferibile una durezza maggiore.
I cuscinetti e i tamponi smorzanti hanno solitamente una resistenza compresa tra 50A e 65A, offrendo una morbidezza sufficiente ad assorbire gli urti, pur rimanendo sufficientemente resistenti da resistere alla deformazione.
I materiali per l'isolamento dei cavi e per l'incapsulamento elettrico variano notevolmente in termini di durezza, a seconda della loro funzione, ma si concentrano su isolamento, resistenza al calore e durata.
I rulli industriali e i nastri trasportatori spesso richiedono una durezza pari o superiore a 70A, a volte persino Shore D, per garantire un'eccellente resistenza, resistenza all'abrasione e stabilità sotto carichi pesanti.
Componenti strutturali e materiali compositi: durezza per il supporto
Quando il silicone fa parte di una struttura o è stratificato con altri materiali, deve rimanere solido e stabile.
Per queste applicazioni, la durezza consigliata è 70A o superiore, ovvero Shore D.
I pulsanti rigidi o i tasti devono offrire un feedback tattile chiaro e durevole, solitamente utilizzando silicone con durezza compresa tra 70A e 85A.
I componenti di supporto interno richiedono una durezza ancora maggiore, solitamente compresa tra 80A e 90A, o Shore D, per mantenere la forma e resistere alle forze.
Per il sovrastampaggio in silicone su utensili o dispositivi, la durezza dipende dalla presa e dalla funzione richieste. I manici degli utensili sono spesso realizzati in silicone con durezza compresa tra 60A e 80A, bilanciando comfort, resistenza e durata.
Conclusione
La durezza Shore è più di un semplice numero. È un fattore cruciale che determina la sensazione al tatto, le prestazioni e il funzionamento del silicone nell'uso quotidiano. Comprendendo i diversi livelli di durezza e il modo in cui si relazionano a esigenze specifiche, è possibile fare scelte di materiali più intelligenti ed efficaci.
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