La maggior parte dei dati meccanici sul silicone si perde in un mare di informazioni generiche, aggettivi come "flessibile" e "resistente", senza valori numerici né metodi di prova a supporto. Se state specificando una guarnizione, una tastiera, una tenuta o un componente stampato, questa lacuna vi fa perdere tempo e rischia di bloccare un valore di durezza o una specifica di resistenza allo strappo errati prima ancora di iniziare la produzione.
Gomma siliconica (VMQLa sua resistenza alla trazione è inferiore a quella del nitrile o della gomma naturale (in genere 4-11 MPa), ma mantiene un allungamento di 200-800% e conserva questo comportamento meccanico in un intervallo di temperatura compreso tra -60 °C e +230 °C. È questo compromesso, e non la resistenza massima, il motivo per cui viene specificato.
Le sezioni seguenti forniscono i valori di lavoro, il metodo ASTM alla base di ciascuno di essi e i casi in cui tali valori cessano di essere applicabili.
Proprietà meccaniche del silicone in sintesi
Si tratta di gamme di gomma siliconica per uso generale che rientrano nella più ampia gamma del silicone busta della proprietà fisica — vedere il guida completa agli immobili Per un quadro completo. I valori effettivi dipendono dal polimero di base, dal carico di riempitivo, dal sistema di polimerizzazione e dalla post-polimerizzazione. Considerateli come un punto di partenza, non come un sostituto della scheda tecnica.
| Proprietà | Gamma tipica (silicone per uso generale) | Standard di prova |
|---|---|---|
| Resistenza alla trazione | 4–11 MPa (gradi ad alta resistenza fino a ~13 MPa) | ASTM D412 |
| Allungamento a rottura | 200–800% | ASTM D412 |
| Modulo 100% (M100) | 0,5–3 MPa | ASTM D412 |
| Resistenza allo strappo | 10–55 kN/m | ASTM D624 |
| set di compressione | 10–40% (inferiore dopo la completa post-polimerizzazione) | ASTM D395 |
| Durezza | Shore A 10–80 | ASTM D2240 |
Resistenza alla trazione
La resistenza alla trazione è lo stress che un componente in silicone sopporta prima di rompersi per trazione, misurato su un campione a manubrio per ASTM D412. Il silicone per uso generale arriva a 4–11 MPa. I gradi ad alta resistenza e ad alta resistenza allo strappo raggiungono circa 13 MPa.
Si tratta di un valore inferiore rispetto alla gomma naturale o al nitrile, e raramente rappresenta il fattore limitante nella pratica. Il silicone è specificato per guarnizioni, isolamento e componenti soft-touch, dove l'allungamento, la deformazione permanente da compressione e la stabilità termica sono più importanti della resistenza massima alla trazione. Tipo di riempitivo e carico spostare il numero più di tutti: rinforzando silice pirogenica aumenta la resistenza alla trazione, mentre i riempitivi estensibili pesanti la diminuiscono per ridurre i costi.
Se un componente è effettivamente sottoposto a carico di trazione, il silicone è solitamente il materiale sbagliato: si tratta di un limite di progettazione, non di un problema che si può risolvere con delle regolazioni.
Allungamento a rottura (elasticità e flessibilità)
L'allungamento a rottura è la distanza di cui il silicone si allunga prima della rottura, espressa come percentuale della lunghezza originale e misurata sullo stesso campione ASTM D412 utilizzato per la resistenza alla trazione. Tipicamente, il silicone si allunga. 200–800%, con i gradi di durezza inferiore più morbidi che si collocano nella fascia alta.
Questa è la proprietà alla base dell'elasticità e della flessibilità del silicone. Permette a un ciuccio con durezza 30 Shore A, a un coperchio elastico o a un soffietto di deformarsi ripetutamente e tornare alla forma originale. L'allungamento e la durezza sono inversamente proporzionali: all'aumentare della durezza (in durometro) di un componente, l'allungamento diminuisce.
Modulo 100% (M100 / M300)
Il modulo è la sollecitazione necessaria per allungare il campione fino a un allungamento prestabilito: M100 a 100% di allungamento, M300 a 300%, e si legge anche dal test D412. Il silicone M100 in genere si trova a 0,5–3 MPa.
Per i componenti soggetti a flessioni ripetute a bassa deformazione, come tastiere e membrane, il modulo elastico è più importante della resistenza alla trazione. Descrive la forza necessaria per la deflessione, che è ciò che un progettista effettivamente percepisce e specifica. Due leghe possono avere lo stesso valore di resistenza alla trazione e comportarsi in modo molto diverso in esercizio perché le loro curve di modulo elastico differiscono.
Resistenza allo strappo
La resistenza allo strappo è la resistenza a un taglio o a un'incisione che si propaga, misurata per ASTM D624 (comunemente Die B o Die C) e riportato in kN/m. Il silicone varia da 10–55 kN/m: i gradi per uso generale si trovano nella fascia inferiore, mentre le formulazioni in silicone ad alta resistenza alle lacrime occupano la fascia superiore.
La resistenza allo strappo, non alla trazione, è la specifica che determina se i componenti a parete sottile e quelli con angoli interni acuti sopravvivono allo stampaggio e all'utilizzo sul campo. I prodotti per neonati, le membrane sottili e i componenti con raggi di curvatura stretti dovrebbero essere valutati in base a un elevato grado di resistenza allo strappo. Un piccolo taglio che sarebbe solo un difetto estetico su un componente spesso, diventa il punto di innesco di una rottura su uno sottile.
Set di compressione
La deformazione permanente misura quanta deformazione permanente rimane dopo che una parte in silicone è stata tenuta compressa e poi rilasciata — testata per ASTM D395 (Metodo B, deflessione costante). Una percentuale inferiore è migliore. Il silicone scorre 10–40%, e una post-polimerizzazione completa lo spinge verso il limite inferiore.
Questa è la proprietà che definisce un silicone guarnizione o sigillo. La bassa deformazione permanente è il motivo principale per cui il silicone supera la maggior parte degli elastomeri nelle prestazioni di tenuta statica in un ampio intervallo di temperature: rimane compresso e continua a sigillare invece di deformarsi e causare perdite.
Il sistema di polimerizzazione e la post-polimerizzazione sono i fattori determinanti. Il silicone polimerizzato al platino con una post-polimerizzazione adeguata garantisce una bassa deformazione permanente da compressione; un materiale non completamente polimerizzato o polimerizzato al perossido senza un'adeguata post-polimerizzazione non la garantisce. Se la funzione è la sigillatura a lungo termine, il valore da richiedere sulla scheda tecnica è la deformazione permanente da compressione dopo la post-polimerizzazione, non il valore a stampo.
Come la durezza si collega ai valori meccanici
La durezza (durometro) viene misurata per ASTM D2240 sulla scala Shore A, con silicone comunemente disponibile da Shore A da 10 a 80. La durezza non è un valore di resistenza, ma è il predittore più rapido degli altri: i materiali più morbidi si allungano di più (maggiore allungamento) e risultano più cedevoli al tatto (modulo elastico inferiore); i materiali più duri resistono alla deformazione ma perdono allungamento.
Nella maggior parte delle discussioni sull'approvvigionamento, il durometro è il primo parametro da considerare. I valori di resistenza alla trazione, allo strappo e al modulo elastico variano di conseguenza.
Imparentato: Durezza Shore A del silicone: effetti su sensazione al tatto, tenuta e durata — la guida completa alla scelta tra silicone morbido e rigido e alla classificazione in base alla durezza per applicazione.
Silicone contro altri elastomeri
I valori meccanici hanno un senso solo se confrontati. Rispetto alle gomme comuni, il silicone sacrifica la resistenza pura a favore di un intervallo di temperatura, una deformazione permanente e una resistenza all'invecchiamento.
| Proprietà | Silicone (VMQ) | Gomma naturale (NR) | EPDM | Nitrile (NBR) |
|---|---|---|---|---|
| Resistenza alla trazione | 4–11 MPa | 20–30 MPa | 7–21 MPa | 10–25 MPa |
| Allungamento a rottura | 200–800% | 400–700% | 200–600% | 300–600% |
| Resistenza allo strappo | Basso-moderato | Alto | Moderare | Moderare |
| set di compressione | Eccellente (basso) | Povero | Bene | Moderare |
| Temperatura di servizio | da -60 a +230 °C | da -50 a +80 °C | da -50 a +150 °C | da -30 a +120 °C |
| UV / ozono / invecchiamento | Eccellente | Povero | Eccellente | Povero |
Il punto chiave è ristretto: se il componente necessita di massima resistenza alla trazione o allo strappo a temperatura ambiente, NR o NBR sono i migliori per gli elementi meccanici. Se invece deve garantire una tenuta affidabile, resistere al calore e agli agenti atmosferici, e mantiene la sua forma per anni, la minore resistenza del silicone è un compromesso accettabile.
Dove questi numeri smettono di essere validi
Ogni intervallo sopra indicato dipende dal grado e dal processo. Il sistema di riempimento, la chimica di polimerizzazione e la post-polimerizzazione possono influenzare la resistenza alla trazione, allo strappo e alla deformazione permanente a compressione lungo l'intera banda: due componenti etichettati entrambi come "silicone" possono differire fino al doppio in termini di resistenza allo strappo. Il valore pubblicato si riferisce inoltre a campioni di laboratorio, non allo spessore della parete, alla geometria o alle sollecitazioni di sformatura.
Prima che questi valori diventino una specifica reale, sono necessari tre input: la durezza Shore A target, la funzione di controllo (sigillatura statica, flessione dinamica o strutturale) e l'intervallo di temperatura di esercizio. Con questi elementi, la classe meccanica si restringe rapidamente. Senza di essi, qualsiasi singolo valore di resistenza alla trazione o allo strappo è solo un dato, non una specifica.
Domande frequenti
Qual è la resistenza alla trazione della gomma siliconica?
Il silicone per uso generale ha una resistenza da 4 a 11 MPa secondo la norma ASTM D412, con gradi ad alta resistenza che arrivano fino a circa 13 MPa. È inferiore alla gomma nitrilica o alla gomma naturale.
Quanto può allungarsi il silicone prima di rompersi?
L'allungamento a rottura è tipicamente compreso tra 200 e 800%. I gradi più morbidi e a bassa durezza si allungano maggiormente.
Il silicone ha una buona resistenza alla compressione?
Sì. Con una durezza di circa 10–40% (inferiore dopo una completa post-polimerizzazione), il silicone mantiene la sua forma sotto compressione prolungata meglio della maggior parte degli elastomeri, motivo per cui viene utilizzato per guarnizioni e tenute.
Quale dei due è più resistente, il silicone o l'EPDM?
Quale dei due è più resistente, il silicone o l'EPDM?
Perché il silicone ha una bassa resistenza alla trazione ma un'elevata elasticità?
La struttura flessibile del silicone, costituita da legami silossanici (Si–O), si allunga facilmente, raggiungendo valori compresi tra 200 e 8001 TP3T, ma le stesse deboli forze intermolecolari limitano la resistenza alla trazione a 4–11 MPa. I riempitivi di rinforzo, come la silice pirogenica, aumentano la resistenza alla trazione senza compromettere eccessivamente la flessibilità.
Quale standard ASTM viene utilizzato per la resistenza allo strappo del silicone?
La resistenza allo strappo viene misurata secondo lo standard ASTM D624 (comunemente con la matrice B o la matrice C) ed espressa in kN/m. Il silicone per uso generale ha valori compresi tra 10 e 55 kN/m, con le classi ad alta resistenza allo strappo nella parte superiore dell'intervallo.
Qual è il modulo 100% (M100) del silicone?
M100 è la sollecitazione necessaria per allungare un campione fino a un allungamento di 100%, tipicamente 0,5–3 MPa per il silicone secondo ASTM D412. Prevede la forza di deflessione meglio della resistenza alla trazione per componenti sottoposti a flessioni ripetute a bassa deformazione, come tastiere e membrane.
