Il silicone viene spesso descritto come leggero, impermeabile e idrofobico. È facile confondere questi termini. La densità tipica del silicone solido è di circa 1,05–1,60 g/cm³, quindi la maggior parte dei componenti in silicone non espanso affonda in acqua. L'idrofobicità fa sì che l'acqua formi gocce sulla superficie, ma non rende ogni oggetto in silicone a tenuta stagna o impermeabile.
Nella progettazione del prodotto, sono fondamentali tre aspetti distinti: la densità del composto, la densità media dell'intero componente e il modo in cui l'acqua interagisce con la superficie e la geometria della guarnizione.
Qual è la densità tipica del silicone?
La densità di una mescola di gomma siliconica vulcanizzata è data dalla sua massa divisa per il suo volume. Viene solitamente espressa in g/cm³, kg/m³ o come peso specifico.
Per molti solidi composti HCR E Composti LSR, un intervallo di partenza pratico è 1,05–1,60 g/cm³. WACKER riporta questo intervallo per la gomma siliconica e osserva che ulteriori riempitivi inattivi come il quarzo possono aumentare la densità a circa 1,75 g/cm³. I singoli composti speciali possono rientrare al di fuori di questo intervallo, pertanto il valore di riferimento rimane quello riportato nella scheda tecnica del materiale approvato.
| Materiale o costruzione in silicone | Intervallo di densità pratico | Tendenza alla galleggiabilità in acqua dolce | Motivo principale della variazione |
|---|---|---|---|
| Gomma siliconica solida per uso generale | 1,05–1,30 g/cm³ | Di solito i lavandini | Polimero, silice di rinforzo, pigmento e additivi |
| mescola siliconica ad alto contenuto di riempitivo | 1,30–1,75+ g/cm³ | Lavandini | Quarzo, ossido metallico o altro riempitivo ad alta densità |
| Fluorosilicone o composto speciale | Specifico per grado scolastico | Di solito i lavandini | Diverse confezioni di polimeri e riempitivi |
| Gommapiuma o spugna di silicone | Spesso inferiore a 1,0 g/cm³ | Potrebbe galleggiare | Struttura cellulare chiusa o aperta |
| Parte cava in silicone stampato | Dipende dalla massa totale e dal volume spostato. | Potrebbe galleggiare | L'aria intrappolata riduce la densità media del componente. |
Questi sono intervalli di progetto, non limiti di controllo in entrata. Per gli acquisti e il controllo qualità, specificare la densità indicata nella scheda tecnica approvata e definire il metodo di prova.
Densità e peso specifico sono la stessa cosa?
Sono strettamente imparentati, ma non identici.
Densità è la massa per unità di volume. Peso specifico È il rapporto tra la densità di un materiale e la densità dell'acqua a una determinata temperatura. Poiché la densità dell'acqua è vicina a 1,00 g/cm³, i valori numerici sono spesso simili quando la densità viene espressa in g/cm³.
Un composto siliconico con una densità di 1,20 g/cm³ ha quindi un peso specifico prossimo a 1,20 in condizioni di prova ordinarie.
Per i componenti in silicone solido, i metodi di misurazione più comuni includono:
- ASTM D792 per densità e peso specifico mediante spostamento
- Metodo A della norma ISO 1183-1 per la misurazione dell'immersione
- ASTM D297 metodi utilizzati per prodotti e mescole di gomma
Il metodo, le condizioni del campione, la temperatura e la presenza di bolle intrappolate influenzano il risultato. Confrontare i dati dei fornitori senza verificare il metodo può generare una differenza falsata.
Il silicone galleggia in acqua?
La maggior parte della gomma siliconica solida non espansa affonda perché la sua densità è superiore a quella dell'acqua dolce.
La condizione fondamentale è:
- Se la densità media delle parti è inferiore a 1,00 g/cm³, la parte può galleggiare in acqua dolce.
- Se la densità media delle parti è superiore a 1,00 g/cm³, il pezzo affonda a meno che la sua geometria non intrappoli abbastanza aria.
- Nell'acqua salata, la densità del liquido è maggiore, quindi la stessa parte riceve una forza di galleggiamento leggermente superiore.
SIMTEC riporta una densità LSR tipica di 1,10–1,50 g/cm³ e nota che l'LSR solido affonda quindi. La parola importante è solido. Un giocattolo da bagno cavo, un galleggiante sigillato o un assemblaggio sovrastampato possono galleggiare anche se il loro rivestimento in silicone è più denso dell'acqua.
Esempio di silicone solido
Un componente in silicone solido ha:
- Volume: 100 cm³
- Densità del composto: 1,20 g/cm³
- Massa: 100 × 1,20 = 120 g
Quando è completamente immerso, sposta circa 100 g di acqua dolce. Il pezzo pesa più dell'acqua spostata, quindi affonda.
esempio di silicone cavo
Si supponga che una parte sigillata pesi 70 g e sposti 150 cm³ di acqua in base al suo volume esterno.
Densità media dei pezzi = 70 ÷ 150 = 0,47 g/cm³
La cavità d'aria sigillata riduce la densità dell'intero assemblaggio al di sotto di quella dell'acqua, consentendo al componente di galleggiare. Se la cavità perde e si riempie d'acqua, questo vantaggio scompare.
Quanto pesa un componente in silicone?
Utilizzare la densità del composto finito, non un valore generico del silicone.
Massa = volume × densità
Per le dimensioni in millimetri:
Massa (g) = volume (mm³) ÷ 1.000 × densità (g/cm³)
Un cuscinetto rettangolare in silicone di dimensioni 100 × 50 × 5 mm ha un volume di 25.000 mm³, ovvero 25 cm³. Con una densità di 1,20 g/cm³, la massa stimata è:
25 × 1,20 = 30 g
| Ingresso | Esempio di valore | Rischio di approvvigionamento se assunto |
|---|---|---|
| Volume netto stampato | 25 cm³ | Il volume CAD potrebbe escludere nervature, canali di accesso o inserti. |
| Densità del composto | 1,20 g/cm³ | Una formulazione sostitutiva modifica il peso del pezzo |
| Massa stimata della parte | 30 g | Le stime relative all'imballaggio e al trasporto possono variare per ordini di grandi dimensioni. |
| Quantità dell'ordine | 100.000 pezzi | Un errore di 2 g diventa 200 kg sull'intera spedizione |
Questo calcolo è utile per la formulazione di preventivi e stime di imballaggio. I limiti di peso finali per singolo pezzo dovrebbero essere ricavati da campioni validati, poiché le sbavature, il peso dell'inserto, il pigmento, il contenuto di riempitivo e le variazioni di stampaggio rimangono nel pezzo finito.
Quali fattori influenzano la densità del silicone?
La densità del silicone dipende dalla formulazione. Non è determinata unicamente dal nome del polimero.
Cariche di rinforzo e inattive
La silice pirogenica o precipitata rinforza il polimero. Il quarzo e altri riempitivi minerali possono aumentarne ulteriormente la densità. Un compounder può utilizzare riempitivi per regolare la durezza, la resistenza allo strappo, la reologia, il comportamento elettrico, la resistenza al rigonfiamento o il costo. Durezza Shore A Pertanto, è possibile ottenerli con diverse formulazioni e diverse densità.
Pigmenti e additivi funzionali
Il masterbatch di colore solitamente provoca una variazione minore rispetto a un elevato carico di riempitivo, ma l'effetto è misurabile quando le tolleranze di peso del pezzo sono ristrette. Gli additivi ignifughi, termoconduttivi, elettricamente conduttivi o radiopachi possono modificare sostanzialmente la densità.
Aria, vuoti e struttura cellulare
Il silicone espanso contiene celle di gas e può avere una densità apparente inferiore a 1,00 g/cm³. Anche i vuoti indesiderati possono ridurre la densità misurata di un campione, ma questo è un segnale di difetto piuttosto che una valida via per la riduzione del peso.
Controllo della cura e del processo
Le condizioni di polimerizzazione hanno normalmente un'influenza minore sulla densità rispetto alla formulazione, ma errori di miscelazione, un rapporto A:B errato per LSR, contaminazione o aria intrappolata possono alterare i valori misurati. La densità è quindi utile come rapido controllo preliminare, non come prova che ogni proprietà meccanica o di conformità sia corretta.
Il silicone è idrofobico?
Il silicone a base di PDMS non trattato è intrinsecamente idrofobico perché i gruppi metilici si orientano sulla sua superficie a bassa energia. L'acqua tende a formare gocce invece di diffondersi su una superficie foglio di silicone.
Un angolo di contatto con l'acqua comunemente riportato per il PDMS non trattato è di circa 100–120°. Le misurazioni pubblicate variano in base alla formulazione, alla rugosità della superficie, alla pulizia, al metodo di deposizione delle gocce e al condizionamento. Un angolo di contatto superiore a 90° indica generalmente un comportamento di bagnatura idrofobica.
L'idrofobicità descrive l'interazione della superficie con una goccia d'acqua. Non descrive il comportamento completo di un prodotto stampato.
| Proprietà | Cosa misura | Ciò che non dimostra |
|---|---|---|
| angolo di contatto dell'acqua | Bagnabilità della superficie | Resistenza alle perdite di un assemblaggio |
| Assorbimento dell'acqua | Aumento di massa dopo un periodo di esposizione definito | comportamento di formazione di gocce sulla superficie |
| permeabilità al vapore acqueo | Trasporto di umidità attraverso il materiale | Resistenza alla perdita di acqua liquida in una giunzione |
| Grado di protezione IP | Protezione dell'involucro secondo un test definito | Prestazioni universali a qualsiasi pressione e durata |
Anche il trattamento superficiale influisce sul risultato. Il trattamento al plasma di ossigeno o a corona può rendere temporaneamente il PDMS più idrofilo, migliorando l'adesione, il rivestimento o la bagnabilità microfluidica. Le superfici in silicone possono quindi recuperare la loro idrofobia nel tempo. Pertanto, le prove di adesione dovrebbero definire il tempo consentito tra il trattamento e l'applicazione dell'adesivo.
Il silicone è impermeabile?
Un componente continuo in silicone è generalmente resistente all'acqua liquida, ma la dicitura "impermeabile" si riferisce al sistema piuttosto che alla proprietà del materiale di base.
Una guarnizione stampata può comunque perdere quando:
- La compressione è troppo bassa o irregolare;
- la linea di separazione attraversa la superficie di tenuta;
- bagliori, linee di lavorazione, polvere o danni superficiali creano un percorso di infiltrazione;
- La deformazione permanente da compressione riduce la forza di tenuta nel corso di ripetuti cicli termici;
- l'alloggiamento si flette sotto pressione;
- Il design del giunto si basa su un adesivo che non bagna il silicone non trattato;
- L'involucro viene testato a una pressione o per una durata al di fuori dei suoi limiti di progetto.
Spesso i team sovrastimano l'idrofobicità perché la presenza di gocce d'acqua visibili sembra una prova di tenuta. In fase di produzione, il percorso della perdita si trova solitamente all'interfaccia, non al centro di una sezione di silicone integra.
Per un involucro, definire il requisito effettivo: esposizione a spruzzi, immersione continua, pressione idrostatica, vapore, acqua salata, prodotti chimici per la pulizia o test IP. Queste condizioni non sono intercambiabili.
Quanta acqua assorbe il silicone?
La gomma siliconica in genere ha un basso assorbimento d'acqua, ma un valore universale come "inferiore a 0,5%" non dovrebbe essere applicato a ogni mescola.
I database pubblicati contengono un'ampia gamma perché combinano gomma densa, schiuma, formulazioni speciali, diversi spessori dei campioni e diverse condizioni di esposizione. L'assorbimento d'acqua deve quindi essere legato a un grado e a un metodo come ASTM D570 O ISO 62, con la durata e la temperatura indicate.
Per una specifica completa, si prega di richiedere:
- il grado testato e le condizioni di polimerizzazione;
- spessore del campione;
- tempo di immersione e temperatura dell'acqua;
- variazione percentuale di massa;
- variazione dimensionale, se le tolleranze ristrette sono importanti;
- mantenimento delle proprietà elettriche o meccaniche dopo il condizionamento.
Un basso assorbimento d'acqua non significa nemmeno una trasmissione di vapore acqueo pari a zero. Il silicone ha una trasmissione relativamente elevata. permeabilità ai gas e ai vapori Rispetto a molti elastomeri organici densi, questa caratteristica è utile per le membrane traspiranti, ma può rappresentare un limite negli imballaggi con barriera all'umidità o negli involucri dei sensori.
Come dovrebbero specificare gli acquirenti la densità del silicone?
Utilizzare la densità come una proprietà controllata all'interno di una specifica completa del materiale.
| Elemento di specifica | Requisito pratico |
|---|---|
| Grado del materiale | Fornitore e codice esatto del composto |
| Sistema di cura | Sistema a platino, perossido o specifico per grado |
| Densità o peso specifico | Valore nominale e tolleranza secondo le specifiche tecniche approvate |
| Metodo di prova | ASTM D792, ASTM D297 o ISO 1183-1 |
| Condizioni di prova | Temperatura, condizioni del campione e stato di polimerizzazione |
| Tolleranza di peso parziale | Definita separatamente dalla densità del materiale |
| Fabbisogno idrico | Test di assorbimento, immersione, pressione, trasmissione del vapore o IP |
| Cambiare controllo | Nessuna modifica alla formulazione o sostituzione degli eccipienti senza autorizzazione. |
Non utilizzare la sola densità per scegliere un composto siliconico. Due materiali possono avere la stessa densità pur differendo per resistenza alla trazione, resistenza allo strappo, deformazione permanente da compressione, requisiti di post-polimerizzazione, sostanze estraibili e conformità normativa.
Domande frequenti
Il silicone alimentare galleggia?
Il contatto con gli alimenti non determina la galleggiabilità. La maggior parte dei componenti in silicone solido destinati al contatto con gli alimenti affondano perché la loro densità è superiore a 1,00 g/cm³. Un componente cavo o espanso può galleggiare.
Il silicone è più pesante dell'acqua?
La maggior parte della gomma siliconica solida è più pesante dell'acqua dolce per unità di volume. La densità tipica di un composto è di circa 1,05–1,60 g/cm³, mentre quella dell'acqua dolce è vicina a 1,00 g/cm³.
Una maggiore durezza Shore implica una maggiore densità?
Non necessariamente. Sia la durezza che la densità dipendono dalla formulazione, ma non esiste una conversione universale tra di esse. Utilizzare la TDS (solidi totali disciolti) del composto per ciascun valore.
Il confine del design
Per i calcoli del peso, fornire il volume CAD finale, il peso dell'inserto, la densità del composto approvata e la tolleranza di peso del pezzo. Per la flottazione, fornire la massa completa dell'assemblaggio, il volume esterno spostato, il metodo di sigillatura della cavità e il liquido di servizio. Per la resistenza all'acqua, definire pressione, tempo, temperatura, geometria del giunto e la prova applicabile.
Senza tali informazioni, affermazioni come "il silicone galleggia" e "il silicone è impermeabile" sono generalizzazioni sui materiali, non specifiche di produzione.
