La scelta tra silicone e gomma di solito sembra semplice all'inizio di un progetto.
Confrontare le specifiche tecniche è abbastanza semplice.
Intervallo di temperatura. Resistenza alla trazione. Deformazione permanente da compressione. Costo.
La parte più difficile è capire come si comportano questi materiali dopo mesi di produzione, esposizione agli agenti atmosferici, cicli di pulizia, compressione ripetuta o stoccaggio in magazzino.
È proprio in quel punto che il silicone e le mescole di gomma convenzionali iniziano a separarsi rapidamente.
Nella maggior parte dei programmi industriali, la decisione sui materiali non riguarda in realtà quale materiale sia "migliore".“
Si tratta di capire quale modalità di guasto il prodotto è in grado di tollerare.
Un punto di separazione pratico
Nella fase iniziale di approvvigionamento, la maggior parte degli acquirenti non necessita di un database completo dei materiali.
Devono sapere dove inizia a cambiare la direzione del materiale.
| Se l'applicazione dipende da… | Il silicone di solito offre prestazioni migliori | Le mescole di gomma di solito offrono prestazioni migliori |
|---|---|---|
| Esposizione prolungata all'aria aperta | ✓ Stabile ai raggi UV e all'ozono | Solo EPDM in molti casi |
| Ampia escursione termica | ✓ Mantiene la flessibilità in modo più costante | Limitato dal tipo di composto |
| Esposizione al petrolio e ai carburanti | Limitato in molti fluidi aggressivi | ✓ Spesso si preferisce NBR / FKM |
| Abrasioni e usura dinamica | Moderare | ✓ Più resistente in ambienti ad alta usura |
| Conformità alimentare e medica | ✓ Comunemente utilizzato | Dipende molto dalla formulazione |
| Stabilità dell'aspetto a lungo termine | ✓ Migliore conservazione del colore e della superficie | L'invecchiamento superficiale varia notevolmente |
| Sensibilità al prezzo unitario | Costo più elevato | ✓ Solitamente a basso costo |
Quella tabella è utile solo come filtro direzionale.
La scelta effettiva del materiale dipende ancora da:
- mezzi chimici
- Condizione di compressione
- Temperatura durante l'esposizione
- Durata prevista del prodotto
- Uso esterno vs uso interno
- Requisiti normativi
È solitamente a questo punto che le ipotesi iniziali sui materiali cominciano a vacillare.
Cosa cambia effettivamente il silicone in una parte
La gomma siliconica è costruita su una struttura di silossano anziché sulla struttura a base di carbonio utilizzata nella maggior parte delle gomme convenzionali.
Questa differenza è importante perché modifica il modo in cui il materiale reagisce a:
- Calore
- Ossigeno
- esposizione ai raggi UV
- Ozono
- Invecchiamento a lungo termine
In ambito produttivo, il silicone viene solitamente scelto quando i team danno maggiore importanza alla stabilità ambientale rispetto alla pura resistenza meccanica.
Esempi tipici includono:
- Componenti di tenuta per esterni
- Parti mediche e a contatto con gli alimenti
- Protezione elettronica
- Guarnizioni per alte temperature
- Prodotti di consumo morbidi al tatto
- Componenti esposti a cicli termici ripetuti
Il dettaglio importante non è solo che il silicone resista alle alte temperature.
Tende a rimanere stabile durante il processo.
Alcune mescole di gomma possono tecnicamente tollerare temperature elevate per brevi periodi, ma i cicli ripetuti spesso modificano la durezza, l'elasticità o le condizioni superficiali più rapidamente di quanto i team si aspettino durante le prime fasi di validazione.
Di solito appare più tardi come:
- Deriva del set di compressione
- crepe superficiali
- Indurimento
- Rilassamento della foca
- Instabilità cosmetica
Il silicone, in genere, rallenta questo processo di invecchiamento.
La gomma è una categoria, non un singolo materiale.
Uno degli errori più comuni nell'approvvigionamento è quello di considerare la "gomma" come un materiale direttamente equivalente al silicone.
Non lo è.
La gomma comprende diverse famiglie con comportamenti molto differenti:
- EPDM
- NBR
- SBR
- Gomma naturale
- Neoprene
- FKM
- Gomma butilica
Ciascuno risolve un problema diverso.
La gomma NBR viene comunemente scelta per la sua resistenza agli oli.
L'EPDM offre ottime prestazioni all'aperto.
La gomma naturale continua a offrire prestazioni eccellenti in alcune applicazioni meccaniche dinamiche.
FKM gestisce carburanti aggressivi e temperature elevate meglio di molte mescole standard.
Questo è importante perché a volte, durante le prime valutazioni dei materiali, gli acquirenti tendono a confrontare il silicone con la "gomma" in modo troppo generico.
Tale confronto solitamente risulta impreciso una volta definito l'ambiente operativo effettivo.
La resistenza alla temperatura è solitamente il primo punto di separazione
È qui che la sostituzione del silicone diventa difficile.
Nelle applicazioni di tenuta industriale, il silicone in genere funziona in un intervallo di temperature molto più ampio rispetto alle mescole di gomma per uso generale.
I tipici gradi di silicone possono sopportare all'incirca:
- Circa -60 °C sul lato inferiore
- Circa 200–230 °C in modo continuo
- Maggiore esposizione intermittente con formulazioni speciali
Ma la questione più importante è la costanza durante il ciclismo.
Negli ambienti di produzione, le ripetute espansioni e contrazioni spesso mettono in luce i punti deboli più rapidamente rispetto all'esposizione a temperature costanti.
Una guarnizione che resiste a un breve picco di calore non è la stessa cosa di una guarnizione che mantiene la sua forza di tenuta dopo centinaia di cicli.
I team spesso sottovalutano questo aspetto durante la valutazione dei prototipi, perché i primi campioni sembrano ancora accettabili.
Il degrado di solito diventa visibile in una fase successiva, durante:
- Compressione a lungo termine
- Cicli ripetuti di arresto/avvio
- Variazioni stagionali all'aperto
- Pulizia a vapore
- Ambienti di riscaldamento continuo
Questo è uno dei motivi per cui il silicone sta diventando comune in:
- guarnizioni sotto il cofano dell'auto
- Sistemi di riscaldamento
- Isolamento elettronico
- Attrezzature per la lavorazione degli alimenti
- Recinti esterni
L'invecchiamento causato dai raggi UV e quello dovuto all'esposizione agli agenti atmosferici non sono differenze di poco conto.
Questo è un altro ambito in cui il silicone e molte gomme convenzionali si separano nel tempo.
Il silicone in genere mantiene la flessibilità e la stabilità superficiale molto più a lungo in condizioni:
- esposizione ai raggi UV
- Ozono
- Umidità
- Piovere
- oscillazioni della temperatura esterna
Per i prodotti destinati all'uso esterno, il problema spesso non è un guasto catastrofico.
Si tratta di una graduale variazione del valore degli immobili.
Il sigillo esiste ancora.
Ma il recupero della compressione cambia.
La superficie si indurisce.
La stabilità del colore diminuisce.
Le crepe iniziano a comparire in prossimità dei punti di stress.
I team tendono a sottovalutare la rapidità con cui questo problema si manifesta, poiché i test effettuati in ambienti chiusi non riproducono fedelmente i modelli di esposizione all'aperto.
Soprattutto nei prodotti di consumo e nei componenti infrastrutturali, il solo deterioramento estetico può diventare un problema che richiede la sostituzione prima ancora che si verifichi un guasto funzionale.
L'EPDM rimane una delle famiglie di gomme più performanti per l'uso esterno, quindi questo non rappresenta un punto debole universale per tutte le gomme.
Ma il silicone in genere mantiene una stabilità ambientale a lungo termine più costante.
L'esposizione al petrolio e al carburante cambia completamente la decisione
È proprio in questo contesto che molte discussioni sul silicone tendono a semplificarsi eccessivamente.
Il silicone offre un'ottima resistenza agli agenti atmosferici e all'ossidazione.
Ciò non la rende automaticamente la scelta giusta in caso di esposizione a sostanze chimiche aggressive.
Per oli, carburanti, idrocarburi e alcuni solventi, materiali come:
- NBR
- HNBR
- FKM
sono spesso scelte più forti.
L'errore che alcuni team commettono è quello di selezionare il silicone basandosi principalmente sull'intervallo di temperatura, senza valutare appieno l'esposizione ai diversi agenti.
Nelle applicazioni reali, l'attacco chimico raramente si manifesta immediatamente.
I componenti possono superare cicli iniziali di assemblaggio e brevi fasi di validazione.
Successivamente, durante il contatto continuo con il fluido, iniziano a manifestarsi gonfiore, rammollimento o instabilità dimensionale.
Le decisioni relative alla compatibilità dei materiali devono sempre tenere conto di:
- mezzi chimici esatti
- Temperatura durante l'esposizione
- durata dell'esposizione
- Contatto intermittente vs contatto continuo
- Prodotti chimici per la pulizia
- Condizioni di compressione durante l'esposizione
Senza tale combinazione, le sole tabelle dei materiali non sono sufficientemente affidabili.
La resistenza meccanica rimane un punto di forza di molte mescole di gomma.
Il silicone non viene solitamente scelto per la massima resistenza all'abrasione o alla lacerazione.
Questo è importante nelle applicazioni dinamiche.
Per i componenti che presentano i seguenti problemi:
- Impatto ripetuto
- Abrasione
- contatto ad alto attrito
- Ciclismo flessibile aggressivo
- Shock meccanico
Molte mescole di gomma offrono prestazioni meccaniche superiori a quelle del silicone.
Questo diventa importante in prodotti come:
- Pneumatici
- Componenti del nastro trasportatore
- Supporti antivibranti per impieghi gravosi
- Rulli industriali
- superfici di usura
Il silicone spesso risulta più morbido e stabile al tatto.
La gomma in genere resiste meglio alle sollecitazioni meccaniche.
Questa distinzione è importante perché alcuni team danno priorità alla resistenza ambientale nelle prime fasi dello sviluppo, per poi scoprire in seguito che l'applicazione è meccanicamente più impegnativa del previsto.
Le applicazioni alimentari e mediche solitamente spingono i progetti verso il silicone
Il silicone sta diventando comune nelle applicazioni regolamentate in parte perché:
- Senza lattice
- Basso odore
- Stabile durante la sterilizzazione
- Adatto per formulazioni ad elevata purezza
- Ampiamente disponibile in sistemi per uso alimentare e medicale.
Ma anche l'aspetto produttivo è importante.
In questi settori, i requisiti di coerenza sono generalmente più stringenti.
Variabilità dei materiali, sostanze estraibili, sistemi di stagionatura e controllo della contaminazione diventano più importanti delle semplici proprietà fisiche.
Ecco perché il controllo del processo da parte del fornitore è molto più importante nei programmi relativi al silicone per applicazioni mediche e a contatto con gli alimenti di quanto molti acquirenti inizialmente si aspettino.
Il materiale in sé è solo una parte del processo di qualificazione.
Le discussioni sui costi di solito ignorano la durata di vita utile.
Il silicone ha quasi sempre un costo iniziale più elevato.
Il costo delle materie prime è più elevato.
L'elaborazione può inoltre rallentare a seconda di:
- Sistema di cura
- Progettazione degli utensili
- Requisiti per il controllo del flash
- Operazioni secondarie
- Requisiti di pulizia
Tuttavia, concentrarsi esclusivamente sul prezzo unitario può portare a decisioni errate in applicazioni a lungo termine.
Il vero confronto è spesso:
- Frequenza di sostituzione
- rischio di interruzione del servizio
- Resistenza all'esterno
- Intervallo di manutenzione
- Esposizione alla garanzia
- Stabilità nel corso di cicli ripetuti
Una mescola di gomma meno costosa potrebbe comunque rappresentare la scelta giusta.
Tuttavia, quando gli ambienti di servizio sono instabili, i costi di sostituzione spesso crescono più rapidamente di quanto i team si aspettino durante la fase iniziale di approvvigionamento.
Dove il silicone di solito ha senso
Il silicone è generalmente la scelta migliore quando l'applicazione prevede:
- Ampia variazione di temperatura
- Esposizione all'aperto
- esposizione ai raggi UV o all'ozono
- tenuta a compressione a lungo termine
- contatto alimentare o medico
- Isolamento elettrico
- Stabilità dell'aspetto nel tempo
- Componenti stampati morbidi al tatto
La gomma siliconica liquida (LSR) risulta utile anche quando i progetti richiedono:
- Stampaggio di precisione ad alto volume
- Geometrie a parete sottile
- Produzione automatizzata
- Elevata ripetibilità dimensionale
Dove la gomma di solito ha più senso
Le mescole di gomma convenzionali sono spesso la scelta migliore quando l'applicazione dipende fortemente da:
- Resistenza all'abrasione
- Resistenza allo strappo
- Rimbalzo dinamico
- Resistenza al carburante o all'olio
- Elevato carico meccanico
- Minori costi di produzione
- Prestazioni di resistenza all'usura elevate
Ciò è particolarmente vero quando l'ambiente operativo è meccanicamente aggressivo ma controllato dal punto di vista ambientale.
La decisione materiale di solito fallisce alle condizioni al contorno
La maggior parte dei materiali selezionati risulta accettabile in condizioni operative normali.
La vera separazione si manifesta solitamente ai margini:
- Pulizia delle biciclette
- Variazioni stagionali della temperatura
- Deposito esterno
- Lunghi periodi di inattività
- Contaminazione chimica
- Compressione ripetuta
- Invecchiamento durante lo stoccaggio delle scorte
Ecco perché la scelta del materiale non dovrebbe partire da una generica domanda di tipo "silicone contro gomma".
Bisogna iniziare descrivendo il guasto specifico che il prodotto non può tollerare.
Una volta chiarito questo aspetto, di solito diventa molto più facile individuare la direzione del materiale.
Domande frequenti
Il silicone è migliore della gomma?
Non sempre. Il silicone di solito risulta superiore in termini di resistenza ai raggi UV/ozono, cicli termici ampi e stabilità a lungo termine. Molte mescole di gomma eccellono in termini di resistenza allo strappo, resistenza all'abrasione, rapido ritorno elastico e costo. La scelta giusta dipende dall'ambiente di lavoro e dai rischi di guasto.
Qual è il materiale migliore per guarnizioni e sigillanti da esterno?
Per l'esposizione prolungata agli agenti atmosferici, il silicone è spesso un'ottima opzione perché rimane stabile ai raggi UV e all'ozono. Tuttavia, l'EPDM è una gomma comunemente utilizzata per applicazioni esterne resistenti agli agenti atmosferici: la scelta dipende comunque dall'intervallo di temperatura e dall'esposizione agli agenti.
Il silicone può essere utilizzato con olio o carburante?
A volte, ma molte tipologie di silicone non sono ideali per il contatto continuo con oli, carburanti e idrocarburi aggressivi. In questi casi, spesso si preferiscono NBR/HNBR/FKM. Verificare sempre la compatibilità con il fluido e la temperatura specifici.
Quale materiale resiste meglio alle alte temperature?
Il silicone in genere resiste bene alle alte e basse temperature in un intervallo più ampio e rimane più stabile durante i cicli termici. Anche alcune gomme speciali possono sopportare il calore, ma le prestazioni variano a seconda della mescola e possono deteriorarsi più rapidamente con cicli ripetuti.
Il silicone è sicuro per gli alimenti e per i dispositivi medici?
Il silicone è ampiamente disponibile in formulazioni per uso alimentare e medicale ed è generalmente privo di lattice. Per qualsiasi applicazione regolamentata, è necessario verificare i requisiti di conformità (ad esempio, grado del materiale, test, tracciabilità) con il fornitore.
Perché il silicone è solitamente più costoso?
Le materie prime e i processi di lavorazione del silicone hanno spesso costi più elevati. Tuttavia, nelle applicazioni a lungo termine, il silicone può ridurre le sostituzioni e i guasti, quindi il confronto più appropriato è spesso quello del costo totale di proprietà, non solo del prezzo unitario.
Desideri un confronto più ampio? Consulta la nostra guida sui pilastri: Silicone contro altri materiali.
