シリコーンの機械的特性：引張強度、伸び、引裂き、圧縮永久歪み

シリコーンに関する機械的データのほとんどは、百科事典的なノイズの中に埋もれてしまっています。「柔軟性がある」「耐久性がある」といった漠然とした形容詞ばかりで、具体的な数値や試験方法が示されていないのです。ガスケット、キーパッド、シール、成形部品などの仕様を定める場合、こうした情報不足は時間の浪費につながり、金型製作前に誤った硬度や引裂強度仕様を決定してしまうリスクがあります。.

シリコーンゴム（VMQ) は、ニトリルゴムや天然ゴムに比べて引張強度は低いものの（通常4～11MPa）、伸び率は200～800%で、-60℃から+230℃の温度範囲でその機械的特性を維持します。ピーク強度ではなく、このトレードオフこそが、このゴムが採用される理由です。.

以下のセクションでは、それぞれの数値の算出根拠となるASTM規格、およびそれらの数値が適用されなくなる範囲について説明します。.

シリコーンの機械的特性の概要

これらはシリコーンのより広い範囲に属する汎用シリコーンゴム製品群です。 物理的特性エンベロープ — 参照 物件完全ガイド 全体像を把握するには、実際の値を確認してください。実際の値は、ベースポリマー、フィラー含有量、硬化システム、および後硬化によって異なります。これらはあくまでも初期値の範囲として扱い、データシートの代わりとして使用しないでください。.

抗張力

引張強度は、シリコン部品が引張破壊するまでに耐えられる応力であり、ダンベル試験片で測定されます。 ASTM D412. 汎用シリコーンは 4～11 MPa. 高強度・高引裂強度グレードは、およそ13MPaに達する。.

これは天然ゴムやニトリルゴムよりも低い値であり、実際には制限要因となることはほとんどありません。シリコーンは、伸び、圧縮永久歪み、温度安定性が最大引張強度よりも重要となる、シール材、絶縁材、ソフトタッチ部品などに使用されます。. 充填剤の種類と充填量 数字を最も動かす：強化する ヒュームドシリカ 増量剤は引張強度を高める一方、増量剤はコスト削減のために引張強度を低下させる。.

部品が実際に引張荷重を支える必要がある場合、シリコーンは通常不適切な材料です。これは設計上の制約であり、グレードを調整することで回避できるものではありません。.

破断伸度（弾性および柔軟性）

破断伸度は、シリコーンが破断するまでにどれだけ伸びるかを、元の長さに対する割合で表したもので、引張強度と同じASTM D412試験片で測定されます。 200–800%, 硬度の低い、より柔らかいグレードが高硬度側に位置している。.

これがシリコーンの「弾力性と柔軟性」の根底にある特性です。この特性のおかげで、ショアA硬度30のおしゃぶり、伸縮性のある蓋、蛇腹などは、繰り返し変形しても元の形状に戻ります。伸びと硬度は反比例の関係にあり、硬度が高くなるにつれて伸びは低下します。.

100%モジュール（M100 / M300）

弾性率とは、試験片を一定の伸びまで伸ばすのに必要な応力のことです。M100は100%の伸び、M300は300%の伸びで、D412試験でも読み取れます。シリコーンM100は通常、 0.5～3 MPa.

キーパッドやメンブレンなど、繰り返し低ひずみの屈曲を受ける部品では、引張強度よりも弾性率が重要になります。弾性率はたわみに必要な力を表し、設計者が実際に感じて仕様に反映させるものです。同じ引張強度を持つ2つのグレードでも、弾性率曲線が異なるため、使用時の挙動は大きく異なる場合があります。.

引裂強度

引裂強度は、切り傷や裂け目の進行に対する抵抗力であり、 ASTM D624 （一般的にダイBまたはダイC）で、kN/mで報告されます。シリコーンは 10～55 kN/m汎用グレードは低価格帯に位置し、高引裂強度シリコーン配合品は高価格帯に位置する。.

薄肉部品や鋭利な内角を持つ部品が、成形後の脱型や現場での使用に耐えられるかどうかは、引張強度ではなく引裂強度によって決まります。ベビー用品、薄い膜、曲率半径の小さい部品は、高い引裂強度等級で見積もるべきです。厚い部品では見た目の問題となるような小さな傷も、薄い部品では引裂の起点となってしまいます。.

圧縮永久歪み

圧縮永久変形は、シリコーン部品を圧縮した状態で保持し、その後解放した後に残る永久変形の量を測定するもので、 ASTM D395 （方法B、一定たわみ）。パーセンテージが低いほど良い。シリコーンは流れ落ちる。 10–40%, そして、完全な後硬化を行うと、その値は下限値に近づきます。.

これはシリコーンを定義する特性です ガスケットまたはシール. シリコーンが幅広い温度変化において静的シール性能でほとんどのエラストマーよりも優れている主な理由は、圧縮永久歪みが低いことです。シリコーンは圧縮状態を維持し、永久歪みが生じて漏れるのではなく、シール性能を維持します。.

硬化システムと後硬化処理が圧縮永久歪みの数値を左右します。適切な後硬化処理を施したプラチナ硬化シリコーンは低い圧縮永久歪みを実現しますが、硬化不足または過酸化物硬化で後硬化処理が不十分な材料では低い圧縮永久歪みは得られません。長期的なシーリングが目的であれば、データシートには成形時の値ではなく、後硬化後の圧縮永久歪みの値を求めるべきです。.

硬度と機械的特性の関係

硬度（デュロメーター）は、 ASTM D2240 ショアAスケールでは、シリコーンは一般的に以下から入手可能です。 ショアA硬度10～80. 硬度は強度値ではありませんが、他の強度値を最も早く予測できる指標です。柔らかいグレードは伸びが大きく（伸び率が高い）、よりしなやかに感じられます（弾性率が低い）。硬いグレードは変形に抵抗しますが、伸びは低下します。.

ほとんどの調達に関する話し合いにおいて、硬度は最初の判断基準となります。引張強度、引裂強度、弾性率といった数値は、硬度によって左右されます。.

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シリコーンとその他のエラストマーの比較

機械的特性の数値は、比較によってのみ意味を持つ。一般的なゴムと比較すると、シリコーンは強度よりも耐熱温度範囲、圧縮永久歪み、耐老化性といった点で優れている。.

要点は限定的です。部品が室温で最高の引張強度または引裂強度を必要とする場合、機械的項目ではNRまたはNBRが勝ります。確実にシールする必要がある場合、, 耐熱性 耐候性や耐候性に優れ、長年にわたって形状を維持できるため、シリコーンの強度の低さは許容範囲内のトレードオフと言える。.

これらの数字が適用されなくなる場所

上記の各範囲は、グレードとプロセスに依存します。充填剤システム、硬化化学、および後硬化によって、引張強度、引裂強度、および圧縮永久歪みが範囲全体にわたって変化する可能性があります。同じ「シリコーン」と表示された2つの部品でも、引裂強度が2倍異なる場合があります。また、公表されている数値は実験室での試験結果を反映したものであり、実際の壁厚、形状、または離型時の応力を反映したものではありません。.

これらの数値が正式な仕様となるには、3つの入力情報が必要です。目標とするショアA硬度、制御機能（静的シール、動的屈曲、または構造）、および使用温度範囲です。これらがあれば、機械的グレードは急速に絞り込まれます。これらがなければ、単一の引張強度や引裂強度の数値は単なるデータポイントであり、仕様とはなり得ません。.

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