Silicone wordt vaak omschreven als lichtgewicht, waterdicht en hydrofoob. Deze termen worden echter gemakkelijk door elkaar gehaald. De typische dichtheid van vast siliconenmateriaal ligt rond de 1,05–1,60 g/cm³, waardoor de meeste niet-geschuimde siliconenonderdelen in water zinken. Hydrofobiciteit zorgt ervoor dat waterdruppels op het oppervlak blijven liggen, maar dit maakt niet elk siliconenontwerp lekvrij of ondoordringbaar.
Bij productontwerp zijn drie afzonderlijke vragen van belang: de dichtheid van het samengestelde materiaal, de gemiddelde dichtheid van het complete onderdeel en de manier waarop water reageert met het oppervlak en de geometrie van de afdichting.
Wat is de gemiddelde dichtheid van siliconen?
De dichtheid van een uitgeharde siliconenrubbercompound is de massa gedeeld door het volume. Deze wordt doorgaans uitgedrukt in g/cm³, kg/m³ of als soortelijk gewicht.
Voor veel solide HCR-verbindingen En LSR-verbindingen, Een praktisch startbereik is 1,05–1,60 g/cm³. WACKER meldt dit bereik voor siliconenrubber en merkt op dat extra inactieve vulstoffen zoals kwarts de dichtheid kunnen verhogen tot ongeveer 1,75 g/cm³. Individuele specialistische verbindingen kunnen buiten dit bereik vallen, waardoor het goedgekeurde materiaalinformatieblad de leidende waarde blijft.
| Siliconenmateriaal of -constructie | Praktisch dichtheidsbereik | Drijfvermogen in zoet water | Belangrijkste reden voor variatie |
|---|---|---|---|
| Massief siliconenrubber voor algemeen gebruik | 1,05–1,30 g/cm³ | Meestal zinkt het | Polymeer, versterkend siliciumdioxide, pigment en additieven |
| Sterk gevulde siliconenverbinding | 1,30–1,75+ g/cm³ | Spoelbakken | Kwarts, metaaloxide of andere vulstof met een hoge dichtheid |
| Fluorsilicone of speciale verbinding | Leerjaarspecifiek | Meestal zinkt het | Verschillende polymeer- en vulstofpakketten |
| Siliconenschuim of spons | Vaak lager dan 1,0 g/cm³ | Kan drijven | Gesloten of open celstructuur |
| Holle gegoten siliconenonderdeel | Hangt af van de totale massa en het verplaatste volume. | Kan drijven | Ingesloten lucht verlaagt de gemiddelde dichtheid van het onderdeel. |
Dit zijn ontwerpbereiken, geen inkomende inspectielimieten. Voor inkoop en kwaliteitscontrole dient u de dichtheid te specificeren die op het goedgekeurde TDS staat vermeld en de testmethode te definiëren.
Zijn dichtheid en soortelijk gewicht hetzelfde?
Ze zijn nauw verwant, maar niet identiek.
Dikte is massa per eenheid volume. Soortelijk gewicht De dichtheid is de verhouding tussen de dichtheid van een materiaal en de dichtheid van water bij een bepaalde temperatuur. Omdat de dichtheid van water dicht bij 1,00 g/cm³ ligt, zijn de numerieke waarden vaak vergelijkbaar wanneer de dichtheid in g/cm³ wordt uitgedrukt.
Een siliconenverbinding met een dichtheid van 1,20 g/cm³ heeft onder normale testomstandigheden dus een soortelijk gewicht dat dicht bij 1,20 ligt.
Voor massieve siliconenonderdelen worden doorgaans de volgende meetmethoden gebruikt:
- ASTM D792 voor dichtheid en soortelijk gewicht door verplaatsing
- ISO 1183-1 Methode A voor onderdompelingsmeting
- ASTM D297 methoden gebruikt voor rubberproducten en -mengsels
De methode, de conditie van het monster, de temperatuur en de aanwezigheid van ingesloten luchtbellen beïnvloeden het resultaat. Het vergelijken van gegevens van leveranciers zonder de methode te controleren kan een vals verschil opleveren.
Drijft siliconen in water?
De meeste massieve, niet-geschuimde siliconenrubberen producten zinken omdat hun dichtheid hoger is dan die van zoet water.
De basisvoorwaarde is:
- Als de gemiddelde deeltjesdichtheid onder 1,00 g/cm³, Het onderdeel kan in zoet water drijven.
- Als de gemiddelde deeltjesdichtheid boven 1,00 g/cm³, Het onderdeel zakt naar beneden, tenzij de geometrie ervan voldoende lucht vasthoudt.
- In zout water is de vloeistofdichtheid hoger, waardoor hetzelfde onderdeel een iets grotere opwaartse kracht ondervindt.
SIMTEC rapporteert een typische LSR-dichtheid van 1,10–1,50 g/cm³ en merkt op dat vast LSR daarom zinkt. Het belangrijke woord is stevig. Een hol badspeeltje, een afgesloten drijfobject of een gegoten constructie kan blijven drijven, zelfs als de siliconenlaag een hogere dichtheid heeft dan water.
Voorbeeld van massief siliconen
Een massief siliconenonderdeel heeft de volgende eigenschappen:
- Volume: 100 cm³
- Dichtheid van de verbinding: 1,20 g/cm³
- Massa: 100 × 1,20 = 120 g
Wanneer het volledig ondergedompeld is, verplaatst het ongeveer 100 gram zoet water. Het onderdeel weegt meer dan het verplaatste water, waardoor het zinkt.
Voorbeeld van hol siliconen
Neem aan dat een afgesloten onderdeel 70 g weegt en 150 cm³ water verplaatst op basis van zijn buitenvolume.
Gemiddelde deeltjesdichtheid = 70 ÷ 150 = 0,47 g/cm³
De afgesloten luchtkamer verlaagt de dichtheid van het complete geheel tot onder die van water, waardoor het onderdeel kan drijven. Als de luchtkamer lekt en zich met water vult, verdwijnt dat voordeel.
Hoeveel weegt een siliconen onderdeel?
Gebruik de dichtheid van het uiteindelijke mengsel, niet een algemene siliconenwaarde.
Massa = volume × dichtheid
Voor afmetingen in millimeters:
Massa (g) = volume (mm³) ÷ 1.000 × dichtheid (g/cm³)
Een rechthoekig siliconen kussentje van 100 × 50 × 5 mm heeft een volume van 25.000 mm³, oftewel 25 cm³. Bij een dichtheid van 1,20 g/cm³ is de geschatte massa:
25 × 1,20 = 30 g
| Invoer | Voorbeeldwaarde | Inkooprisico indien aangenomen |
|---|---|---|
| Netto gevormd volume | 25 cm³ | Het CAD-volume kan ribben, poorten of inzetstukken uitsluiten. |
| Samengestelde dichtheid | 1,20 g/cm³ | Een gewijzigde samenstelling verandert het stukgewicht. |
| Geschatte massa van het onderdeel | 30 g | De kosten voor verpakking en verzending kunnen bij grote bestellingen sterk variëren. |
| Bestelhoeveelheid | 100.000 stuks | Een afwijking van 2 g resulteert in een gewichtsverschil van 200 kg over de gehele zending. |
Deze berekening is nuttig voor het maken van offertes en het inschatten van verpakkingskosten. De uiteindelijke gewichtslimieten per stuk moeten gebaseerd zijn op gevalideerde monsters, omdat braamvorming, inleggewicht, pigment, vulstofgehalte en variaties in het vormproces in het eindproduct aanwezig blijven.
Wat verandert de dichtheid van siliconen?
De dichtheid van siliconen is afhankelijk van de samenstelling. Deze wordt niet alleen bepaald door de polymeernaam.
Versterkende en inactieve vulstoffen
Verdampt of geprecipiteerd siliciumdioxide versterkt het polymeer. Kwarts en andere minerale vulstoffen kunnen de dichtheid verder verhogen. Een compounder kan vulstoffen gebruiken om de hardheid, scheursterkte, reologie, elektrische eigenschappen, zwelweerstand of kosten aan te passen. Shore A-hardheid kan daarom worden bereikt met verschillende formuleringen en verschillende dichtheden.
Pigmenten en functionele additieven
Kleurmasterbatch veroorzaakt doorgaans een kleinere verandering dan een hoge vulstofbelasting, maar het effect is meetbaar wanneer de toleranties voor het gewicht van het onderdeel nauw zijn. Vlamvertragende, thermisch geleidende, elektrisch geleidende of röntgencontrastmiddelen kunnen de dichtheid aanzienlijk veranderen.
Lucht, holtes en cellulaire structuur
Geschuimde siliconen bevatten gascellen en kunnen een volumieke dichtheid hebben die lager is dan 1,00 g/cm³. Onbedoelde holtes kunnen ook de gemeten dichtheid van een monster verlagen, maar dat is eerder een teken van een defect dan een geldige manier om het gewicht te verminderen.
Uitharding en procesbeheersing
De uithardingsomstandigheden hebben doorgaans minder invloed op de dichtheid dan de samenstelling, maar mengfouten, een onjuiste A:B-verhouding voor LSR, verontreiniging of ingesloten lucht kunnen de gemeten waarden beïnvloeden. Dichtheid is daarom nuttig als een snelle screeningstest, niet als bewijs dat alle mechanische eigenschappen of conformiteitseisen correct zijn.
Is siliconen waterafstotend?
Onbehandelde siliconen op basis van PDMS zijn van nature hydrofoob omdat de methylgroepen zich aan het oppervlak met lage energie bevinden. Water heeft de neiging om druppels te vormen in plaats van zich over het oppervlak te verspreiden. siliconenplaat.
Een veelvoorkomende gerapporteerde watercontacthoek voor onbehandeld PDMS ligt rond de 100–120°. Gepubliceerde meetwaarden variëren afhankelijk van de samenstelling, oppervlakteruwheid, reinheid, druppelmethode en conditionering. Een contacthoek van meer dan 90° duidt over het algemeen op hydrofoob bevochtigingsgedrag.
Hydrofobiciteit beschrijft de interactie van een oppervlak met een waterdruppel. Het beschrijft niet het volledige gedrag van een gegoten product.
| Eigendom | Wat het meet | Wat het niet bewijst |
|---|---|---|
| Water contacthoek | Oppervlaktebevochtigbaarheid | Lekweerstand van een assemblage |
| Waterabsorptie | Gewichtstoename na een bepaalde blootstelling | Oppervlakteparelvormingsgedrag |
| Waterdampdoorlaatbaarheid | Vochttransport door materiaal | Weerstand tegen lekkage van vloeibaar water bij een voeg |
| IP-classificatie | Bescherming van de behuizing volgens een gedefinieerde test. | Universele prestaties onder alle druk en gedurende alle tijdsduur. |
Oppervlaktebehandeling beïnvloedt ook het resultaat. Zuurstofplasma of coronabehandeling kan PDMS tijdelijk hydrofieler maken, waardoor de hechting, coating of bevochtiging van microfluïdische systemen verbetert. Siliconenoppervlakken kunnen na verloop van tijd weer hydrofoob worden. Bij hechtingsproeven moet daarom de toegestane tijd tussen de behandeling en het aanbrengen van de lijm worden vastgesteld.
Is siliconen waterdicht?
Een doorlopende siliconencomponent is over het algemeen bestand tegen vloeibaar water, maar "waterdicht" is een systeemeigenschap en geen eigenschap van het basismateriaal.
Een gegoten pakking kan nog steeds lekken wanneer:
- De compressie is te laag of ongelijkmatig;
- de scheidingslijn kruist het afdichtingsoppervlak;
- Vlammen, breinaden, stof of oppervlakteschade kunnen een lekkagepad creëren;
- Door compressievervorming neemt de afdichtingskracht af bij herhaalde warmtecycli;
- De behuizing vervormt onder druk;
- Het ontwerp van de verbinding is gebaseerd op een lijm die onbehandelde siliconen niet bevochtigt;
- De behuizing wordt getest onder een druk of gedurende een tijdsduur die buiten de ontwerpgrenzen valt.
Teams overschatten vaak de hydrofobiciteit, omdat zichtbare waterdruppels de indruk wekken dat de afdichting goed werkt. In de praktijk bevindt het lek zich echter meestal aan de interface, niet in het midden van een intact siliconendeel.
Voor een behuizing moet de daadwerkelijke eis worden gedefinieerd: blootstelling aan spatten, continue onderdompeling, hydrostatische druk, stoom, zout water, reinigingsmiddelen of een IP-test. Deze omstandigheden zijn niet onderling verwisselbaar.
Hoeveel water absorbeert siliconen?
Silicone rubber heeft over het algemeen een lage wateropname, maar een universele waarde zoals "lager dan 0,5%" mag niet op elk materiaal worden toegepast.
Gepubliceerde databases bevatten een grote spreiding omdat ze dicht rubber, schuim, speciale formuleringen, verschillende monsterdiktes en verschillende blootstellingsomstandigheden combineren. Waterabsorptie moet daarom worden gekoppeld aan een kwaliteit en een methode zoals... ASTM D570 of ISO 62, met vermelding van de duur en de temperatuur.
Voor een gedetailleerde specificatie kunt u het volgende aanvragen:
- de geteste kwaliteit en uithardingsconditie;
- dikte van het monster;
- onderdompelingstijd en watertemperatuur;
- procentuele massaverandering;
- dimensionale verandering, indien nauwe toleranties van belang zijn;
- Behoud van elektrische of mechanische eigenschappen na conditionering.
Een lage waterabsorptie betekent niet dat er geen waterdampdoorlaatbaarheid is. Siliconen hebben een relatief hoge waterabsorptie. gas- en dampdoorlaatbaarheid vergeleken met veel dichte organische elastomeren. Dit is nuttig voor ademende membranen, maar kan een beperking vormen bij vochtwerende verpakkingen of sensorbehuizingen.
Hoe moeten kopers de siliconendichtheid specificeren?
Gebruik dichtheid als één van de gecontroleerde eigenschappen binnen een complete materiaalspecificatie.
| Specificatie-item | Praktische vereiste |
|---|---|
| Materiaalkwaliteit | Leverancier en exacte samenstellingcode |
| Uithardingssysteem | Platina, peroxide of een kwaliteitsspecifiek systeem |
| Dichtheid of soortelijk gewicht | Nominale waarde en tolerantie volgens goedgekeurde TDS |
| Testmethode | ASTM D792, ASTM D297 of ISO 1183-1 |
| Testconditie | Temperatuur, conditie van het monster en uithardingsstatus |
| Tolerantie voor het gewicht van het onderdeel | Los van de materiaaldichtheid gedefinieerd. |
| Waterbehoefte | Absorptie-, onderdompelings-, druk-, dampdoorlaat- of IP-test |
| Wijzigingscontrole | Geen vervanging van formulering of vulstof zonder goedkeuring. |
Gebruik de dichtheid niet als enige criterium om een siliconenverbinding te accepteren. Twee materialen kunnen dezelfde dichtheid hebben, maar verschillen in treksterkte, scheurweerstand, compressiebestendigheid, nabewerkingseisen, extracteerbare stoffen en wettelijke status.
Veel Gestelde Vragen
Drijft siliconen van voedselkwaliteit?
Het feit of een onderdeel in contact komt met voedsel, heeft geen invloed op het drijfvermogen. De meeste massieve siliconenonderdelen die met voedsel in contact komen, zinken omdat hun dichtheid hoger is dan 1,00 g/cm³. Een hol of geschuimd ontwerp kan wel blijven drijven.
Is siliconen zwaarder dan water?
De meeste vaste siliconenrubbers zijn per volume-eenheid zwaarder dan zoet water. De typische dichtheid van deze materialen ligt rond de 1,05–1,60 g/cm³, terwijl die van zoet water rond de 1,00 g/cm³ ligt.
Betekent een hogere Shore-hardheid een hogere dichtheid?
Niet per se. Hardheid en dichtheid zijn beide afhankelijk van de samenstelling, maar er bestaat geen universele omrekening tussen beide. Gebruik de TDS-waarde van de verbinding voor elke waarde.
De ontwerpgrens
Voor gewichtsberekeningen dient u het uiteindelijke CAD-volume, het inzetgewicht, de goedgekeurde dichtheid van het composietmateriaal en de tolerantie voor het stukgewicht op te geven. Voor drijfvermogen dient u de massa van de complete assemblage, het extern verplaatste volume, de afdichtingsmethode van de holte en de te gebruiken vloeistof op te geven. Voor waterbestendigheid dient u de druk, tijd, temperatuur, voeggeometrie en de van toepassing zijnde test te definiëren.
Zonder die input zijn "silicone drijft" en "silicone is waterdicht" algemene uitspraken over het materiaal, geen productiespecificaties.
Technische referenties
- WACKER: Vaste en vloeibare siliconenrubber — Richtlijnen voor materiaal en verwerking
- SIMTEC: Waarom alleen holle LSR-onderdelen op water drijven
- Intertek: Dichtheid en soortelijk gewicht — ASTM D792 en ISO 1183
- Intertek: Waterabsorptie — ASTM D570
- Adaptieve bevochtiging van polydimethylsiloxaan, Langmuir
