Egenskaper til silikongummi: En komplett materialguide

De fleste artiklene om “silikons egenskaper” leses som en oppslagsverksartikkel – Si-O-ryggrad, et avsnitt om fleksibilitet, et avsnitt om varmebestandighet, ferdig. Det hjelper ikke når du må signere et verktøytilbud eller skrive et spesifikasjonsark for en ferdig del.

Silikongummi er en syntetisk elastomer med en Si-O-Si-ryggrad, som opererer kontinuerlig fra −60 °C til +230 °C, er tilgjengelig i Shore A 10–80, elektrisk isolerende opptil ~25 kV/mm, og kjemisk inert mot de fleste polare medier. Ytelse i den virkelige verden er begrenset av formuleringsgrad (HTV vs LSR), herdesystem (peroksid vs platina) og samsvarssertifisering (FDA 21 CFR 177.2600, LFGB §30/§31, USP klasse VI, ISO 10993).

Dette er eiendomsreferansen jeg gir til ingeniører og innkjøpsledere før vi diskuterer verktøy. Den tydeliggjør hva som er katalogspesifikasjon, hva som er kvalitetsavhengig og hvilke endringer i produksjonen.

1. Fysiske egenskaper

1.1 Tetthet og vekt

Silikontettheten ligger på 1,10–1,25 g/cm³, hovedsakelig drevet av fyllstoffmengde (dampet eller utfelt silika). Høyere fyllstoffmengde forbedrer strekkfastheten, men reduserer gjennomsiktighet og forlengelse. Silikon flyter ikke.

Det har betydning for fraktkostnader på store deler (matter, laken, ovnsforinger) og for bruk som er sensitiv for oppdrift. For kontekst for materiale for materiale, se Silikon VS plast, PVC vs silikon, og Silikon vs gummi.

1.2 Farge og gjennomsiktighet

Base-silikongummi er gjennomskinnelig. Platinaherdede kvaliteter forblir vannklare; peroksidherdede kvaliteter har en tendens til å bli gulhvite på grunn av spor av katalysatorrester. Pigment blandes inn i mølle- eller blandingsstadiet, ikke tilsettes senere.

Fargestabilitet under UV og varme avhenger av pigmentvalget, ikke av selve silikonet. Jernoksidpigmenterte deler endrer tone etter over 1000 timer utendørs eksponering; kadmiumbaserte pigmenter oppfyller ikke RoHS og NÅ direkte.

1.3 Hardhet (Shore A)

Shore A er den mest feilordnede egenskapen i silikoninnkjøp.

Hardhet måles pr. ASTM D2240 med en 1-sekunds indenterdveljing. ISO 48-4-regler for dveljing gir forskjellige tall. Oppgi testmetoden på innkjøpsordren, ellers vil du motta del 5–8 Shore-punkter utenfor målet og ikke ha noen regressmulighet.

For hvordan hardhet påvirker tetningsytelse, taktil følelse og slitestyrke, se Silikon Shore A-hardhet: Effekter på følelse, tetting og holdbarhet og Hvorfor er silikon Shore-hardhet viktig.

2. Mekaniske egenskaper

2.1 Strekkfasthet og forlengelse

Universal silikonløp 4,5–10 MPa strekkfasthet og 200–800% forlengelse ved brudd i henhold til ASTM D412 / ISO 37. Slitesterke kvaliteter presser strekkfastheten til 10–12 MPa.

Sammenlignet med EPDM (15–20 MPa) eller naturgummi (20–30 MPa) er silikon mekanisk svakt. Silikon er ikke valgt for strekkbelastning. Det er valgt for temperaturvindu, biokompatibilitet og gjenvinning.

Når en kjøper spør “hvor mye vekt silikon tåler”, er svaret alltid: det avhenger av geometrien, ikke av selve silikonet. Hvor mye vekt kan silikon holde for geometri-matematikken.

2.2 Rivemotstand

Rivestyrke: 9–55 kN/m² i henhold til ASTM D624 Die B. Flytende silikongummi (LSR) rives renere enn HTV fordi platinaherding produserer et tettere tverrbindingsnettverk. Dette er grunnen til at medisinske ballonger, smokker til babyer og menstruasjonskopper nesten alltid er LSR.

2.3 Kompresjonssett

Kompresjonshærdet under ASTM D395 (22 timer ved 175 °C) lander ved 5–30%. Lavere er bedre – det forteller deg hvor mye en pakning ikke spretter tilbake etter lang kompresjon.

Platinaherdet silikon har en temperatur på 8–15%. Peroksidherdede kvaliteter ligger på 20–30% før sekundær etterherding, og faller til ~15% etter en 4-timers etterherding ved 200 °C. Du betaler for det i syklustid og energikostnader.

3. Termiske egenskaper

3.1 Driftstemperaturområde

Svaret på katalogen: −60 °C til +230 °C kontinuerlig. Jernoksidstabiliserte kvaliteter utvider korttidsbestandigheten til 300 °C.

Svaret fra fabrikkgulvet: silikon svikter ikke katastrofalt ved den øvre grensen – det herder, mister forlengelse og utvikler overflatekrakkelering. Kjør en bakematte kontinuerlig ved 230 °C, og kompresjonsstyrken øker etter 6–8 uker. Kundeklager dukker opp etter 3-månedersmerket, ikke på dag én.

For nedbrytningsatferd, se Silikons smeltetemperatur-marvel — silikon smelter ikke; det spaltes tilbake til uorganisk silika ved omtrent 350–400 °C.

3.2 Varmeledningsevne

0,18–0,30 W/m·K for ufylt silikon. Varmeledende kvaliteter (lastet med bornitrid, alumina eller sinkoksid) når 1,5–3,0 W/m·K – brukes i LED-gapputer og termiske grensesnittmaterialer for elbilbatterier.

Standard silikon er en varmeisolator, sammenlignbar med tre. Det er derfor en ovnsvott i silikon fungerer – og hvorfor du ikke kan bruke ufylt silikon som kjøleribbe. Detaljer i Silikons varmeledningsevne.

3.3 Brannfarlighet

Standard silikon har en UL94 V-1 klassifisering. Flammehemmende forbindelser med platina- eller hydratfyllstoffer når V-0. Når silikon brenner, etterlater det en ikke-ledende silikaske, og det er derfor silikonkabelkapper er spesifisert for nødstrømskretser i høyhus og marin kabling. Se Er silikon brannfarlig.

4. Elektriske egenskaper

Silikon er en av få elastomerer som har dielektrisk ytelse over hele driftstemperaturområdet.

Det praktiske poenget: PVC-isolasjon mykner over 90 °C, mens silikon holder dielektrisk styrke til 200 °C+. For valg av tykkelse-til-spenning, se Silikonarks dielektriske styrke og klassifiseringer og Silikonplater for elektrisk isolasjonslagtykkelse.

Karbon- eller sølvbelastet ledende silikon inverterer dette området fullstendig – overflateresistiviteten faller til 10⁰–10² Ω/kvadrat. Det er et annet materiale; se Ledende vs. ikke-ledende silikontastatur.

5. Kjemiske egenskaper

5.1 Treghet og motstand

Silikon er kjemisk stabilt mot:

• Fortynnede syrer og alkalier
• Polare løsemidler (vann, alkoholer, glyserin)
• Oksygen og ozon – uvanlig for elastomerer
• De fleste matvarer og biologiske væsker

Silikon sveller eller brytes ned i:

• Ikke-polare løsemidler (bensin, toluen, mineraloljer) — 20–60% volumsvelling
• Konsentrerte syrer (HCl, H₂SO₄)
• Mettet damp over 150 °C for lengre oppholdstid (Si-O-ryggradshydrolyse)

Hevelse fra kortvarig løsemiddeleksponering er reversibel. Langvarig oljekontakt dreper silikonpakninger i bilmotorrom – spesifiser fluorsilikon (FVMQ) der. Referanse: Silikonstrimler Kjemisk motstandsevne.

5.2 Hydrofobisitet

Kontaktvinkel for overflatevann: 100–110°. Silikon avviser vann uten belegg, og det er derfor silikon er standard slippmiddel på betongformer og hvorfor silikonpakninger tetter uten tilsatt fugemasse.

5.3 Forvitring — UV, ozon, oksidasjon

Silikon holder på 80–90% av mekaniske egenskaper etter 5 år utendørs eksponering under akselerert ASTM G155 Xenon-bue-testing. Naturgummi sprekker synlig i løpet av 6–12 måneder utendørs.

Dette er ikke full immunitet. Svart silikon fylt med karbonsvart holder seg bedre enn fargede typer; klar silikon gulner synlig etter 18–24 måneder i direkte sollys. Se. Er silikon UV-bestandig og Silikonstrimler UV- og værbestandige.

Langsiktig nedbrytning av deponier er i området 50–500 år. Se Hvor lang tid tar det for silikon å brytes ned.

6. Biologiske og samsvarende egenskaper

Det er her de fleste spesifikasjonene går galt. “Matkvalitet” og “medisinsk kvalitet” er ikke utbyttbare, og “silikonsikker” er ikke en regulatorisk betegnelse.

En kvalitet merket “medisinsk” er ikke automatisk matsikker – forskjellige migrasjonsløsningsmidler, forskjellige utvaskingstester. Se Matkvalitet vs. medisinsk silikon og Matkvalitets silikon.

For produkter som kommer i kontakt med hud eller biovæsker, må biokompatibiliteten valideres på nytt på den ferdige delen, ikke bare på råmaterialet. Pigmenter, formfrigjøring og etterherdingshåndtering er alle bruddkrav. Referanse: Er silikon virkelig biokompatibelt for medisinske applikasjoner? og Testing av biokompatibilitet for hudkontaktutstyr (ISO 10993).

Silikon er heller ikke sensibiliserende for de fleste brukere – se Er silikon hypoallergenisk.

7. Hvordan egenskaper endrer seg etter herdesystem og klasse

To formuleringsbeslutninger låser inn omtrent 80% av eiendomskonvolutten før verktøyskjæring i stål:

Hvis herdesystemet ikke er spesifisert på innkjøpsordren, er standard peroxide HTV – billigere, men med resterende herdebiprodukter som påvirker smak, lukt og fargestabilitet. For alt som har med hudkontakt, babyer eller medisinske produkter å gjøre, krev platinakur skriftlig. Se LSR vs HTV silikongummi, Herding vs. vulkanisering i silikon, og Silikonvulkanisering: Hva ingeniører tar feil.

8. Hurtigsøk – Oversikt over alle eiendommer

Radardiagram for silikonegenskaper som sammenligner silikon, EPDM, naturgummi, PVC og fluorosilikon på tvers av hardhet, temperaturområde, dielektrikum, kjemisk motstand og kostnad

Vanlige spørsmål

Hva denne søylen ikke dekker

Dette er eiendomsreferansen, ikke sourcing-håndboken. Tre grenser å lese før du behandler et tall ovenfor som fast:

1. Eiendomstall er formuleringsavhengige. Hvert spesifikasjonsområde endres med ±20% avhengig av kvalitet, fyllstoffmengde og herdesystem. Be alltid om leverandørens faktiske TDS for den spesifikke kvaliteten som er oppgitt.
2. Testmetoden er viktigere enn antallet. En Shore A 50-del målt med 1 sekunds dveletid er ikke den samme som en målt med 15 sekunders dveletid. ASTM D2240 vs. ISO 48-4 vil gi forskjellige verdier på samme del. Lås metoden på spesifikasjonsarket.
3. Samsvarsdokumentasjon utløper. FDA-, LFGB- og USP-testsertifikater er gyldige for et spesifikt parti råmateriale, ikke for den ferdige delen på ubestemt tid. Test på nytt ved bytte av kvalitet, leverandør eller pigment.

Før du sender en forespørsel til en silikonfabrikk, bør du bestemme deg for fem alternativer:

• Kontinuerlig driftstemperatur (ikke topp)
• Shore A-mål med deklarert testmetode
• Samsvarsomfang – hvilken standard, hvilken kontaktmodus
• Herdesystem — platina eller peroksid
• Toleranseklasse – forbruker, industri eller medisinsk

Uten disse fem er ethvert tilbud du mottar en gjetning, og enhver TDS-linjepost er ikke verifiserbar.

Denne søylen står ved siden av en bredere referanse. Hvis du vil ha hele bildet – hva silikon egentlig er på kjemisk nivå, hvordan det produseres og hvor det befinner seg i elastomerfamilien – les Komplett guide til silikonmaterialer. Bruk det som oppstrømskontekst; bruk denne siden som egenskapsoppslag.