Silikonens mekaniske egenskaper: Strekkfasthet, forlengelse, rivefasthet og kompresjonsfasthet

De fleste mekaniske dataene om silikon blir begravd i encyklopedisk støy – brede adjektiver som “fleksibel” og “holdbar”, uten tall og uten testmetode bak dem. Hvis du spesifiserer en pakning, et tastatur, en tetning eller en støpt del, koster det gapet deg tid og risikerer å låse inne feil durometer- eller rivespesifikasjon før verktøyet.

Silikongummi (VMQ) har lavere rå strekkfasthet enn nitril eller naturgummi – vanligvis 4–11 MPa – men har en forlengelse på 200–800% og beholder den mekaniske oppførselen over –60 °C til +230 °C. Det er denne avveiningen, ikke toppstyrken, som er grunnen til at den er spesifisert.

Avsnittene nedenfor viser arbeidstallene, ASTM-metoden bak hver enkelt, og hvor disse tallene slutter å gjelde.

Silikon mekaniske egenskaper på et øyeblikk

Dette er universelle silikongummiserier som ligger innenfor silikons bredere fysisk eiendomskonvolutt — se komplett eiendomsguide for hele bildet. Faktiske verdier avhenger av basispolymeren, fyllstoffmengden, herdesystemet og etterherdingen. Behandle dem som startkonvolutten, ikke en erstatning for databladet.

Strekkstyrke

Strekkfasthet er belastningen en silikondel tåler før den brytes i strekk, målt på en hantelprøve per ASTM D412. Universal silikon lander på 4–11 MPa. Høyfaste og rivefaste kvaliteter når omtrent 13 MPa.

Det er lavere enn naturgummi eller nitril, og det er sjelden den begrensende faktoren i praksis. Silikon er spesifisert for tetting, isolasjon og myke deler, der forlengelse, kompresjonsfasthet og temperaturstabilitet er viktigere enn maksimal strekkfasthet. Fyllstofftype og lasting flytte tallet mest: forsterkende pyrogen silika øker strekkfastheten, mens tunge strekkfyllstoffer senker den for å redusere kostnadene.

Hvis en del virkelig er lastbærende i spenning, er silikon vanligvis feil materiale – det er en designgrense, ikke en klasse du kan finjustere deg utenom.

Bruddforlengelse (elastisitet og fleksibilitet)

Bruddforlengelse er hvor langt silikon strekker seg før brudd, uttrykt som prosentandel av original lengde og trukket på samme ASTM D412-prøve som strekkfasthet. Typiske silikonforlengelser 200–800%, med mykere kvaliteter med lav durometer i den øvre enden.

Dette er egenskapen bak silikonens “elastisitet og fleksibilitet”. Den lar en 30 Shore A-smokk, et stretchlokk eller en belg deformeres gjentatte ganger og gå tilbake til sin opprinnelige form. Forlengelse og hardhet beveger seg omvendt: når du går opp i durometeret for en stivere del, synker forlengelsen.

100% Modul (M100 / M300)

Modulus er spenningen som trengs for å strekke prøven til en bestemt forlengelse – M100 ved 100%-strekk, M300 ved 300% – avleses også av D412-testen. Silikon M100 faller vanligvis ved 0,5–3 MPa.

Modulus er viktigere enn strekkfasthet for deler som utsettes for gjentatt bøying med lav belastning, for eksempel tastaturer og membraner. Den beskriver kraften som avbøyes, som er det en designer faktisk føler og spesifiserer. To kvaliteter kan dele et strekktall og oppføre seg svært forskjellig i drift fordi moduluskurvene deres er forskjellige.

Rivestyrke

Rivestyrke er motstand mot et kutt eller hakk som sprer seg, målt per ASTM D624 (vanligvis Die B eller Die C) og rapporteres i kN/m. Silikon varierer fra 10–55 kN/m²: generelle kvaliteter sitter lavt, mens silikonformuleringer med høy rivestyrke opptar det øvre båndet.

Rivestyrke, ikke strekkstyrke, er spesifikasjonen som avgjør om tynnveggede deler og deler med skarpe innvendige hjørner overlever avforming og feltbruk. Babyprodukter, tynne membraner og deler med tette radier bør oppgis mot en høy rivestyrke. Et hakk som ville være kosmetisk på en tykk del, blir et rivestartpunkt på en tynn del.

Kompresjonssett

Kompresjonssettet måler hvor mye permanent deformasjon som gjenstår etter at en silikondel holdes komprimert og deretter slippes – testet per ASTM D395 (Metode B, konstant nedbøyning). En lavere prosentandel er bedre. Silikon renner 10–40%, og en full etterherding presser den mot den lave enden.

Dette er egenskapen som definerer en silikon pakning eller tetning. Lav kompresjonsstivning er hovedgrunnen til at silikon yter bedre enn de fleste elastomerer i statisk tetting over store temperatursvingninger: det forblir komprimert og fortsetter å tette i stedet for å sette seg og lekke.

Herdesystemet og etterherdingen styrer tallet. Platinaherdet silikon med skikkelig etterherding gir lav kompresjonshærding; underherdet eller peroksidherdet materiale uten tilstrekkelig etterherding gjør ikke det. Hvis langtidsforsegling er funksjonen, er kompresjonshærding etter etterherding verdien å kreve på databladet – ikke tallet som støpt.

Hvordan hardhet kobles til de mekaniske tallene

Hardhet (durometer) måles per ASTM D2240 på Shore A-skalaen, med silikon som vanligvis er tilgjengelig fra Shore A 10 til 80. Hardhet er ikke en styrkeverdi, men det er den raskeste indikatoren for de andre: mykere kvaliteter strekker seg lenger (høyere forlengelse) og føles mer ettergivende (lavere modul); hardere kvaliteter motstår deformasjon, men mister forlengelse.

For de fleste innkjøpssamtaler er durometeret den første spaken. Strekk-, rive- og modulusverdiene endres med den.

I slekt: Silikon Shore A-hardhet: Effekter på følelse, tetting og holdbarhet – den komplette veiledningen for valg av myk kontra hard silikon og durometer etter bruksområde.

Silikon vs. andre elastomerer

Mekaniske tall betyr bare noe i sammenligning. Mot vanlige gummityper bytter silikon rå styrke mot temperaturområde, kompresjonsfasthet og aldringsmotstand.

Konklusjonen er smal: hvis delen trenger maksimal strekk- eller rivestyrke ved romtemperatur, vinner NR eller NBR på de mekaniske linjeartiklene. Hvis den trenger pålitelig forsegling, motstå varme og forvitring, og holde formen over år, er silikons lavere styrke en akseptabel byttehandel.

Hvor disse tallene slutter å gjelde

Hvert område ovenfor er avhengig av kvalitet og prosess. Fyllstoffsystem, herdekjemi og etterherding kan endre strekkfasthet, rivestyrke og kompresjonsdeformasjon over hele båndet – to deler som begge er merket “silikon” kan avvike med 2 ganger i rivestyrke. Det publiserte tallet gjenspeiler også laboratorieprøver, ikke veggtykkelse, geometri eller spenninger ved avforming.

Før disse tallene blir en reell spesifikasjon, trengs det tre input: målsatt Shore A-hardhet, kontrollfunksjonen (statisk tetning, dynamisk fleks eller strukturell) og driftstemperaturområdet. Med disse innsnevres den mekaniske kvaliteten raskt. Uten dem er et enkelt strekk- eller riftall bare et datapunkt, ikke en spesifikasjon.

Vanlige spørsmål