Większość artykułów o “właściwościach silikonu” brzmi jak hasło w encyklopedii – szkielet Si-O, akapit o elastyczności, akapit o odporności na ciepło i gotowe. To nie pomaga, gdy trzeba zatwierdzić wycenę narzędzi lub napisać specyfikację gotowego elementu.
Kauczuk silikonowy to syntetyczny elastomer z rdzeniem Si-O-Si, działający w sposób ciągły w temperaturach od −60°C do +230°C, dostępny w twardości Shore'a A 10–80, izolujący elektrycznie do ~25 kV/mm i chemicznie obojętny na większość mediów polarnych. Rzeczywista wydajność jest ograniczona przez klasę formulacji (HTV vs LSR), system utwardzania (nadtlenek vs platyna) oraz certyfikat zgodności (FDA 21 CFR 177.2600, LFGB §30/§31, USP klasa VI, ISO10993).
To jest referencja, którą przekazuję inżynierom i kierownikom ds. zaopatrzenia, zanim omówimy kwestię oprzyrządowania. Wyjaśnia ona, co jest specyfikacją katalogową, co zależy od gatunku i jakie są zmiany w produkcji.
1. Właściwości fizyczne
1.1 Gęstość i waga
Gęstość silikonu wynosi 1,10–1,25 g/cm³, głównie ze względu na zawartość wypełniacza (krzemionka pirogeniczna lub strącana). Wyższa zawartość wypełniacza poprawia wytrzymałość na rozciąganie, ale zmniejsza przezroczystość i wydłużenie. Silikon nie unosi się na wodzie.
| Materiał | Gęstość (g/cm³) |
|---|---|
| EPDM | 0,86–0,90 |
| Kauczuk naturalny | 0,91–0,93 |
| Guma silikonowa | 1,10–1,25 |
| PCV | 1,20–1,55 |
| Fluorosilikon (FVMQ) | 1,40–1,60 |
Ma to znaczenie w przypadku kosztów wysyłki elementów wielkogabarytowych (mat, arkuszy, wkładów do piekarników) oraz w przypadku zastosowań wymagających pływalności. Informacje na temat kontekstu poszczególnych materiałów można znaleźć w artykule. Silikon kontra plastik, PVC kontra silikon, I Silikon kontra guma.
1.2 Kolor i przezroczystość
Bazowa guma silikonowa jest półprzezroczysta. Gatunki utwardzane platyną pozostają klarowne jak woda; gatunki utwardzane nadtlenkiem mają tendencję do żółto-białego zabarwienia ze względu na śladowe pozostałości katalizatora. Pigment jest dodawany na etapie walcowania lub mieszania, a nie później.
Stabilność koloru w promieniowaniu UV i wysokiej temperaturze zależy od doboru pigmentu, a nie od samego silikonu. Elementy pigmentowane tlenkiem żelaza zmieniają odcień po ponad 1000 godzinach ekspozycji na warunki atmosferyczne; pigmenty na bazie kadmu nie spełniają norm RoHS i ZASIĘG wprost.
1.3 Twardość (Shore A)
Skala Shore'a A jest najbardziej nieuporządkowaną właściwością w pozyskiwaniu silikonu.
| Brzeg A | Czuć | Typowe zastosowanie |
|---|---|---|
| 10–20 | Żelowaty | Noszone produkty mające kontakt ze skórą, wkładki protetyczne |
| 20–30 | Miękki, bezpieczny dla dziecka | Smoczki, gryzaki, kubeczki menstruacyjne |
| 30–50 | Standardowy “miękki” | Uszczelki, uszczelki, czepki pływackie |
| 50–70 | Solidny | Uchwyty do szpatułek, klawiatury, formy do pieczenia |
| 70–80 | Sztywny | Uszczelnienia przemysłowe, części konstrukcyjne |
Twardość mierzy się według ASTM D2240 z 1-sekundowym opóźnieniem wciskania. Normy ISO 48-4 dotyczące opóźnienia wciskania podają różne wartości. Podaj metodę testowania w zamówieniu, w przeciwnym razie otrzymasz punkty Shore'a o wartości 5–8 poza wartością docelową i nie będziesz mieć możliwości odwołania.
Aby dowiedzieć się, w jaki sposób twardość wpływa na wydajność uszczelnienia, odczucia dotykowe i odporność na ścieranie, zobacz Twardość silikonu w skali Shore’a A: wpływ na odczucia, uszczelnienie i trwałość I Dlaczego twardość silikonu w skali Shore’a jest ważna.
2. Właściwości mechaniczne
2.1 Wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie
Silikonowe materiały ogólnego przeznaczenia rozciąganie 4,5–10 MPa I Wydłużenie przy zerwaniu 200–800% zgodnie z normą ASTM D412 / ISO 37. Gatunki o wysokiej wytrzymałości na rozdarcie osiągają wytrzymałość na rozciąganie 10–12 MPa.
W porównaniu z EPDM (15–20 MPa) lub kauczukiem naturalnym (20–30 MPa) silikon jest słaby mechanicznie. Silikon nie jest wybierany ze względu na wytrzymałość na rozciąganie. Jest wybierany ze względu na zakres temperatur, biokompatybilność i powrót do pierwotnego kształtu.
Kiedy kupujący pyta “ile ciężaru może utrzymać silikon”, odpowiedź zawsze brzmi: to zależy od geometrii, a nie od samego silikonu. Zobacz Ile ciężaru może utrzymać silikon? do matematyki geometrycznej.
2.2 Odporność na rozdarcie
Wytrzymałość na rozdarcie: 9–55 kN/m Zgodnie z normą ASTM D624, matryca B. Płynny kauczuk silikonowy (LSR) rozrywa się czyściej niż HTV, ponieważ utwardzanie platyną tworzy gęstszą sieć usieciowania. Dlatego balony medyczne, smoczki dla niemowląt i kubeczki menstruacyjne są prawie zawsze wykonane z LSR.
2.3 Zestaw kompresyjny
Odkształcenie trwałe po ściskaniu zgodnie z normą ASTM D395 (22 godz. w temp. 175 °C) wynosi 5–30%. Im niższa wartość, tym lepiej — informuje ona, jak bardzo uszczelka nie powraca do pierwotnego kształtu po długim ściskaniu.
Silikon utwardzany platyną osiąga 8–15%. Gatunki utwardzane nadtlenkiem osiągają 20–30% przed wtórnym utwardzaniem, spadając do ~15% po 4 godzinach utwardzania w temperaturze 200°C. Koszty te są liczone w czasie cyklu i kosztach energii.
3. Właściwości termiczne
3.1 Zakres temperatur pracy
Odpowiedź katalogowa: −60 °C do +230 °C w trybie ciągłym. Gatunki stabilizowane tlenkiem żelaza zapewniają krótkotrwałą odporność na temperaturę 300 °C.
Odpowiedź z fabryki: silikon nie ulega katastrofalnym uszkodzeniom przy górnej granicy wytrzymałości – twardnieje, traci wydłużenie i pojawiają się spękania powierzchniowe. W przypadku ciągłego podgrzewania na macie do pieczenia w temperaturze 230°C, odkształcenie trwałe po ściskaniu rośnie po 6–8 tygodniach. Reklamacje klientów pojawiają się po 3 miesiącach, a nie pierwszego dnia.
W celu zapoznania się z zachowaniem rozkładu zobacz Cudowna temperatura topnienia silikonu — silikon nie topi się, lecz rozkłada się z powrotem na nieorganiczną krzemionkę w temperaturze około 350–400 °C.
3.2 Przewodność cieplna
0,18–0,30 W/m·K dla silikonu bez wypełniaczy. Gatunki przewodzące ciepło (wzbogacone azotkiem boru, tlenkiem glinu lub tlenkiem cynku) osiągają 1,5–3,0 W/m·K — stosowane w podkładkach dystansowych LED i materiałach termoprzewodzących do akumulatorów pojazdów elektrycznych.
Standardowy silikon jest izolatorem termicznym, porównywalnym do drewna. Dlatego silikonowa rękawica kuchenna się sprawdza — i dlatego nie można używać nienapełnionego silikonu jako radiatora. Szczegóły w Przewodność cieplna silikonu.
3.3 Palność
Standardowy silikon ma UL94 V-1 Ocena. Związki zmniejszające palność z wypełniaczami platynowymi lub hydratowymi osiągają V-0. Gdy silikon się pali, pozostawia nieprzewodzący popiół krzemionkowy, dlatego silikonowe osłony kabli są zalecane do obwodów awaryjnych w budynkach wielopiętrowych i okablowania okrętowego. Zobacz Czy silikon jest łatwopalny?.
4. Właściwości elektryczne
Silikon jest jednym z niewielu elastomerów, który zachowuje właściwości dielektryczne w całym zakresie temperatur roboczych.
| Nieruchomość | Typowy zakres | Metoda testowa |
|---|---|---|
| Rezystywność objętościowa | 10¹⁴–10¹⁶ Ω·cm | ASTM D257 |
| Wytrzymałość dielektryczna | 17–25 kV/mm | ASTM D149 |
| Stała dielektryczna (1 MHz) | 2,8–3,5 | ASTM D150 |
| Odporność na łuk elektryczny | >120 sekund | ASTM D495 |
Praktyczna uwaga: izolacja PVC mięknie powyżej 90°C, podczas gdy silikon zachowuje wytrzymałość dielektryczną do 200°C+. Aby dobrać grubość do napięcia, zobacz Wytrzymałość dielektryczna i parametry arkuszy silikonowych I Opcje grubości warstwy izolacji elektrycznej arkuszy silikonowych.
Silikon przewodzący z dodatkiem węgla lub srebra całkowicie odwraca ten zakres – rezystywność powierzchniowa spada do 10⁰–10² Ω/sq. To inny materiał; patrz Klawiatury silikonowe przewodzące i nieprzewodzące.
5. Właściwości chemiczne
5.1 Bezwładność i opór
Silikon jest chemicznie stabilny wobec:
- Rozcieńczone kwasy i zasady
- Rozpuszczalniki polarne (woda, alkohole, gliceryna)
- Tlen i ozon — nietypowe dla elastomerów
- Większość artykułów spożywczych i płynów biologicznych
Silikon pęcznieje lub ulega degradacji w:
- Rozpuszczalniki niepolarne (benzyna, toluen, oleje mineralne) — pęcznienie objętościowe 20–60%
- Kwasy stężone (HCl, H₂SO₄)
- Para nasycona o temperaturze powyżej 150 °C w celu dłuższego przebywania (hydroliza szkieletu Si-O)
Pęcznienie spowodowane krótkotrwałą ekspozycją na rozpuszczalnik jest odwracalne. Długotrwały kontakt z olejem niszczy uszczelki silikonowe w komorach silnika samochodowego — należy tam podać fluorosilikon (FVMQ). Źródło: Właściwości odporności chemicznej pasków silikonowych.
5.2 Hydrofobowość
Kąt zwilżenia powierzchni wodą: 100–110°. Silikon odpycha wodę bez konieczności stosowania powłoki, dlatego też jest standardowym środkiem antyadhezyjnym do szalunków betonowych i uszczelki silikonowe uszczelniają bez konieczności stosowania dodatkowych środków uszczelniających.
5.3 Warunki atmosferyczne — promieniowanie UV, ozon, utlenianie
Silikon zachowuje 80–90% właściwości mechanicznych po 5 latach na zewnątrz ekspozycja w warunkach przyspieszonego ASTM G155 Badanie łukiem ksenonowym. Naturalna guma pęka widocznie po 6–12 miesiącach użytkowania na zewnątrz.
To nie jest pełna odporność. Czarny silikon wypełniony sadzą zachowuje się lepiej niż gatunki barwione; przezroczysty silikon żółknie widocznie po 18–24 miesiącach wystawienia na bezpośrednie działanie słońca. Zobacz Czy silikon jest odporny na promieniowanie UV? I Paski silikonowe odporne na promieniowanie UV i warunki atmosferyczne.
Długoterminowy rozkład odpadów na składowisku trwa od 50 do 500 lat. Zobacz Jak długo rozkłada się silikon?.
6. Właściwości biologiczne i zgodności
To właśnie tutaj większość specyfikacji jest błędna. Terminy “do kontaktu z żywnością” i “do użytku medycznego” nie są zamienne, a “bezpieczny dla silikonu” nie jest terminem prawnym.
| Poziom zgodności | Standard | Typowe zastosowanie | Premia kosztowa |
|---|---|---|---|
| Przemysłowy | Nie wymagane | Uszczelki, podkładki, maty | linia bazowa |
| Kontakt z żywnością (USA) | FDA 21 CFR 177.2600 | Naczynia do pieczenia, przechowywanie żywności | +5–10% |
| Kontakt z żywnością (UE) | LFGB §30 / §31 | Import naczyń do pieczenia i butelek dla niemowląt z UE | +20–30% |
| Kontakt ze skórą | ISO 10993-5, -10 | Urządzenia noszone, protezy | +25–40% |
| Implant medyczny | USP Klasa VI, pełny panel ISO 10993 | Cewniki, implanty | +50–200% |
Gatunek oznaczony jako “medyczny” nie jest automatycznie bezpieczny dla żywności – różne rozpuszczalniki migrujące, różne testy wypłukiwania. Zobacz Silikon spożywczy a silikon medyczny I Silikon spożywczy.
W przypadku produktów mających kontakt ze skórą lub płynami biologicznymi, biozgodność musi zostać ponownie zweryfikowana na gotowym elemencie, a nie tylko na surowcu. Pigmenty, wyjmowanie z formy i obróbka po utwardzeniu nie spełniają wymogów. Źródło: Czy silikon jest rzeczywiście biokompatybilny w zastosowaniach medycznych? I Ścieżki badań biozgodności dla wyrobów mających kontakt ze skórą (ISO 10993).
Silikon nie powoduje również uczulenia u większości użytkowników — patrz Czy silikon jest hipoalergiczny?.
7. Jak zmieniają się właściwości w zależności od systemu utwardzania i klasy
Dwie decyzje dotyczące formulacji blokują około 80% osłony właściwości przed przecięciem stali przez narzędzia:
| Zmienny | HTV (stały silikon) | LSR (płynny silikon) |
|---|---|---|
| Domyślny system leczenia | Nadtlenek (opcjonalnie platyna) | Tylko platyna |
| Zakres twardości | 20–80 Brzeg A | 5–70 Brzeg A |
| Wytrzymałość na rozdarcie | Niżej | Wyższy |
| Zestaw kompresyjny | 15–25% (po utwardzeniu) | 8–15% |
| Osiągalna tolerancja | ±0,05–0,10 mm | ±0,02–0,05 mm |
| Koszt narzędzi | Niski | Wysoki (zimny kanał) |
| Czas cyklu | 3–8 minut | 30–90 sekund |
| Najlepiej pasuje | Niska/średnia objętość, prosta geometria | Duża objętość, medyczne, dziecięce, mikroczęści |
Jeśli w zamówieniu nie określono systemu utwardzania, domyślnie stosuje się nadtlenek HTV – tańszy, ale z resztkowymi produktami ubocznymi utwardzania, które wpływają na smak, zapach i stabilność koloru. W przypadku produktów przeznaczonych do kontaktu ze skórą, dla niemowląt lub medycznych, należy zażądać platynowa kuracja na piśmie. Widzieć Kauczuk silikonowy LSR vs HTV, Utwardzanie a wulkanizacja silikonu, I Wulkanizacja silikonu: jakie błędy popełniają inżynierowie.
8. Szybkie wyszukiwanie — wszystkie właściwości na pierwszy rzut oka
| Nieruchomość | Typowy zakres | Norma testowa |
|---|---|---|
| Gęstość | 1,10–1,25 g/cm³ | ASTM D792 |
| Twardość Shore'a A | 10–80 | ASTM D2240 |
| Wytrzymałość na rozciąganie | 4,5–12 MPa | ASTM D412 |
| Wydłużenie przy zerwaniu | 200–800% | ASTM D412 |
| Wytrzymałość na rozdarcie | 9–55 kN/m | ASTM D624 Matryca B |
| Zestaw kompresyjny | 8–30% | ASTM D395 |
| Temperatura pracy | −60 do +230 °C | — |
| Przewodność cieplna | 0,18–0,30 W/m·K | ASTM C177 |
| Wytrzymałość dielektryczna | 17–25 kV/mm | ASTM D149 |
| Rezystywność objętościowa | 10¹⁴–10¹⁶ Ω·cm | ASTM D257 |
| Ocena płomienia | UL94 V-1 (V-0 z dodatkiem FR) | UL94 |
| Kąt zwilżenia wodą | 100–110° | — |
Wykres radarowy właściwości silikonu porównujący silikon, EPDM, kauczuk naturalny, PVC i fluorosilikon pod względem twardości, zakresu temperatur, dielektryczności, odporności chemicznej i kosztów
Często zadawane pytania
Czy silikon jest toksyczny?
Nie. Utwardzony silikon jest chemicznie obojętny i posiada certyfikat dopuszczający do kontaktu z żywnością i materiałami medycznymi zgodnie z FDA 21 CFR 177.2600, LFGB §30/§31 oraz ISO 10993, jeśli jest odpowiednio przygotowany i utwardzony. Nie należy wdychać nieutwardzonego silikonu ani produktów ubocznych utwardzania nadtlenkiem w warsztacie.
Czy silikon się topi?
Nie. Silikon nie ma temperatury topnienia. W temperaturze powyżej ~350°C rozkłada się na krzemionkę (SiO₂), drobny biały popiół. Dlatego silikon nadaje się do stosowania w przewodach ognioodpornych i uszczelkach wysokotemperaturowych.
Jaka jest różnica między silikonem i silikonem?
Krzem to pierwiastek (Si). Krzem to polimer z szkieletem Si-O-Si i bocznymi grupami metylowymi lub winylowymi. Zobacz Krzem kontra silikon.
Jak długo utrzymuje się silikon?
Ponad 20 lat w pomieszczeniach, 5–10 lat na zewnątrz, w bezpośrednim świetle UV, w zależności od gatunku. Rozkład na wysypisku trwa 50–500 lat.
Czego nie obejmuje ten filar
To jest odniesienie do właściwości, a nie podręcznik pozyskiwania. Trzy ograniczenia, które należy przeczytać przed potraktowaniem którejkolwiek z powyższych liczb jako stałej:
- Numery właściwości zależą od formulacji. Każdy zakres specyfikacji różni się o ±20% w zależności od gatunku, ilości wypełniacza i systemu utwardzania. Zawsze należy poprosić o aktualną specyfikację TDS dostawcy dla konkretnego gatunku.
- Metoda testowania ma większe znaczenie niż liczba. Część o twardości Shore'a A 50 zmierzona po 1 sekundzie nie jest taka sama jak część zmierzona po 15 sekundach. Normy ASTM D2240 i ISO 48-4 dadzą różne wartości dla tej samej części. Zablokuj metodę w karcie specyfikacji.
- Dokumentacja zgodności traci ważność. Certyfikaty FDA, LFGB i USP są ważne dla konkretnej partii surowca, a nie dla gotowego wyrobu bezterminowo. Ponowne testy w przypadku zmiany gatunku, dostawcy lub pigmentu.
Zanim wyślesz zapytanie do jakiejkolwiek fabryki silikonu, zdecyduj o pięciu wymaganiach:
- Ciągła temperatura pracy (nie szczytowa)
- Cel Shore A z zadeklarowaną metodą testowania
- Zakres zgodności — jaki standard, jaki tryb kontaktu
- System utwardzania — platyna lub nadtlenek
- Klasa tolerancji — konsumencka, przemysłowa lub medyczna
Bez tych pięciu elementów każda otrzymana wycena będzie jedynie przypuszczeniem, a żadna pozycja TDS nie będzie mogła zostać zweryfikowana.
Ten filar znajduje się obok szerszego odniesienia. Jeśli chcesz uzyskać pełny obraz – czym właściwie jest silikon na poziomie chemicznym, jak jest produkowany i jakie miejsce zajmuje w rodzinie elastomerów – przeczytaj Kompletny przewodnik po materiałach silikonowych. Użyj tego jako kontekstu źródłowego; użyj tej strony jako wyszukiwania właściwości.
