Większość danych mechanicznych dotyczących silikonu ginie w encyklopedycznym szumie – ogólnych przymiotnikach, takich jak “elastyczny” i “trwały”, bez żadnych liczb i metod testowych. Jeśli specyfikujesz uszczelkę, klawiaturę, uszczelnienie lub element formowany, ta szczelina kosztuje Cię czas i grozi zablokowaniem niewłaściwego twardościomierza lub specyfikacji rozdarcia przed obróbką.
Kauczuk silikonowy (VMQ) ma niższą wytrzymałość na rozciąganie niż nitryl lub kauczuk naturalny – zazwyczaj 4–11 MPa – ale zachowuje wydłużenie 200–800% i zachowuje te właściwości mechaniczne w temperaturach od −60°C do +230°C. To właśnie kompromis, a nie wytrzymałość szczytowa, jest powodem jego specyfikacji.
Poniższe sekcje podają numery robocze, metodę ASTM zastosowaną do każdego z nich i miejsca, w których numery te przestają obowiązywać.
Właściwości mechaniczne silikonu w skrócie
Są to uniwersalne serie gumy silikonowej, które mieszczą się w szerszej gamie silikonu koperta własności fizycznej — zobacz kompletny przewodnik po nieruchomościach Aby uzyskać pełny obraz. Rzeczywiste wartości zależą od polimeru bazowego, zawartości wypełniacza, systemu utwardzania i procesu utwardzania. Należy je traktować jako dane wyjściowe, a nie jako substytut arkusza danych.
| Nieruchomość | Typowy zakres (silikon ogólnego przeznaczenia) | Standard testu |
|---|---|---|
| Wytrzymałość na rozciąganie | 4–11 MPa (gatunki o wysokiej wytrzymałości do ~13 MPa) | ASTM D412 |
| Wydłużenie przy zerwaniu | 200–800% | ASTM D412 |
| Moduł 100% (M100) | 0,5–3 MPa | ASTM D412 |
| Wytrzymałość na rozdarcie | 10–55 kN/m | ASTM D624 |
| Zestaw kompresyjny | 10–40% (niższe po całkowitym utwardzeniu) | ASTM D395 |
| Twardość | Brzeg A 10–80 | ASTM D2240 |
Wytrzymałość na rozciąganie
Wytrzymałość na rozciąganie to naprężenie, jakie wytrzymuje część silikonowa, zanim ulegnie pęknięciu pod wpływem rozciągania, mierzone na próbce hantli. ASTM D412. Silikon ogólnego przeznaczenia ląduje na 4–11 MPa. Gatunki o wysokiej wytrzymałości i dużej wytrzymałości na rozdarcie osiągają około 13 MPa.
Jest to wartość niższa niż w przypadku kauczuku naturalnego lub nitrylu i rzadko stanowi czynnik ograniczający w praktyce. Silikon jest stosowany do uszczelnień, izolacji i elementów miękkich w dotyku, gdzie wydłużenie, odkształcenie trwałe po ściskaniu i stabilność temperaturowa mają większe znaczenie niż maksymalna wytrzymałość na rozciąganie. Rodzaj wypełniacza i załadunek przesuń liczbę najbardziej: wzmacniający krzemionka pirogeniczna zwiększa wytrzymałość na rozciąganie, podczas gdy wypełniacze o dużej objętości obniżają ją, co pozwala obniżyć koszty.
Jeśli dana część rzeczywiście przenosi obciążenia rozciągające, silikon zazwyczaj nie jest odpowiednim materiałem — jest to ograniczenie konstrukcyjne, a nie klasa, którą można obejść.
Wydłużenie przy zerwaniu (elastyczność i giętkość)
Wydłużenie przy zerwaniu to wartość, o jaką silikon rozciąga się przed pęknięciem, wyrażona jako procent pierwotnej długości i rozciągana na tej samej próbce ASTM D412, co wytrzymałość na rozciąganie. 200–800%, przy czym gatunki o mniejszej twardości są bardziej miękkie i znajdują się na wyższym końcu.
To właśnie ta właściwość silikonu odpowiada za jego “elastyczność i giętkość”. Pozwala ona smoczkowi o twardości 30 Shore A, elastycznej pokrywce lub mieszkowi wielokrotnie odkształcać się i powracać do pierwotnego kształtu. Wydłużenie i twardość zmieniają się odwrotnie: wraz ze wzrostem twardości sztywniejszej części, wydłużenie maleje.
Moduł 100% (M100 / M300)
Moduł sprężystości to naprężenie potrzebne do rozciągnięcia próbki do ustalonego wydłużenia – M100 przy rozciągnięciu 100%, M300 przy rozciągnięciu 300% – odczytane również z testu D412. Silikon M100 zazwyczaj osiąga 0,5–3 MPa.
Moduł sprężystości ma większe znaczenie niż wytrzymałość na rozciąganie w przypadku części poddawanych powtarzalnemu, niewielkiemu zginaniu, takich jak klawiatury i membrany. Opisuje on siłę ugięcia, czyli to, co projektant faktycznie odczuwa i określa. Dwa gatunki stali mogą mieć tę samą wartość wytrzymałości na rozciąganie i zachowywać się zupełnie inaczej w eksploatacji, ponieważ ich krzywe modułu sprężystości różnią się.
Wytrzymałość na rozdarcie
Wytrzymałość na rozdarcie to odporność na rozprzestrzeniające się przecięcie lub nacięcie, mierzona na ASTM D624 (najczęściej Die B lub Die C) i podawane w kN/m. Silikon ma zakres od 10–55 kN/m:gatunki uniwersalne plasują się nisko, natomiast formuły silikonowe o wysokiej wytrzymałości na rozdarcie plasują się wysoko.
Wytrzymałość na rozdarcie, a nie wytrzymałość na rozciąganie, to parametr decydujący o tym, czy elementy cienkościenne i elementy z ostrymi narożnikami wewnętrznymi przetrwają wyjęcie z formy i użytkowanie w terenie. Produkty dla niemowląt, cienkie membrany i elementy o ciasnych promieniach powinny być wyceniane na podstawie wysokiej klasy wytrzymałości na rozdarcie. Zadrapanie, które byłoby kosmetyczne na grubym elemencie, staje się punktem inicjującym rozdarcie na cienkim.
Zestaw do kompresji
Odkształcenie trwałe po ściśnięciu mierzy, ile trwałego odkształcenia pozostaje po ściśnięciu części silikonowej, a następnie jej zwolnieniu — testowane zgodnie z ASTM D395 (Metoda B, stałe ugięcie). Niższy procent jest lepszy. Silikon działa 10–40%, a pełne utwardzenie przesuwa je w kierunku dolnego zakresu.
To jest właściwość, która definiuje silikon uszczelka lub uszczelnienie. Niskie odkształcenia trwałe to główny powód, dla którego silikon przewyższa większość elastomerów w zakresie uszczelnień statycznych przy dużych wahaniach temperatury: pozostaje ściśnięty i uszczelnia, zamiast ulegać odkształceniom trwałym i przeciekać.
System utwardzania i utwardzanie po utwardzeniu wpływają na wynik. Silikon platynowy z odpowiednim utwardzaniem po utwardzeniu zapewnia niskie odkształcenie trwałe po ściskaniu; materiał niedotwardzony lub utwardzany nadtlenkiem wodoru bez odpowiedniego utwardzania po utwardzeniu nie zapewnia takiego efektu. Jeśli celem jest długotrwałe uszczelnienie, odkształcenie trwałe po utwardzeniu po utwardzeniu jest wartością wymaganą w karcie katalogowej, a nie w danych technicznych.
Jak twardość łączy się z liczbami mechanicznymi
Twardość (durometr) mierzy się według ASTM D2240 w skali Shore A, przy czym silikon jest powszechnie dostępny Brzeg A 10 do 80. Twardość nie jest wartością wytrzymałości, ale najszybciej przewiduje inne parametry: miękkie gatunki rozciągają się dalej (większe wydłużenie) i są bardziej podatne (niższy moduł); twardsze gatunki są odporne na odkształcenia, ale tracą wydłużenie.
W większości rozmów o pozyskiwaniu materiałów, twardość jest pierwszym czynnikiem. Wraz z nią zmieniają się wartości wytrzymałości na rozciąganie, rozdzieranie i moduł sprężystości.
Powiązany: Twardość silikonu w skali Shore’a A: wpływ na odczucia, uszczelnienie i trwałość — kompleksowy przewodnik po wyborze miękkiego lub twardego silikonu oraz twardościomierza w zależności od zastosowania.
Silikon kontra inne elastomery
Wartości mechaniczne mają znaczenie tylko w porównaniu. W porównaniu ze zwykłymi gumami, silikon oferuje wytrzymałość na ściskanie, zakres temperatur, odporność na odkształcenia trwałe i starzenie.
| Nieruchomość | Silikon (VMQ) | Kauczuk naturalny (NR) | EPDM | Nitryl (NBR) |
|---|---|---|---|---|
| Wytrzymałość na rozciąganie | 4–11 MPa | 20–30 MPa | 7–21 MPa | 10–25 MPa |
| Wydłużenie przy zerwaniu | 200–800% | 400–700% | 200–600% | 300–600% |
| Wytrzymałość na rozdarcie | Niski–umiarkowany | Wysoki | Umiarkowany | Umiarkowany |
| Zestaw kompresyjny | Doskonały (niski) | Słaby | Dobry | Umiarkowany |
| Temperatura pracy | −60 do +230 °C | −50 do +80 °C | −50 do +150 °C | −30 do +120 °C |
| UV / ozon / starzenie | Doskonały | Słaby | Doskonały | Słaby |
Wniosek jest prosty: jeśli element wymaga maksymalnej wytrzymałości na rozciąganie lub rozrywanie w temperaturze pokojowej, NR lub NBR wygrywają w kategorii elementów mechanicznych. Jeśli element musi być niezawodnie uszczelniony, oprzeć się ciepłu i warunków atmosferycznych oraz zachowania kształtu przez lata, niższa wytrzymałość silikonu jest akceptowalną opcją.
Gdzie te liczby przestają mieć zastosowanie
Każdy z powyższych zakresów zależy od gatunku i procesu. System wypełniacza, skład chemiczny utwardzacza i proces utwardzania po utwardzeniu mogą zmieniać wytrzymałość na rozciąganie, rozdarcie i odkształcenie trwałe na ściskanie w całym paśmie – dwie części oznaczone jako “silikon” mogą różnić się 2-krotnie pod względem wytrzymałości na rozdarcie. Opublikowana wartość odzwierciedla również próbki laboratoryjne, a nie grubość ścianki, geometrię ani naprężenia po wyjęciu z formy.
Zanim te wartości staną się rzeczywistą specyfikacją, potrzebne są trzy dane: docelowa twardość Shore'a A, funkcja kontrolująca (uszczelnienie statyczne, giętkość dynamiczna lub strukturalna) oraz zakres temperatur pracy. Dzięki temu klasa mechaniczna szybko się zawęża. Bez nich, pojedyncza wartość wytrzymałości na rozciąganie lub rozdzieranie jest jedynie punktem danych, a nie specyfikacją.
Często zadawane pytania
Jaka jest wytrzymałość na rozciąganie gumy silikonowej?
Silikon ogólnego przeznaczenia ma wytrzymałość 4–11 MPa zgodnie z normą ASTM D412, a gatunki o wysokiej wytrzymałości do około 13 MPa. Jest on niższy niż nitryl lub kauczuk naturalny.
Jak bardzo silikon może się rozciągnąć zanim pęknie?
Wydłużenie przy zerwaniu wynosi zazwyczaj 200–800%. Najbardziej rozciągają się gatunki miękkie i o niższej twardości.
Czy silikon ma dobrą odporność na ściskanie?
Tak. Przy lepkości około 10–40% (niższej po pełnym utwardzeniu) silikon zachowuje swój kształt pod wpływem długotrwałego ściskania lepiej niż większość elastomerów, dlatego jest stosowany do uszczelnień i podkładek.
Co jest mocniejsze, silikon czy EPDM?
Co jest mocniejsze, silikon czy EPDM?
Dlaczego silikon ma niską wytrzymałość na rozciąganie, ale duże wydłużenie?
Elastyczny szkielet siloksanowy (Si–O) silikonu łatwo się rozciąga, zapewniając wydłużenie 200–800%, ale te same niskie siły międzycząsteczkowe ograniczają wytrzymałość na rozciąganie do 4–11 MPa. Wypełniacze wzmacniające, takie jak krzemionka pirogeniczna, zwiększają wytrzymałość na rozciąganie bez znaczącej utraty elastyczności.
Jaka norma ASTM jest stosowana w przypadku wytrzymałości silikonu na rozdarcie?
Wytrzymałość na rozdarcie mierzy się zgodnie z normą ASTM D624 (zwykle matryca B lub matryca C) i podaje w kN/m. Silikon ogólnego przeznaczenia ma wytrzymałość na rozdarcie w zakresie 10–55 kN/m, przy czym najwyższe wartości znajdują się w górnym zakresie.
Jaki jest moduł 100% (M100) silikonu?
M100 to naprężenie potrzebne do rozciągnięcia próbki do wydłużenia 100%, zazwyczaj 0,5–3 MPa dla silikonu zgodnie z normą ASTM D412. Przewiduje ono siłę ugięcia lepiej niż wytrzymałość na rozciąganie dla części poddawanych wielokrotnemu zginaniu o niskim naprężeniu, takich jak klawiatury i membrany.
