Płyty silikonowe mogą sprawiać wrażenie trwałych, ale siły ściskające mogą po cichu obniżać ich długoterminową wydajność.
Badanie odporności na ściskanie mierzy, jak bardzo arkusz silikonowy nie powraca do swojej pierwotnej grubości po poddaniu go ściskaniu przez określony czas w określonych warunkach.
Widziałem produkty, które wyglądały idealnie po uformowaniu, ale psuły się po kilku tygodniach użytkowania. W większości przypadków przyczyną jest słaba odkształcalność po ściskaniu. Dlatego badanie odkształcenia trwałego po ściskaniu jest kluczowym elementem naszego procesu kontroli jakości.
Czym jest odkształcenie trwałe w płytach silikonowych?
To się dzieje, gdy silikon zostanie zgnieciony i nie odkształci się.
Odkształcenie trwałe to trwałe odkształcenie arkusza silikonowego pod wpływem długotrwałego naprężenia ściskającego. Informuje nas ono o tym, jak bardzo silikon traci swój kształt.
Po ściśnięciu silikonowej uszczelki, maty lub podkładki, a następnie jej zwolnieniu, materiał powinien powrócić do pierwotnej grubości. Jeśli tak się nie stanie, oznacza to, że arkusz uległ odkształceniu trwałemu po ściśnięciu. Jest to szczególnie istotne w zastosowaniach uszczelniających lub amortyzujących.
W jednym z projektów użyliśmy arkusza niskiej jakości do uszczelnienia butelki dla niemowląt. Po dwóch tygodniach pod naciskiem pokrywki pierścień spłaszczył się i zaczął przeciekać. Przyczyna? Wysokie odkształcenie trwałe po ściśnięciu.
Dlaczego odkształcenie trwałe w przypadku produktów silikonowych jest ważne?
Wysoki stopień kompresji oznacza, że silikon z czasem nie będzie spełniał swoich funkcji.
Odkształcenie trwałe pod wpływem ściskania ma wpływ na uszczelnienie, trwałość i bezpieczeństwo produktu — zwłaszcza uszczelek, wkładek amortyzujących i produktów dla dzieci poddawanych ciśnieniu.
Jeśli silikonowy element pozostaje ściśnięty, nie może utrzymać ciśnienia, nie może uszczelnić wilgoci ani skutecznie absorbować uderzeń. Dlatego testowanie odkształcenia trwałego po kompresji jest przeprowadzane w branżach takich jak:
- Automobilowy – Uszczelki i uszczelnienia
- Pielęgnacja niemowląt – Uszczelki do butelek, gryzaki
- Medyczny – Urządzenia do ucisku skóry
- Elektronika – Amortyzujące silikonowe podkładki
Z mojego doświadczenia wynika, że nawet zmiana zestawu sprężania o 5% może zadecydować o powodzeniu lub porażce produktu, który musi wytrzymać sześć miesięcy lub dłużej pod obciążeniem.
Jak bada się odkształcenie trwałe płyt silikonowych?
Test ten przebiega według jasnych kroków określonych w normach ASTM.
Odkształcenie trwałe po ściskaniu bada się poprzez ściskanie arkusza silikonowego w ustalonej temperaturze przez określony czas, a następnie pomiar powrotu grubości po odpoczynku.
Podążamy ASTM D395 – standardowa metoda badania właściwości gumy – odkształcenie trwałe po ściskaniu. Oto jak to działa:
| Krok | Opis |
|---|---|
| Przygotowanie próbki | Wytnij próbkę (np. o grubości 12,5 mm i średnicy 29 mm) |
| Pomiar początkowy | Zmierz oryginalną grubość (T₀) |
| Kompresja | Kompresować do grubości 75% przez 22–70 godzin |
| Kontrola temperatury | Umieścić w piekarniku nagrzanym do 70°C, 100°C lub 125°C |
| Okres odpoczynku | Wyjąć i pozostawić do ostygnięcia na 30 minut |
| Pomiar końcowy | Zmierz odzyskaną grubość (T₁) |
| Obliczenie | Użyj poniższego wzoru |
Zestaw kompresyjny (%) = [(T₀ – T₁) / (T₀ – Tn)] × 100
Gdzie Tn jest grubością po ściśnięciu (75% T₀).
Na przykład:
- T₀ = 10 mm
- Skompresowany do 7,5 mm
- Po regeneracji T₁ = 8,5 mm
- Zestaw kompresyjny = [(10 – 8,5) / (10 – 7,5)] × 100 = 60%
Oznacza to, że kompresja wyniosła 60% nie odzyskane. To dużo. W większości zastosowań dążymy do wartości poniżej 25%.
Jakie czynniki wpływają na odkształcenie trwałe silikonu po ściskaniu?
Nie wszystkie silikony zachowują się tak samo.
Odkształcenie trwałe po ściskaniu zależy od gatunku silikonu, struktury usieciowania, wypełniaczy, temperatury i grubości.
Na to, jak dobrze arkusz silikonowy powraca do pierwotnego kształtu, wpływa kilka czynników:
1. Klasa silikonu
- Kauczuk o wysokiej konsystencji (HCR) ma tendencję do lepszego odzyskiwania pierwotnego kształtu niż kauczuk silikonowy w stanie ciekłym (LSR).
- Silikon spożywczy może mieć większą elastyczność, ale nieco wyższe odkształcenie.
2. Typ sieciowania
- Silikony utwardzane nadtlenkiem często wykazują większą odporność na wiązanie niż te utwardzane platyną.
3. Wypełniacze i dodatki
- Nadmierna zawartość wypełniacza może powodować zmniejszenie elastyczności.
- Środki wzmacniające mogą poprawić krótkoterminową wydajność, ale pogorszyć proces regeneracji.
4. Narażenie na temperaturę
- Wyższe temperatury testowe powodują trwalsze odkształcenia.
- Warunki testowania należy zawsze dopasowywać do rzeczywistego sposobu użytkowania produktu.
5. Grubość blachy
- Cienkie arkusze odzyskują swoją objętość szybciej.
- Grube arkusze magazynują więcej energii i są bardziej podatne na wiązanie.
Zawsze przeprowadzamy testy w różnych warunkach — zwłaszcza w przypadku produktów dla dzieci, które muszą być poddawane gotowaniu, sterylizacji i obciążeniom mechanicznym przez wiele miesięcy.
Jak zwiększyć odporność na odkształcenia trwałe w płytach silikonowych?
Rozwiązanie zaczyna się przed produkcją.
Wybierz odpowiednią formułę silikonu, metodę utwardzania i kształt arkusza, aby zwiększyć odporność na odkształcenia trwałe pod wpływem ściskania.
Oto kluczowe strategie, które stosujemy:
- Wybór materiału – W przypadku zastosowań wrażliwych na ciepło należy stosować silikon wysokowydajny lub fluorosilikon.
- Zoptymalizuj utwardzanie – Prawidłowa wulkanizacja redukuje naprężenia wewnętrzne i poprawia elastyczność.
- Grubość projektu – Unikaj nadmiernej kompresji podczas rzeczywistego użytkowania.
- Unikaj przegrzania – Silikon wystawiony na działanie nadmiernej temperatury podczas przetwarzania może ulec przedwczesnemu starzeniu.
- Utwardzanie końcowe – Obróbka cieplna po formowaniu może poprawić odzysk.
Kiedyś opracowaliśmy matę uszczelniającą do podgrzewacza do jedzenia dla niemowląt. Zmieniając standardowy silikon na tworzywo medyczne utwardzane nadtlenkiem, zmniejszyliśmy odkształcenie trwałe po kompresji z 35% do zaledwie 15% – a klient odnotował mniej zwrotów produktów.
Jakie wartości zestawu kompresji są uważane za akceptowalne?
Zależy to od produktu i branży.
Odkształcenie trwałe poniżej 20–25% jest zazwyczaj akceptowalne w przypadku większości zastosowań arkuszy silikonowych; w zastosowaniach krytycznych może być wymagane odkształcenie poniżej 10%.
Oto ogólne wytyczne:
| Aplikacja | Idealny zestaw kompresyjny (%) |
|---|---|
| Produkty dla dzieci | ≤ 15% |
| Uszczelki przemysłowe | ≤ 25% |
| Urządzenia medyczne | ≤ 10% |
| Podkładki elektroniczne | ≤ 20% |
| Arkusze do kontaktu z żywnością | ≤ 20% |
Zawsze proś swojego dostawcę o raporty z testów. W RuiYang testujemy odkształcenie trwałe po ściskaniu w ramach każdej walidacji nowego produktu. Nie chodzi tylko o certyfikację – pomaga nam to przewidzieć, jak dobrze silikon sprawdzi się w rzeczywistym użytkowaniu.
Kiedy należy zlecić dostawcy wykonanie pomiaru trwałości ściskającej?
Tuż zanim stanie się to problemem.
Zawsze zlecaj wykonanie testu odkształceń trwałych na ściskanie, gdy opracowujesz produkty silikonowe, które będą narażone na ciśnienie, ciepło lub długotrwałe użytkowanie mechaniczne.
Jeśli rozwijasz którykolwiek z poniższych problemów, testowanie kompresji jest koniecznością:
- Uszczelki silikonowe do butelek
- Wielorazowe maty do karmienia niemowląt
- Uszczelki przemysłowe wysokociśnieniowe
- Arkusze pianki silikonowej do amortyzacji
- Kleje do skóry o jakości medycznej
Jeden z naszych klientów z USA poprosił o spersonalizowane nakładki na gryzaki. Przeprowadziliśmy testy kompresji na różnych poziomach twardości, aby pomóc im wybrać najlepszy kompromis między miękkością a długotrwałą trwałością. W tym tkwi siła danych.
Wniosek
Badanie odporności na ściskanie pokazuje, w jakim stopniu arkusze silikonowe zachowują swój kształt pod wpływem nacisku. Jest to niezbędne do produkcji trwałych i niezawodnych produktów.
