Co decyduje o tym, czy produkt silikonowy jest miękki i rozciągliwy, czy sztywny i twardy?
Odpowiedź tkwi w twardości Shore'a. To standardowy sposób pomiaru twardości lub miękkości silikonu. Niezależnie od tego, czy projektujesz z myślą o komforcie, elastyczności, trwałości czy wsparciu, odpowiednia twardość Shore'a jest kluczem do wydajności i satysfakcji użytkownika.
W tym artykule wyjaśnimy, czym jest twardość silikonu w skali Shore'a, jak się ją mierzy, jakie są różne skale, takie jak Shore 00, A i D, oraz jak dobrać odpowiednią twardość do różnych zastosowań. Ten poradnik zapewni Ci jasne i praktyczne zrozumienie wpływu twardości Shore'a na produkty silikonowe.
Czym jest twardość silikonu w skali Shore’a?
Twardość Shore'a to standardowy sposób pomiaru twardości lub miękkości silikonu. Jeśli chcesz wiedzieć, jak twardy jest kawałek silikonu, używamy… Twardość Shore'aNarzędzie to wciska szpilkę w powierzchnię z ustaloną siłą i podaje odczyt od 0 do 100, w zależności od tego, jak głęboko wbija się szpilkę.
W branży silikonowej najczęściej używamy skali Shore 00, Shore A lub Shore D. Niższa wartość oznacza, że silikon jest bardziej miękki i elastyczny. Wyższa wartość oznacza, że jest twardszy i mniej elastyczny.
Twardość Shore'a to nie tylko wartość techniczna. Wpływa ona na odczucia, działanie i przydatność produktu. Dlatego wybór i kontrola odpowiedniej twardości jest tak ważna podczas projektowania i produkcji wyrobów silikonowych.
Jak klasyfikuje się twardość silikonu według skali Shore’a?
Silikon ma szeroki zakres twardości, od galaretowatej miękkości po plastyczną sztywność. Można go regulować, zmieniając wzór. Do pomiaru używamy głównie trzech standardowych skal: Shore 00, Shore A i Shore D. Każda skala obejmuje wartości od 0 do 100. Im wyższa wartość, tym twardszy silikon.
Shore 00: Do materiałów wyjątkowo miękkich
Skala Shore'a 00 została zaprojektowana specjalnie do pomiaru twardości wyjątkowo miękkich materiałów.
Typowy zakres: 10 do 90 Shore 00
Zastosowania: Miękkie żele medyczne, wkładki łagodzące ucisk, makijaż o specjalnych efektach
Shore A: Najczęściej używana skala
Skala Shore'a A to najpowszechniejsza skala dla silikonu. Obejmuje ona wszystko, od miękkiej gumy po części półsztywne.
Typowy zakres: 10 do 95 Shore A
Zastosowania:
- Niska twardość (10A – 30A): Smoczki dla dzieci, miękkie etui na telefon, rurki medyczne
- Średnia twardość (40A – 60A): Etui na telefony, przybory kuchenne, pierścienie uszczelniające
- Wysoka twardość (70A – 90A): Guziki silikonowe, uszczelki samochodowe, uszczelki przemysłowe
Shore D: Do twardych materiałów
W przypadku bardzo twardego silikonu stosujemy skalę Shore’a D. Jest ona przeznaczona do twardej gumy i tworzyw sztucznych.
Typowy zakres: 20 do 90 Shore D
Zastosowania: Uszczelki twarde, uchwyty narzędziowe, rolki przemysłowe
Jakie czynniki wpływają na twardość silikonu w skali Shore’a?
Twardość Shore'a to ważna właściwość silikonu. Wpływa ona na odczucia związane z produktem, jego działanie i przydatność do konkretnych zastosowań. Ale co dokładnie decyduje o miękkości lub twardości silikonu? Wiele czynników, od składu chemicznego po praktyczne zastosowanie, może mieć duże znaczenie.
Formuła surowca
Skład chemiczny silikonu decyduje o jego twardości. Nawet niewielkie zmiany w formule bazowej mogą prowadzić do zauważalnych różnic w dotyku i wydajności produktu końcowego.
- Szkielet siloksanowy: Masa cząsteczkowa i gęstość usieciowania bezpośrednio wpływają na twardość. Wyższa gęstość usieciowania zwiększa twardość, ale może zmniejszyć elastyczność.
- Wypełniacze: Rodzaj i ilość wypełniaczy, takich jak krzemionka i węglan wapnia, pomagają regulować twardość. Na przykład, zwiększenie zawartości krzemionki może podnieść twardość do około 70 w skali Shore'a A, ale może zmniejszyć wytrzymałość na rozdzieranie.
- Środki utwardzające: Systemy utwardzania nadtlenkowego są często stosowane do silikonu wulkanizowanego w wysokiej temperaturze (HTV), odpowiedniego do twardszych produktów. Katalizatory platynowe są powszechnie stosowane w ciekłym kauczuku silikonowym (LSR), idealnym do miękkich wyrobów medycznych.
Proces produkcji
O twardości decyduje nie tylko skład silikonu. Kluczową rolę odgrywa również sposób jego przetwarzania w procesie produkcji.
- Warunki utwardzania: Utwardzanie w wysokiej temperaturze (150–200°C) zwiększa usieciowanie i twardość. Wulkanizacja w temperaturze pokojowej (RTV) jest bardziej odpowiednia dla produktów o większej miękkości.
- Proces mieszania: Niewłaściwe rozproszenie wypełniaczy może być przyczyną nierównomiernej twardości i wpływać na jakość produktu.
- Utwardzanie końcowe: Wtórne utwardzanie pozwala na precyzyjną regulację twardości i usunięcie naprężeń szczątkowych.
Warunki środowiskowe i użytkowania
Silikon nie istnieje w próżni. W trakcie użytkowania, środowisko i naprężenia, którym jest poddawany, mogą stopniowo zmieniać jego twardość.
- Temperatura: Silikon może zmięknąć pod wpływem wysokiej temperatury i stać się nieco twardszy w niskich temperaturach. Na przykład silikon o twardości 20 Shore A może w temperaturze -40°C przypominać silikon 25A.
- Starzenie się: Długotrwałe narażenie na działanie promieni UV lub substancji chemicznych może zmienić twardość produktu i skrócić jego żywotność.
- Stres: Wielokrotne ściskanie lub rozciąganie może zmienić twardość, szczególnie w przypadku miękkiego silikonu.
Jaki jest związek twardości z elastycznością, wytrzymałością na rozciąganie i wytrzymałością na rozdarcie?
Twardość, moduł sprężystości, wytrzymałość na rozciąganie i wytrzymałość na rozdarcie silikonu są ze sobą powiązane. Nie są to cechy izolowane. Odzwierciedlają one stopień usieciowania sieci molekularnej silikonu.
Moduł sprężystości
Mierzy on, jak bardzo materiał opiera się rozciąganiu i powraca do swojego pierwotnego kształtu.
Twardszy silikon ma zazwyczaj wyższy moduł sprężystości. Jest bardziej odporny na odkształcenia i sprawia wrażenie sztywniejszego.
Dzieje się tak, ponieważ twardszy silikon ma tendencję do większej gęstości usieciowania, co ogranicza ruch łańcucha i sprawia, że materiał jest mniej elastyczny, ale bardziej stabilny.
Wytrzymałość na rozciąganie
To maksymalne obciążenie, jakie silikon może wytrzymać, zanim pęknie przy pociągnięciu.
Związek między twardością i wytrzymałością na rozciąganie nie jest liniowy.
Wraz ze wzrostem twardości zazwyczaj poprawia się wytrzymałość na rozciąganie.
Jednak zbyt duża twardość może przynieść odwrotny skutek. Materiał staje się kruchy i może łatwiej pękać, ponieważ naprężenia nie rozkładają się równomiernie na zbyt sztywne łańcuchy.
Znalezienie odpowiedniej równowagi jest zatem kluczowe. Na przykład etui na telefon musi być wystarczająco twarde, aby chronić, ale także wytrzymałe, aby uniknąć rozdarcia lub pęknięcia.
Wytrzymałość na rozdarcie
Pokazuje to, jak dobrze silikon zapobiega rozprzestrzenianiu się pęknięć, gdy już się pojawią.
W przypadku silikonów miękkich i średnio twardych (20A–40A) dodanie odrobiny twardości zwykle zwiększa wytrzymałość na rozdarcie.
Jeśli jednak twardość wzrośnie zbyt wysoko (powyżej 60A–70A), wytrzymałość na rozdarcie może spaść. Łańcuchy tracą elastyczność, więc po nacięciu mogą się szybko rozerwać.
Wytrzymałość na rozdarcie jest kluczowa w przypadku cienkich, delikatnych i wygiętych przedmiotów, takich jak plomby, rękawice czy części, które są często montowane i demontowane.
Co się stanie, jeśli silikon będzie za twardy lub za miękki?
Co jeśli silikon jest za twardy? A co jeśli jest za miękki? To uzasadnione obawy. Ekstremalne wartości twardości, w obu kierunkach, mogą poważnie wpłynąć na wydajność produktu i komfort użytkowania.
Nie ma jednej uniwersalnej odpowiedzi. Etui na telefon, uszczelka czy klawiatura wymagają innego wyważenia. Zbyt duża twardość może zrujnować komfort i elastyczność, a zbyt mała może prowadzić do niestabilności i zużycia.
Aby pomóc wyjaśnić te zagrożenia, poniższa tabela przedstawia problemy, jakie mogą wystąpić, gdy silikon jest zbyt twardy lub zbyt miękki, a także potencjalne kompromisy, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze materiałów.
| Stan twardości | Potencjalne problemy | Wpływ na wydajność |
| Zbyt trudne | Słabe wrażenia dotykowe i dyskomfort w produktach przeznaczonych dla użytkowników | Zmniejszony komfort, zwłaszcza w przypadku przedmiotów ręcznych lub noszonych |
| Słaba amortyzacja wstrząsów | Mniej skuteczna ochrona w przypadku upadków lub uderzeń | |
| Niewystarczające uszczelnienie na nierównych powierzchniach | Zwiększone ryzyko wycieku lub obejścia powietrza/płynu | |
| Większa kruchość | Skłonność do pękania lub łamania pod wpływem naprężeń lub zginania | |
| Trudne wyjmowanie z formy | Może ulec rozdarciu lub odkształceniu podczas produkcji | |
| Słaba elastyczność w niskich temperaturach | Może sztywnieć w zimnym środowisku, ograniczając funkcję | |
| Zbyt miękki | Brak wsparcia strukturalnego | Łatwo się odkształca, traci stabilność kształtu |
| Słaba odporność na ścieranie i rozdarcie | Szybkie zużycie, krótsza żywotność produktu | |
| Powolne odbicie, słabe czucie klawiszy | Niezadowalające sprzężenie zwrotne dotykowe przycisków lub przełączników | |
| Trudne do obróbki podczas formowania lub późniejszego przetwarzania | Może nie wypełnić dobrze formy lub po utwardzeniu okazać się zbyt miękki w dotyku | |
| Zestaw o wysokiej kompresji | Nie regeneruje się po długotrwałym ucisku, co prowadzi do utraty funkcji | |
| Powierzchnia łatwo przyciąga kurz | Lepka konsystencja może powodować gromadzenie się kurzu, co zmniejsza atrakcyjność wizualną i higieniczną |
Jak wybrać odpowiednią twardość silikonu?
Wybór odpowiedniej twardości silikonu nie jest przypadkowy. Zależy on od sposobu użytkowania produktu, jego odczuć i wykonania. Podobnie jak w przypadku wyboru podeszwy do butów. Niektóre muszą amortyzować, a inne zapewniać wsparcie.
Oto przewodnik, który pomoże Ci wybrać odpowiednią twardość w zależności od potrzeb.
Produkty do kontaktu ze skórą: priorytetowe traktowanie „przyjazności dla skóry”
W przypadku produktów mających bezpośredni kontakt ze skórą priorytetem są wygoda i bezpieczeństwo.
Zalecana twardość silikonu zwykle mieści się w przedziale 10A–40A, czasami jest nawet tak miękki, jak Shore 00.
Produkty dla niemowląt, takie jak smoczki, gryzaki i aspiratory do nosa, zazwyczaj wykorzystują silikon o twardości od 20A do 30A. Ta miękkość imituje dotyk skóry, zapewniając bezpieczeństwo i komfort dla delikatnej buzi i skóry dziecka.
Wyroby medyczne, takie jak cewniki, maski oddechowe i wkładki protetyczne, charakteryzują się szerszym zakresem twardości, od 10A do 50A, w zależności od ich funkcji. Na przykład, cewniki często wymagają miękkości około 20A, aby zapewnić elastyczność, podczas gdy wkładki protetyczne mogą wymagać twardości do 50A, aby zapewnić lekkie wsparcie. Niektóre ultramiękkie plastry na blizny wykorzystują nawet silikon o twardości 00 w skali Shore'a, aby osiągnąć maksymalną miękkość i ścisłe dopasowanie do skóry.
Urządzenia noszone, takie jak paski do smartwatchy i końcówki do słuchawek, zazwyczaj mieszczą się w zakresie od 30 A do 50 A. Ten zakres zapewnia równowagę między komfortem a stabilnością – zbyt miękkie mogą wydawać się luźne, a zbyt twarde – powodować dyskomfort.
Artykuły codziennego użytku i artykuły kuchenne: równowaga między funkcjonalnością a wyczuciem
Do produkcji artykułów codziennego użytku i naczyń kuchennych potrzebny jest silikon, który jest praktyczny, trwały i wygodny w użyciu.
Zalecany zakres twardości tych produktów mieści się na ogół w przedziale od 40A do 70A.
Naczynia kuchenne, takie jak szpatułki, foremki do pieczenia i pokrywki, zazwyczaj wykonane są z silikonu o klasie twardości od 40A do 60A. Ten zakres twardości jest wystarczająco wytrzymały, aby poradzić sobie z mieszaniem i gotowaniem, a jednocześnie wystarczająco elastyczny, aby ułatwić użytkowanie. Foremki muszą również łatwo wyjmować jedzenie i dobrze zachowywać swój kształt.
Osłony urządzeń, w tym etui na telefony i tablety oraz obudowy pilotów, zazwyczaj mieszczą się w zakresie twardości od 40A do 60A. Ten poziom twardości zapewnia wystarczającą miękkość, aby amortyzować wstrząsy i zapewnić pewny chwyt, a jednocześnie jest wystarczająco mocny, aby zachować kształt.
Artykuły gospodarstwa domowego, takie jak rączki szczoteczek do zębów, podkładki i pokrywki kubków, mają klasę twardości od 40A do 70A, w zależności od wymaganego chwytu, faktury i podparcia.
Zastosowania przemysłowe: nacisk na wydajność i dostosowanie do środowiska
Silikon przemysłowy musi być odporny na ciśnienie, ciepło, wibracje i zużycie.
Zalecana twardość mieści się w przedziale 50A–90A, przy czym w przypadku sztywniejszych części stosuje się twardość Shore’a D.
Uszczelki takie jak pierścienie uszczelniające, uszczelki i paski uszczelniające mają zazwyczaj twardość od 50A do 70A. Wymagają odpowiedniej twardości, aby zapewnić szczelność pod ciśnieniem i uniknąć wycieków, a wyższa twardość jest preferowana w trudnych warunkach.
Podkładki i amortyzatory tłumiące zwykle mają klasę twardości od 50A do 65A, zapewniając wystarczającą miękkość, aby pochłaniać wstrząsy, a jednocześnie wystarczającą wytrzymałość, aby przeciwdziałać odkształceniom.
Materiały do izolacji kabli i zalewania instalacji elektrycznych różnią się znacznie pod względem twardości, w zależności od pełnionej funkcji, ale szczególną uwagę należy zwrócić na izolację, odporność na ciepło i trwałość.
W przypadku rolek przemysłowych i taśmociągów wymagana jest często twardość 70A lub wyższa, czasami nawet Shore D, aby zapewnić doskonałą wytrzymałość, odporność na ścieranie i stabilność przy dużych obciążeniach.
Elementy konstrukcyjne i materiały kompozytowe: twardość dla wsparcia
Gdy silikon stanowi część konstrukcji lub jest łączony z innymi materiałami, musi być wytrzymały i stabilny.
W przypadku tych zastosowań zalecana twardość wynosi 70A lub więcej, bądź twardość w skali Shore’a D.
Twarde przyciski i klawisze muszą zapewniać wyraźne sprzężenie zwrotne i być trwałe; zazwyczaj stosuje się silikon o twardości od 70A do 85A.
Wewnętrzne elementy podporowe wymagają jeszcze większej twardości, zwykle między 80A a 90A (w skali Shore’a D), aby zachować kształt i przeciwstawić się siłom.
W przypadku silikonowych form na narzędziach i urządzeniach, twardość zależy od wymaganego chwytu i funkcji. Uchwyty narzędzi często wykorzystują silikon o twardości od 60A do 80A, co zapewnia równowagę między komfortem a wytrzymałością i trwałością.
Wniosek
Twardość Shore'a to coś więcej niż tylko liczba. To kluczowy czynnik, który kształtuje odczucia, właściwości i funkcje silikonu w praktyce. Zrozumienie różnych poziomów twardości i ich związku z konkretnymi potrzebami pozwala na dokonywanie mądrzejszych i skuteczniejszych wyborów materiałowych.
Dzięki dziesięcioleciom doświadczenia w produkcji silikonu, dysponujemy wiedzą specjalistyczną i technologią, które pozwalają nam tworzyć wysokiej jakości, wydajne produkty silikonowe, dopasowane do Twoich potrzeb. Niezależnie od tego, czy tworzysz urządzenia medyczne, dobra konsumpcyjne, czy komponenty przemysłowe, pomożemy Ci wcielić Twoje pomysły w życie z precyzją i niezawodnością. Skontaktuj się z nami już dziś, aby rozpocząć tworzenie spersonalizowanego rozwiązania silikonowego.
