Na stole warsztatowym twardość silikonu w skali Shore'a wygląda jak pojedyncza liczba, którą wpisuje się do arkusza specyfikacji. W produkcji jest to jeden z pierwszych czynników, który blokuje narzędzia, proces wyjmowania z formy i mniej więcej połowa zachowania części po wysyłce.
Większość rysunków dociera do nas z oznaczeniem “miękki silikon” lub “twardość Shore'a 50”. Żadne z nich nie jest specyfikacją. “Miękki” to odczucie. “50” bez skali (A? 00? D?) i bez tolerancji to przypuszczenie, które jesteśmy zmuszeni interpretować w Twoim imieniu. Wybierz twardościomierz ze względu na to, jak część ma się uszczelniać, zginać lub zużywać — a nie ze względu na to, jak ma się układać w dłoni — i zawsze potwierdź skalę (prawie zawsze Shore A) plus tolerancję (zwykle ±5 Shore A na Badanie twardości ASTM D2240). Jeśli źle określisz, nie stracisz próbki. Stracisz formę, ponieważ tworzywo wycięte dla jednego stopnia skurczu rzadko daje się idealnie przenieść na tworzywo bardziej miękkie lub twardsze.
Streszczenie
- Twardość to parametr kompromisowy, a nie ocena jakości. Im mocniej naciskasz, tym większa wytrzymałość na ścieranie i struktura, a to kosztuje wytrzymałość na rozdarcie, wydłużenie i uszczelnienie na nierównych powierzchniach.
- Większość części silikonowych ma twardość pomiędzy 20 a 70 w skali Shore A. Poniżej tej wartości znajdujesz się w skali Shore'a 00 (żele, amortyzacja); skala Shore'a D jest rzadka w przypadku silikonu przypominającego gumę i zwykle sygnalizuje wybór niewłaściwego materiału.
- Kosztownym błędem jest zmiana twardościomierza po obróbce. Różne związki kurczą się w różny sposób, dlatego późniejsza zmiana twardości często oznacza konieczność ponownego przecięcia stali, a nie wymiany materiału.
Skale twardości silikonu Shore: 00, A i D
Odczyt twardościomierza jest bezwartościowy bez skali. W przypadku silikonu trzy elementy mają znaczenie i celowo się nakładają.
Skala Shore'a A to zakres roboczy dla niemal wszystkich formowanych gum silikonowych. Twardość (według ASTM D2240, Lub ISO 7619 / ISO 48 (dla IRHD) wciska znormalizowany wgłębnik w płaską próbkę o grubości 6 mm i podaje opór w skali od 0 do 100. Skala twardości Shore'a 00 obejmuje wszystko, co jest zbyt miękkie dla skali A — żele, pianki i miękkie w dotyku materiały amortyzujące. Skala twardości Shore'a D ma znaczenie dopiero powyżej górnej granicy skali A, w przypadku sztywnego plastiku; jeśli silikonowa część wymaga skali twardości Shore'a D, zazwyczaj wybrałeś niewłaściwy polimer.
| Skala | Typowy zakres | Co obejmuje | Tam, gdzie należy |
|---|---|---|---|
| Brzeg 00 | 00-20 do 00-50 | Żele, pianki, bardzo miękka amortyzacja | Podkładki wibracyjne, miękkie urządzenia do noszenia, amortyzacja żelowa |
| Brzeg A | 10A do 80A | Zakres roboczy dla prawie wszystkich formowanych gum silikonowych | Uszczelki, podkładki, rurki, klawiatury, produkty dla dzieci i kuchni |
| Brzeg D | Powyżej 90 Shore A | Twarde gumy i sztywne tworzywa sztuczne | Rzadko poprawne w przypadku silikonu — zwykle błąd materiałowy |
Kolejna kwestia pomijana w większości specyfikacji: sposób odczytu. Twardośćomierza opada w pierwszych sekundach, gdy materiał się rozluźnia, więc natychmiastowy odczyt i 15-sekundowy odczyt z opóźnieniem na tym samym elemencie mogą różnić się o kilka punktów. Określ, który z nich jest Ci potrzebny, zachowaj grubość próbek co najmniej 6 mm (odczyt cienkich elementów jest błędny, ponieważ kowadło się odpycha) i nigdy nie układaj cienkich arkuszy warstw w celu uzyskania fałszywej grubości – szczeliny powietrzne zniekształcają wynik.
Co się zmienia, gdy twardość wzrasta
Twardość nie zmienia się sama z siebie. Gdy ją podniesiesz, inne właściwości zmienią się wraz z nią, głównie na twoją niekorzyść. To właśnie ten aspekt kupujący lekceważą: traktują twardość jako wolny wybór, a nie punkt wyjścia do łańcucha kompromisów.
| Nieruchomość | Kierunek wzrostu twardości | Konsekwencja produkcji |
|---|---|---|
| Wydłużenie przy zerwaniu | Spadki (często od 600%+ przy 30A do poniżej 300% przy 70A) | Mniejsze rozciąganie w przypadku części zatrzaskowych, głęboko tłoczonych lub mieszkowych |
| Wytrzymałość na rozdarcie | Zwykle wypada poza średni zakres | Cienkie ścianki i ostre rogi pękają podczas wyjmowania z formy |
| Uszczelnianie na szorstkich lub nierównych powierzchniach | Gorzej | Wymaga większego obciążenia zacisku lub bardziej płaskiej powierzchni styku |
| Odporność na ścieranie i sztywność | Lepsza | Zachowuje kształt pod obciążeniem i zużyciem |
| Wyjmowanie z formy cienkich lub miękkich części | Łatwiej, gdy trudniej | Bardzo miękkie części (<20A) przyklejają się i odkształcają podczas wyrzucania |
Praktyczna lektura: nie ma “lepszego” końca skali. 70A uszczelka Wytrzymuje wytłaczanie pod obciążeniem śrub, ale nie dopasuje się do odkształconego kołnierza. Membrana 30A uszczelnia szorstką powierzchnię przy lekkim nacisku, ale rozrywa się, jeśli zaprojektujesz ostry narożnik wewnętrzny. Wybierasz, z jakim trybem awarii możesz się pogodzić.
Zalecana twardość Shore’a silikonu według zastosowania
Użyj ich jako punktów wyjścia, a następnie dostosuj do szczeliny uszczelniającej, temperatury i żywotności. Odzwierciedlają one rzeczywisty przebieg, a nie zakres podręcznikowy.
| Aplikacja | Sugerowany brzeg A | Dlaczego |
|---|---|---|
| Podkładki antywibracyjne, miękka amortyzacja | Brzeg 00 do 10A | Absorpcja energii jest ważniejsza niż struktura |
| Smoczki dla niemowląt, gryzaki, błony mające kontakt ze skórą | 20A do 30A | Miękka w dotyku i bezpieczna elastyczność; w połączeniu z utwardzaniem platynowym i FDA 21 CFR 177.2600 lub LFGB |
| Uszczelki ogólne, artykuły kuchenne, uchwyty miękkie w dotyku, rury | 40A do 50A | Zrównoważona elastyczność i regeneracja; ustawienie domyślne dla większości części |
| Klawiatury, uchwyty, uszczelnienia konstrukcyjne | 60A do 70A | Dotykowe zatrzaśnięcie i zachowanie kształtu pod obciążeniem |
| Wysokociśnieniowe uszczelnienia statyczne, powierzchnie cierne | 70A do 80A | Odporny na wytłaczanie i ścieranie |
Gdy część znajduje się między dwoma rzędami – na przykład rurka, która musi pozostać bez zagięć, ale jednocześnie miękka w dotyku – nie uśredniaj. Zdecyduj, który wymóg jest niepodlegający negocjacjom i dostosuj do niego specyfikację, a następnie zweryfikuj wymóg drugorzędny na próbkach. Uśrednienie dwóch celów daje twardośćomierza, który nie spełnia żadnego z nich.
Typowe błędy przy wyborze twardości
Nieprawidłowy twardościomierz rzadko wynika z błędów w obliczeniach. Wynika raczej z kilku przewidywalnych luk w ocenie.
Traktowanie twardościomierza jako komfortu. Miękkość w dłoni i poprawność działania to dwie różne kwestie. Miękki uchwyt, który musi być odporny na odkręcanie, wymaga większej twardości, niż się wydaje.
Określenie liczby bez tolerancji. Odczyty ASTM D2240 charakteryzują się rzeczywistym rozrzutem. Bez określonej tolerancji, założeniem roboczym jest ±5 w skali Shore'a A; jeśli funkcja zawodzi przy ±5, problem leży w marginesie projektowym, a nie w fabryce.
Przyjmując, że sama twardość definiuje uszczelnienie. Uszczelnienie jest ustalane przez odkształcenie trwałe po ściskaniu (ASTM D395), wypełnienie dławika i wykończenie powierzchni, a także twardość. Prawidłowo dobrana twardość w źle zaprojektowanym rowku nadal powoduje przeciek.
Sięgając po Shore D, można odnieść wrażenie, że oznacza ono “trwały”.” Trwałość zazwyczaj oznacza odporność na ścieranie lub odkształcenia ściskające, przy czym oba te parametry można regulować w skali Shore’a A. Przejście do skali Shore’a D zazwyczaj oznacza, że dana część w ogóle nie powinna być wykonana z silikonu.
Jak twardość wpływa na narzędzia i produkcję
Twardość jest ustalana przez skład mieszanki – polimer bazowy, ilość wypełniacza i system utwardzania – przed cięciem stali. Zwiększenie zawartości krzemionki lub innego wypełniacza zwiększa twardość, a do pewnego stopnia może również zwiększyć wytrzymałość na rozdarcie; zbyt wysokie stężenie wypełniacza powoduje zanik wytrzymałości na rozdarcie i wydłużenie. Dlatego “po prostu utwardzaj” nie jest bezwarunkowym żądaniem.
O kosztach decydują dwie rzeczywistości produkcyjne. Po pierwsze, skurcz: tworzywo 60A i 40A nie kurczą się identycznie, więc forma wycięta dla jednego z nich będzie miała tolerancję dla drugiego tylko przez przypadek. Zmiana twardości po obróbce często wiąże się z koniecznością ponownego wycinania gniazd. Po drugie, utwardzanie wtórne: twardość może wzrosnąć o kilka punktów po 200°C po utwardzeniu który odprowadza substancje lotne, więc liczba, którą zatwierdzasz, musi być liczbą po utwardzeniu, a nie zieloną.
Czego potrzebuję, aby potwierdzić twardość Twojego twardościomierza
Określenie twardości jest tak dobre, jak dane wejściowe, które za nim stoją. Aby zablokować liczbę, potrzebuję: funkcji, a w przypadku uszczelnień – szczeliny sprężania lub docelowego stopnia sprężania; zakresu temperatur roboczych; dowolnego docelowego poziomu regulacji (FDA 21 CFR 177.2600, LFGB lub USP klasa VI / ISO10993); tolerancja twardości, z którą możesz żyć; wykończenie powierzchni części współpracującej; i przewidywana żywotność. Podaj mi te dane, a zobowiążę się do podania twardościomierza i tolerancji. Wyślij pojedynczą liczbę bez tych danych, a ryzyko nie zniknie — po prostu przeniesie się do rachunku za przezbrojenie, gdy pierwszy cykl się nie powiedzie.
