Silikon czy guma: który wybrać?

Jeśli pracujesz z uszczelkami, podkładkami, narzędziami kuchennymi lub elementami formowanymi, prawdopodobnie stałeś już kiedyś przed takim wyborem. Silikon i guma często wydają się spełniać tę samą funkcję. Oba są elastyczne. Oba się ściskają. A na pierwszy rzut oka mogą wyglądać niemal identycznie.

Problem polega na tym, że zachowują się one zupełnie inaczej po rozpoczęciu użytkowania. Część, która dobrze funkcjonuje w ciepłym pomieszczeniu, może szybko ulec awarii na zewnątrz. Coś, co na początku wygląda dobrze, może stwardnieć, pęknąć lub stracić funkcjonalność po kilku miesiącach.

Wiele decyzji dotyczących materiałów podejmuje się, porównując ceny lub parametry wytrzymałościowe. W praktyce te dane rzadko oddają pełny obraz sytuacji. Równie ważna jest reakcja materiału na ciepło, światło, powietrze i czas.

W tym artykule przyjrzymy się silikonowi i gumie w rzeczywistych warunkach pracy. Celem nie jest udowodnienie, że któryś z nich jest lepszy, ale pomoc w zrozumieniu, gdzie każdy materiał sprawdza się najlepiej, a gdzie stwarza problemy, aby później móc dokonać wyboru bez niespodzianek.

Co to jest silikon?

Silikon jest często nazywany rodzajem gumy, ale w praktyce zachowuje się bardziej jak własny materiał. Główna różnica tkwi w szkielecie. Zamiast łańcuchów węglowych, silikon zbudowany jest z krzemu i tlenu.

Nie musisz pamiętać chemii, aby zobaczyć efekt. W praktyce silikon zachowuje elastyczność w wysokiej i niskiej temperaturze, co uszkodziłoby większość gum. Nie przeszkadza mu również światło słoneczne ani ozon. Części wykonane z silikonu zazwyczaj wyglądają i zachowują się tak samo długo po tym, jak standardowe części gumowe zaczną sztywnieć.

Kolejnym powodem wyboru silikonu jest jego stabilność w kontakcie z ludźmi i żywnością. Ma on bardzo słaby zapach. Nie wymaga stosowania plastyfikatorów, aby zachować miękkość. Z czasem jest mniej podatny na rozwarstwianie, twardnienie lub zmianę faktury powierzchni.

Silikon rzadko jest wybierany ze względu na surową wytrzymałość. Jeśli projekt wymaga wysokiej odporności na rozdarcie lub szybkiego odbicia, guma często wygrywa. Silikon zyskuje na popularności, gdy spójność liczy się bardziej niż siła.

Co to jest guma?

Guma to szerokie pojęcie. Obejmuje kauczuk naturalny i wiele rodzajów kauczuku syntetycznego, a nie wszystkie zachowują się tak samo. Ich wspólną cechą jest struktura polimeru na bazie węgla, która nadaje gumie znaną elastyczność.

W praktyce guma łatwo się rozciąga i szybko powraca do pierwotnego kształtu. To właśnie ta szybka sprężystość sprawia, że guma tak dobrze sprawdza się w oponach, pasach i ruchomych częściach. W wielu projektach lepiej radzi sobie z powtarzalnymi ruchami niż silikon.

Guma oferuje również wysoką wydajność mechaniczną. Odporność na rozdarcie, ścieranie i przyczepność to obszary, w których wiele gum przewyższa silikon. W zastosowaniach wymagających tarcia lub ciągłego ruchu, ma to większe znaczenie niż stabilność temperaturowa.

Kompromisem jest starzenie się. Większość gumy powoli się zmienia w trakcie użytkowania. Ciepło, powietrze i światło z czasem odciskają swoje piętno. Materiał może stwardnieć, stracić elastyczność lub pęknąć. To nie jest wada. Tak po prostu zachowują się elastomery węglowe.

Kluczowe różnice między silikonem a gumą

Na pierwszy rzut oka silikon i guma wydają się do siebie zbliżone. Oba ulegają wygięciu. Oba ulegają kompresji. Oba występują w uszczelkach, podkładkach i elementach formowanych.

Różnica zazwyczaj pojawia się później. Nie w laboratorium. W trakcie użytkowania. Cykle termiczne, światło słoneczne i stały nacisk powoli oddziałują na gumę. Możesz tego nie zauważyć od razu, ale dotyk się zmienia. Powierzchnia sztywnieje. Część nie powraca do pierwotnej formy.

Silikon reaguje inaczej. Jest mniej wrażliwy na światło i powietrze. W wielu przypadkach wygląda niemal tak samo po kilku miesiącach. Ta stabilność jest głównym powodem, dla którego ludzie akceptują jego wyższą cenę.

Guma nadal ma wyraźne zalety. Łatwiej się rozciąga i szybciej powraca do pierwotnego kształtu. W częściach, które się poruszają, ślizgają lub przyczepiają, takie zachowanie może mieć większe znaczenie niż długoterminowa stabilność.

Poniższa tabela pokazuje, jak te różnice zwykle ujawniają się, gdy produkt jest już przez jakiś czas użytkowany.

Dlaczego silikon i guma starzeją się inaczej?

Większość materiałów gumowych zaczyna się zmieniać od momentu oddania do użytku. Nie zawsze jest to widoczne na pierwszy rzut oka. Proces ten jest powolny i zależy od ciepła, powietrza, światła i naprężeń.

Guma zbudowana jest z łańcuchów polimerowych na bazie węgla. Z czasem łańcuchy te reagują z tlenem i ozonem. Ciepło przyspiesza ten proces. Światło słoneczne pogarsza sytuację. Efekt jest znany. Powierzchnia twardnieje. Pojawiają się drobne pęknięcia. Odzyskiwanie sprężystości słabnie.

Silikon podąża inną ścieżką. Jego szkielet składa się z krzemu i tlenu, co czyni go znacznie bardziej odpornym na szkodliwe działanie czynników środowiskowych. Promieniowanie UV i ozon mają na niego niewielki wpływ. Wahania temperatury również powodują mniejsze uszkodzenia.

Z tego powodu silikon zazwyczaj nie ulega zniszczeniu w wyniku stopniowego rozkładu chemicznego. Zamiast tego, ma tendencję do niszczenia w wyniku zmęczenia mechanicznego. Po długim użytkowaniu może się rozerwać lub rozłupać, ale jego podstawowe właściwości pozostają stabilne znacznie dłużej.

Ta różnica ma znaczenie w rzeczywistych produktach. Guma często traci swoje właściwości po cichu. Silikon daje wyraźniejsze znaki, gdy zbliża się koniec jego żywotności.

Tryby awarii w rzeczywistych warunkach użytkowania

W rzeczywistych produktach materiały rzadko ulegają uszkodzeniom opisanym w kartach katalogowych. Liczy się nie teoretyczna granica, ale to, jak materiał zachowuje się po miesiącach lub latach normalnego użytkowania.

Produkty gumowe często ulegają awarii bezgłośnie. Wydajność spada, zanim produkt zacznie wyglądać na uszkodzony. Uszczelki tracą kompresję. Uszczelki przestają się odbijać. Uchwyty wydają się twardsze, ale nadal wyglądają na nienaruszone. Zanim pęknięcia staną się widoczne, funkcjonalność jest już zagrożona.

Silikon zachowuje się bardziej uczciwie. Dopóki pozostaje w swoim zakresie roboczym, jego wydajność pozostaje stabilna. Awaria jest zazwyczaj fizyczna i oczywista. Powstaje pęknięcie. Krawędź pęka. Element traci swój kształt.

Ta różnica zmienia sposób kontroli i wymiany produktów. Wiele części gumowych jest wymienianych zgodnie z harmonogramem. Części silikonowe są często wymieniane w zależności od stanu.

Kontrast jest wyraźniejszy, gdy umieścimy je obok siebie:

Zastosowania silikonu i gumy

W rzeczywistych produktach silikon i guma rzadko są zamienne, nawet jeśli należą do tej samej kategorii. Inżynierowie zazwyczaj podejmują decyzję na podstawie tego, co ulegnie awarii jako pierwsze, a nie tego, co wygląda podobnie na papierze.

Silikon często pojawia się w miejscach, w których ciepło, czas i higiena powoli niszczą materiały. Naczynia do pieczenia, produkty dla dzieci i wielorazowe pojemniki na żywność bazują na silikonie, ponieważ wielokrotne podgrzewanie nie zmienia jego zapachu ani konsystencji. W zastosowaniach medycznych, silikonowe rurki i implanty są wybierane nie ze względu na wytrzymałość, a ze względu na stabilność. Wytrzymują one cykle sterylizacji i długi kontakt ze skórą, nie stając się kruche.

Guma jest stosowana, gdy części mają się poruszać, wyginać lub być narażone na uszkodzenia. Opony, amortyzatory drgań i walce przemysłowe zależą od zdolności gumy do odkształcania się i powrotu do pierwotnego kształtu nawet tysiące razy. W tych zastosowaniach stopniowe zużycie jest akceptowane i planowane. Części gumowe są często traktowane jako materiały eksploatacyjne, a nie jako elementy trwałe.

Wiele produktów codziennego użytku dyskretnie łączy oba te aspekty. Urządzenie noszone może być wykonane z silikonu w miejscach styku z ciałem, podczas gdy guma jest umieszczona wewnątrz, aby amortyzować uderzenia. Obuwie działa w ten sam sposób. Podeszwa amortyzuje tarcie za pomocą gumy. Warstwy komfortu opierają się na silikonie, aby zapewnić długotrwałe uczucie komfortu.

Ryzyko związane z higieną i zanieczyszczeniem

W przypadku żywności i wyrobów medycznych higiena jest kwestią długofalowego zachowania, a nie tylko początkowego przestrzegania zasad.

Guma zmienia się wraz z wiekiem. Ciepło, powietrze i wielokrotne użytkowanie mogą zmieniać powierzchnię. W niektórych przypadkach starsze części gumowe mogą wydzielać nieprzyjemny zapach lub lekko lepką powierzchnię. Nie oznacza to natychmiastowej awarii, ale może zwiększyć prawdopodobieństwo gromadzenia się olejów, kurzu lub osadów na powierzchni. Czyszczenie jest możliwe, ale często wymaga dokładniejszej kontroli i regularnej wymiany.

Silikon jest bardziej stabilny w czasie. Jego skład chemiczny w mniejszym stopniu reaguje z powietrzem, wilgocią i popularnymi środkami czyszczącymi. Powierzchnia zazwyczaj pozostaje gładka i sucha, nawet po długotrwałym użytkowaniu lub wielokrotnym praniu. W normalnych warunkach zmiany zapachu i powierzchni są rzadkie.

W zastosowaniach higienicznych różnica ma charakter praktyczny, a nie teoretyczny. Guma często opiera się na określonych cyklach wymiany, aby ograniczyć ryzyko zanieczyszczenia. Silikon opiera się bardziej na stabilności materiału, aby je ograniczyć.

Oba materiały można bezpiecznie stosować. Wybór zależy od zakresu konserwacji i kontroli, na jaki pozwala dane zastosowanie.

Jak wybrać pomiędzy silikonem a gumą?

Niewłaściwe pytanie brzmi: “Który materiał jest lepszy?”

Użyteczne pytanie brzmi: “Z czym ta część będzie się mierzyć każdego dnia?”

Jeśli ciepło jest częścią środowiska, silikon staje się bezpieczniejszym wyborem. Piece, para, gorące płyny i wielokrotne cykle sterylizacji powoli rozkładają większość gum. Silikon pozostaje stabilny w tych warunkach i nie zmienia się znacząco z upływem czasu.

Jeśli dominują ruch i tarcie, guma często sprawdza się lepiej. Dynamiczne uszczelki, rolki i części narażone na ciągłe zginanie korzystają z szybkiego powrotu gumy do pierwotnego kształtu i wysokiej odporności na rozdarcie. W takich przypadkach silikon może wydawać się zbyt miękki lub zużywać się zbyt szybko.

Koszt również odgrywa rolę, ale nie powinien decydować o decyzji. Guma jest zazwyczaj tańsza pod względem materiałowym. Silikon często kosztuje więcej na początku, ale zmniejsza częstotliwość wymiany. W całym okresie użytkowania produktu szczelina nie zawsze jest tak duża, jak się wydaje.

Najprostszym sposobem podjęcia decyzji jest dopasowanie materiału do głównego naprężenia, a nie do drugorzędnego.

Wniosek

Silikon i guma służą różnym celom. Żaden z nich nie jest z natury lepszy. Gdy dobrze poznamy środowisko pracy, żywotność i tolerancję ryzyka, wybór między silikonem a gumą staje się zazwyczaj oczywisty.