O silicone é frequentemente descrito como leve, impermeável e hidrofóbico. É fácil confundir esses termos. A densidade típica do silicone sólido é de cerca de 1,05 a 1,60 g/cm³, portanto, a maioria das peças de silicone não expandido afunda na água. A hidrofobicidade ajuda a água a formar gotas na superfície, mas não torna todos os designs de silicone à prova de vazamentos ou impermeáveis.
Para o projeto de produtos, três questões distintas são importantes: a densidade do composto, a densidade média da peça completa e a forma como a água interage com a superfície e a geometria da vedação.
Qual é a densidade típica do silicone?
A densidade de um composto de borracha de silicone curada é a sua massa dividida pelo seu volume. Normalmente, é expressa em g/cm³, kg/m³ ou como gravidade específica.
Para muitos sólidos compostos HCR e Compostos LSR, um intervalo inicial prático é 1,05–1,60 g/cm³. A WACKER reporta essa faixa de densidade para borracha de silicone e observa que cargas inativas adicionais, como o quartzo, podem elevar a densidade para cerca de 1,75 g/cm³. Compostos especiais individuais podem ficar fora dessa faixa, portanto, a ficha técnica aprovada continua sendo o valor de referência.
| Material ou construção de silicone | Faixa de densidade prática | Tendência de flutuação em água doce | Principal motivo da variação |
|---|---|---|---|
| Borracha de silicone sólida de uso geral | 1,05–1,30 g/cm³ | Geralmente afunda | Polímero, sílica de reforço, pigmento e aditivos |
| Composto de silicone altamente preenchido | 1,30–1,75+ g/cm³ | Pias | Quartzo, óxido metálico ou outro material de enchimento de alta densidade |
| Fluorosilicone ou composto especial | Específico para cada nível de escolaridade | Geralmente afunda | Diferentes embalagens de polímeros e cargas |
| Espuma ou esponja de silicone | Frequentemente abaixo de 1,0 g/cm³ | Pode flutuar | Estrutura celular fechada ou aberta |
| Peça oca moldada em silicone | Depende da massa total e do volume deslocado. | Pode flutuar | O ar aprisionado reduz a densidade média da peça. |
Esses são intervalos de projeto, não limites de inspeção de recebimento. Para compras e controle de qualidade, especifique a densidade mostrada na Ficha Técnica aprovada e defina o método de teste.
Densidade e gravidade específica são a mesma coisa?
Eles são muito semelhantes, mas não idênticos.
Densidade é a massa por unidade de volume. Gravidade específica é a razão entre a densidade de um material e a densidade da água a uma temperatura definida. Como a densidade da água é próxima de 1,00 g/cm³, os valores numéricos costumam ser semelhantes quando a densidade é expressa em g/cm³.
Um composto de silicone com densidade de 1,20 g/cm³ possui, portanto, uma gravidade específica próxima de 1,20 em condições normais de teste.
Para peças de silicone sólido, os métodos de medição comuns incluem:
- ASTM D792 para densidade e gravidade específica por deslocamento
- Método A da norma ISO 1183-1 para medição de imersão
- ASTM D297 Métodos utilizados para produtos e compostos de borracha
O método, as condições da amostra, a temperatura e a presença de bolhas aprisionadas afetam o resultado. Comparar dados de fornecedores sem verificar o método pode gerar uma diferença falsa.
O silicone flutua na água?
A maioria dos silicones sólidos e não espumados afunda porque sua densidade é maior que a densidade da água doce.
A condição básica é:
- Se a densidade média das peças for abaixo de 1,00 g/cm³, a peça pode flutuar em água doce.
- Se a densidade média das peças for acima de 1,00 g/cm³, A peça afunda a menos que sua geometria retenha ar suficiente.
- Em água salgada, a densidade do líquido é maior, portanto a mesma parte recebe uma força de empuxo ligeiramente maior.
A SIMTEC relata uma densidade típica de LSR de 1,10–1,50 g/cm³ e observa que, portanto, o LSR sólido afunda. A palavra importante é sólido. Um brinquedo de banho oco, uma boia selada ou um conjunto moldado por injeção pode flutuar mesmo quando sua camada de silicone é mais densa que a água.
Exemplo de silicone sólido
Um componente de silicone sólido possui:
- Volume: 100 cm³
- Densidade do composto: 1,20 g/cm³
- Massa: 100 × 1,20 = 120 g
Quando totalmente submersa, desloca cerca de 100 g de água doce. A peça pesa mais do que a água deslocada, por isso afunda.
Exemplo de silicone oco
Considere que uma peça selada pesa 70 g e desloca 150 cm³ de água com base em seu volume externo.
Densidade média de peças = 70 ÷ 150 = 0,47 g/cm³
A cavidade de ar selada reduz a densidade do conjunto completo a um valor inferior ao da água, permitindo que a peça flutue. Se a cavidade apresentar vazamentos e se encher de água, essa vantagem desaparece.
Quanto pesa uma peça de silicone?
Utilize a densidade final do composto, não um valor genérico para silicone.
Massa = volume × densidade
Para dimensões em milímetros:
Massa (g) = volume (mm³) ÷ 1.000 × densidade (g/cm³)
Uma almofada retangular de silicone com dimensões de 100 × 50 × 5 mm tem um volume de 25.000 mm³, ou 25 cm³. Com uma densidade de 1,20 g/cm³, a massa estimada é:
25 × 1,20 = 30 g
| Entrada | Valor de exemplo | Risco de aquisição, se assumido |
|---|---|---|
| Volume moldado líquido | 25 cm³ | O volume CAD pode excluir nervuras, canais de injeção ou inserções. |
| Densidade do composto | 1,20 g/cm³ | Uma formulação substituída altera o peso da peça. |
| massa estimada da peça | 30 g | As estimativas de embalagem e frete podem variar em pedidos grandes. |
| Quantidade do pedido | 100.000 peças | Um erro de 2 g se transforma em 200 kg em toda a remessa. |
Este cálculo é útil para orçamentos e estimativas de embalagens. Os limites finais de peso por peça devem ser obtidos a partir de amostras validadas, pois rebarbas, peso do inserto, pigmento, carga de enchimento e variações de moldagem permanecem na peça final.
O que altera a densidade do silicone?
A densidade do silicone depende da formulação. Ela não é controlada apenas pelo nome do polímero.
Cargas de reforço e inativas
A sílica fumada ou precipitada reforça o polímero. O quartzo e outros materiais de enchimento mineral podem aumentar ainda mais a densidade. Um fabricante de compostos pode usar materiais de enchimento para ajustar a dureza, a resistência ao rasgo, a reologia, o comportamento elétrico, a resistência ao inchamento ou o custo. Dureza Shore A Portanto, pode-se obter esse resultado com diferentes formulações e densidades.
Pigmentos e aditivos funcionais
A adição de masterbatch de cor geralmente causa uma alteração menor do que uma alta carga de enchimento, mas o efeito é mensurável quando as tolerâncias de peso da peça são estreitas. Aditivos retardantes de chama, termicamente condutores, eletricamente condutores ou radiopacos podem alterar substancialmente a densidade.
Ar, espaços vazios e estrutura celular
A espuma de silicone contém células de gás e pode ter uma densidade aparente inferior a 1,00 g/cm³. Vazios não intencionais também podem reduzir a densidade medida de uma amostra, mas isso é um sinal de defeito e não uma forma válida de reduzir o peso.
Controle de cura e processo
As condições de cura normalmente têm menos influência na densidade do que a formulação, mas erros de mistura, proporção A:B incorreta para LSR, contaminação ou ar aprisionado podem alterar os valores medidos. Portanto, a densidade é útil como uma verificação rápida, não como prova de que todas as propriedades mecânicas ou de conformidade estejam corretas.
O silicone é hidrofóbico?
O silicone à base de PDMS não tratado é inerentemente hidrofóbico porque os grupos metil se orientam em sua superfície de baixa energia. A água tende a formar gotas em vez de se espalhar sobre ele. folha de silicone.
Um ângulo de contato com água comumente relatado para PDMS não tratado é de cerca de 100–120°. As medições publicadas variam de acordo com a formulação, a rugosidade da superfície, a limpeza, o método de gota e o condicionamento. Um ângulo de contato acima de 90° geralmente indica comportamento de molhabilidade hidrofóbica.
A hidrofobicidade descreve a interação da superfície com uma gota de água. Ela não descreve o comportamento completo de um produto moldado.
| Propriedade | O que mede | O que isso não prova |
|---|---|---|
| ângulo de contato da água | molhabilidade da superfície | Resistência a vazamentos de um conjunto |
| Absorção de água | Massa ganha após exposição definida | Comportamento de formação de gotas na superfície |
| Permeabilidade ao vapor de água | Transporte de umidade através do material | Resistência à fuga de líquidos em uma junta |
| Classificação IP | Proteção do invólucro sob um teste definido | Desempenho universal em qualquer pressão e duração. |
O tratamento de superfície também altera o resultado. O tratamento com plasma de oxigênio ou corona pode tornar o PDMS temporariamente mais hidrofílico para melhorar a adesão, o revestimento ou a molhabilidade microfluídica. As superfícies de silicone podem então recuperar sua hidrofobicidade ao longo do tempo. Portanto, os testes de adesão devem definir o intervalo de tempo permitido entre o tratamento e a aplicação do adesivo.
O silicone é à prova d'água?
Um componente contínuo de silicone é geralmente resistente à água líquida, mas "à prova d'água" é uma alegação referente ao sistema, e não uma propriedade da matéria-prima.
Uma junta moldada ainda pode vazar quando:
- A compressão está muito baixa ou irregular;
- a linha de junção cruza a superfície de vedação;
- Rebarbas, linhas de junção, poeira ou danos na superfície criam um caminho para vazamentos;
- A deformação permanente por compressão reduz a força de vedação ao longo de ciclos repetidos de aquecimento;
- A carcaça se deforma sob pressão;
- O projeto da junta depende de um adesivo que não molha o silicone não tratado;
- O invólucro é testado sob pressão ou duração fora dos limites de projeto.
As equipes frequentemente superestimam a hidrofobicidade porque a formação visível de gotas de água parece ser uma prova de vedação eficaz. Na produção, o caminho do vazamento geralmente ocorre na interface, e não no centro de uma seção de silicone íntegra.
Para um invólucro, defina o requisito real: exposição a respingos, imersão contínua, pressão hidrostática, vapor, água salgada, produtos químicos de limpeza ou um teste IP. Essas condições não são intercambiáveis.
Quanta água o silicone absorve?
A borracha de silicone geralmente tem baixa absorção de água, mas um valor universal como "abaixo de 0,5%" não deve ser aplicado a todos os compostos.
As bases de dados publicadas apresentam uma grande dispersão, pois combinam borracha densa, espuma, formulações especiais, diferentes espessuras de amostras e diferentes condições de exposição. A absorção de água deve, portanto, estar relacionada a uma classe e a um método como... ASTM D570 ou ISO 62, com a duração e a temperatura indicadas.
Para obter as especificações reais, solicite:
- o grau testado e a condição de cura;
- espessura da amostra;
- tempo de imersão e temperatura da água;
- Variação percentual de massa;
- alteração dimensional, caso as tolerâncias rigorosas sejam importantes;
- Retenção das propriedades elétricas ou mecânicas após o condicionamento.
A baixa absorção de água também não significa transmissão zero de vapor de água. O silicone tem uma permeabilidade relativamente alta. permeabilidade a gases e vapores Em comparação com muitos elastômeros orgânicos densos, isso é útil para membranas respiráveis, mas pode ser uma limitação em embalagens com barreira de umidade ou invólucros de sensores.
Como os compradores devem especificar a densidade do silicone?
Utilize a densidade como uma das propriedades controladas dentro de uma especificação completa de materiais.
| Item de especificação | Requisito prático |
|---|---|
| Grau do material | Fornecedor e código exato do composto |
| Sistema de cura | Sistema de platina, peróxido ou específico para cada grau |
| Densidade ou gravidade específica | Valor nominal e tolerância do TDS aprovado |
| Método de teste | ASTM D792, ASTM D297 ou ISO 1183-1 |
| Condições de teste | Temperatura, condição da amostra e estado de cura |
| Tolerância de peso da peça | Definida separadamente da densidade do material |
| Requisitos de água | Teste de absorção, imersão, pressão, transmissão de vapor ou IP |
| Controle de alterações | Nenhuma formulação ou substituição de enchimento sem aprovação |
Não utilize apenas a densidade para avaliar um composto de silicone. Dois materiais podem ter a mesma densidade, mas diferir em resistência à tração, resistência ao rasgo, deformação permanente por compressão, requisitos de pós-cura, substâncias extraíveis e status regulatório.
perguntas frequentes
O silicone de qualidade alimentar flutua?
O contato com alimentos não determina a flutuabilidade. A maioria das peças de silicone sólidas em contato com alimentos afunda porque sua densidade é superior a 1,00 g/cm³. Peças ocas ou com estrutura de espuma podem flutuar.
O silicone é mais pesado que a água?
A maioria das borrachas de silicone sólidas é mais pesada por unidade de volume do que a água doce. A densidade típica do composto é de aproximadamente 1,05–1,60 g/cm³, enquanto a da água doce é próxima de 1,00 g/cm³.
Uma dureza Shore mais alta significa maior densidade?
Não necessariamente. A dureza e a densidade dependem da formulação, mas não existe uma conversão universal entre elas. Utilize o TDS (sólidos totais dissolvidos) do composto para cada valor.
O Limite do Projeto
Para cálculos de peso, forneça o volume final em CAD, o peso do inserto, a densidade aprovada do composto e a tolerância de peso da peça. Para flutuação, forneça a massa total do conjunto, o volume externo deslocado, o método de vedação da cavidade e o líquido de serviço. Para resistência à água, defina a pressão, o tempo, a temperatura, a geometria da junta e o teste aplicável.
Sem esses dados, as afirmações "silicone flutua" e "silicone é à prova d'água" são generalizações sobre o material, e não especificações de produção.
Referências técnicas
- WACKER: Borracha de silicone sólida e líquida — Diretrizes de materiais e processamento
- SIMTEC: Por que apenas as peças ocas de LSR flutuam na água?
- Intertek: Densidade e Gravidade Específica — ASTM D792 e ISO 1183
- Intertek: Absorção de água — ASTM D570
- Molhabilidade adaptativa do polidimetilsiloxano, Langmuir
