Силикон часто описывают как легкий, водонепроницаемый и гидрофобный. Эти термины легко перепутать. Типичная плотность твердого силикона составляет примерно 1,05–1,60 г/см³, поэтому большинство деталей из невспененного силикона тонут в воде. Гидрофобность способствует образованию капель воды на поверхности, но это не делает каждую силиконовую конструкцию герметичной или непроницаемой.
При проектировании изделия важны три отдельных вопроса: плотность компаунда, средняя плотность всей детали и способ взаимодействия воды с поверхностью и геометрией уплотнения.
Какова типичная плотность силикона?
Плотность отвержденного силиконового каучука — это отношение его массы к объему. Обычно она выражается в г/см³, кг/м³ или в виде удельной плотности.
Для многих твердых соединения HCR и соединения LSR, Практический начальный диапазон составляет... 1,05–1,60 г/см³. Компания WACKER сообщает об этом диапазоне для силиконовой резины и отмечает, что дополнительные неактивные наполнители, такие как кварц, могут повысить плотность примерно до... 1,75 г/см³. Отдельные специализированные компаунды могут выходить за пределы этого диапазона, поэтому утвержденный паспорт материала остается определяющим значением.
| силиконовый материал или конструкция | Практический диапазон плотности | тенденция к повышению плавучести в пресной воде | Основная причина вариаций |
|---|---|---|---|
| Твердый силиконовый каучук общего назначения | 1,05–1,30 г/см³ | Обычно раковины | Полимер, армирующий диоксид кремния, пигмент и добавки. |
| Высоконаполненный силиконовый компаунд | 1,30–1,75+ г/см³ | Раковины | Кварц, оксид металла или другой высокоплотный наполнитель |
| Фторсиликон или специальное соединение | для конкретного класса | Обычно раковины | Различные полимерные и наполнительные пакеты |
| Силиконовая пена или губка | Часто ниже 1,0 г/см³ | Может плавать | Закрытая или открытая клеточная структура |
| Полая формованная силиконовая деталь | Зависит от общей массы и вытесненного объема. | Может плавать | Захваченный воздух снижает среднюю плотность детали. |
Это расчетные диапазоны, а не пределы, установленные при входном контроле. Для закупок и контроля качества укажите плотность, указанную в утвержденном техническом паспорте материала (TDS), и определите метод испытаний.
Плотность и удельный вес — это одно и то же?
Они тесно связаны между собой, но не идентичны.
Плотность Это масса на единицу объема. Удельная плотность Плотность — это отношение плотности материала к плотности воды при заданной температуре. Поскольку плотность воды близка к 1,00 г/см³, числовые значения часто оказываются схожими, когда плотность выражается в г/см³.
Таким образом, силиконовое соединение с плотностью 1,20 г/см³ имеет удельную плотность, близкую к 1,20 в обычных условиях испытаний.
Для твердых силиконовых деталей обычно используются следующие методы измерения:
- ASTM D792 для определения плотности и удельного веса методом вытеснения
- ISO 1183-1 Метод A для измерения погружения
- ASTM D297 методы, используемые для резиновых изделий и смесей
На результат влияют метод, состояние образца, температура и наличие захваченных пузырьков. Сравнение данных поставщика без проверки метода может привести к ложным результатам.
Плавает ли силикон в воде?
Большинство твердых, не вспененных силиконовых резин тонут, потому что их плотность выше плотности пресной воды.
Основное условие:
- Если средняя плотность деталей равна ниже 1,00 г/см³, Эта деталь может плавать в пресной воде.
- Если средняя плотность деталей равна выше 1,00 г/см³, Деталь тонет, если её геометрия не позволяет задержать достаточное количество воздуха.
- В соленой воде плотность жидкости выше, поэтому на ту же самую часть оказывается несколько большая выталкивающая сила.
Компания SIMTEC сообщает о типичной плотности LSR, равной... 1,10–1,50 г/см³ и отмечает, что твердый LSR, следовательно, тонет. Важное слово — твердый. Полая игрушка для ванны, герметичный поплавок или изделие, изготовленное методом литья под давлением, могут плавать, даже если их силиконовая оболочка плотнее воды.
Пример твердого силикона
Твердый силиконовый компонент имеет следующие характеристики:
- Объем: 100 см³
- Плотность компаунда: 1,20 г/см³
- Масса: 100 × 1,20 = 120 г
При полном погружении деталь вытесняет около 100 г пресной воды. Вес детали превышает вес вытесненной воды, поэтому она тонет.
Пример полого силикона
Предположим, что герметичная деталь весит 70 г и вытесняет 150 см³ воды, исходя из своего внешнего объема.
Средняя плотность детали = 70 ÷ 150 = 0,47 г/см³
Герметичная воздушная полость снижает плотность всей конструкции ниже плотности воды, благодаря чему деталь может плавать. Если полость протекает и заполняется водой, это преимущество исчезает.
Сколько весит силиконовая деталь?
Используйте плотность готового компаунда, а не общее значение плотности силикона.
Масса = объем × плотность
Размеры указаны в миллиметрах:
Масса (г) = объем (мм³) ÷ 1000 × плотность (г/см³)
Прямоугольная силиконовая подушечка размером 100 × 50 × 5 мм имеет объем 25 000 мм³, или 25 см³. При плотности 1,20 г/см³ ее приблизительная масса составляет:
25 × 1,20 = 30 г
| Вход | Пример значения | Риск закупок, если он будет принят на себя. |
|---|---|---|
| Чистый формованный объем | 25 см³ | Объем CAD-модели может не включать ребра, затворы или вставки. |
| Плотность соединения | 1,20 г/см³ | Замена ингредиентов в рецептуре изменяет вес изделия. |
| Предполагаемая масса детали | 30 г | Расчеты стоимости упаковки и доставки могут сильно различаться при выполнении крупных заказов. |
| Количество заказа | 100 000 штук | Погрешность в 2 g приводит к увеличению веса груза до 200 кг. |
Этот расчет полезен для составления смет и оценки стоимости упаковки. Окончательные предельные значения веса детали должны определяться на основе проверенных образцов, поскольку в готовой детали сохраняются облой, вес вставки, пигмент, количество наполнителя и отклонения, связанные с формованием.
Что влияет на плотность силикона?
Плотность силикона зависит от состава. Она не определяется только названием полимера.
Армирующие и неактивные наполнители
Дымчатый или осажденный диоксид кремния упрочняет полимер. Кварц и другие минеральные наполнители могут дополнительно повысить плотность. Производитель компаундов может использовать наполнители для регулирования твердости, прочности на разрыв, реологических свойств, электрических характеристик, сопротивления набуханию или стоимости. То же самое Твердость по Шору А Таким образом, это может быть достигнуто с помощью различных составов и различной плотности.
Пигменты и функциональные добавки
Обычно добавление цветной мастербатчи вызывает меньшие изменения, чем добавление большого количества наполнителя, но эффект измерим при узких допусках по весу детали. Огнестойкие, термопроводящие, электропроводящие или рентгеноконтрастные добавки могут существенно изменить плотность.
Воздух, пустоты и клеточная структура
Вспененный силикон содержит газовые ячейки и может иметь насыпную плотность ниже 1,00 г/см³. Непреднамеренные пустоты также могут снизить измеренную плотность образца, но это скорее сигнал о дефекте, чем действенный способ снижения веса.
Контроль процесса отверждения и обработки
Условия отверждения обычно оказывают меньшее влияние на плотность, чем состав, но ошибки смешивания, неправильное соотношение A:B для LSR, загрязнения или попадание воздуха могут исказить измеренные значения. Поэтому плотность полезна в качестве быстрой проверки, а не как доказательство правильности всех механических свойств или характеристик соответствия.
Является ли силикон гидрофобным?
Необработанный силикон на основе ПДМС по своей природе гидрофобен, поскольку метильные группы ориентированы на его низкоэнергетической поверхности. Вода имеет тенденцию собираться в капли, а не растекаться по поверхности. силиконовый лист.
Обычно сообщаемый угол смачивания водой для необработанного полидиметилсилоксана составляет около... 100–120°. Опубликованные результаты измерений различаются в зависимости от состава, шероховатости поверхности, чистоты, метода нанесения капель и подготовки поверхности. Угол смачивания выше 90° обычно указывает на гидрофобное смачивание.
Гидрофобность описывает взаимодействие поверхности с каплей воды. Она не описывает все свойства формованного изделия.
| Свойство | Что он измеряет | Что это не доказывает |
|---|---|---|
| Угол смачивания водой | Смачиваемость поверхности | Устойчивость сборки к утечкам |
| водопоглощение | Прирост массы после определенного воздействия | Поведение при образовании поверхностных капель |
| Паропроницаемость | Перенос влаги через материал | Устойчивость к протечкам жидкой воды в месте соединения. |
| Степень защиты IP | Защита корпуса в соответствии с установленными правилами испытаний. | Универсальная производительность при любом давлении и продолжительности. |
Обработка поверхности также влияет на результат. Обработка кислородной плазмой или коронным разрядом может временно сделать полидиметилсилоксан (PDMS) более гидрофильным, что улучшит сцепление, нанесение покрытия или смачивание в микрофлюидных системах. Силиконовые поверхности со временем могут восстановить свои гидрофобные свойства. Поэтому в ходе испытаний на сцепление следует определить допустимое время между обработкой и нанесением клея.
Водонепроницаем ли силикон?
Компонент из цельного силикона, как правило, устойчив к воздействию жидкой воды, но “водонепроницаемость” — это характеристика системы, а не свойства исходного материала.
Прокладка, изготовленная методом литья под давлением, может протекать в следующих случаях:
- Степень сжатия слишком низкая или неравномерная;
- Линия разъема пересекает уплотнительную поверхность;
- Вспышки краски, стыки нитей, пыль или повреждения поверхности создают путь для утечки;
- Остаточная деформация снижает усилие герметизации при многократных циклах нагрева;
- Корпус деформируется под давлением;
- Конструкция соединения основана на использовании клея, который не смачивает необработанный силикон;
- Корпус испытывается при давлении или в течение времени, выходящих за пределы его проектных параметров.
Команды часто переоценивают гидрофобность, поскольку видимое образование капель воды воспринимается как доказательство герметичности. В производстве путь утечки обычно проходит по границе раздела, а не через центр неповрежденного силиконового герметика.
Для корпуса необходимо определить фактические требования: воздействие брызг, непрерывное погружение, гидростатическое давление, пар, соленая вода, чистящие средства или испытание на степень защиты IP. Эти условия не взаимозаменяемы.
Сколько воды впитывает силикон?
Силиконовая резина, как правило, обладает низким водопоглощением, однако универсальное значение, такое как “ниже 0,5%”, не следует применять ко всем соединениям.
Опубликованные базы данных содержат широкий разброс данных, поскольку они объединяют плотную резину, пенопласт, специальные составы, образцы различной толщины и различные условия воздействия. Следовательно, водопоглощение должно быть привязано к определенному классу и методу, например, ASTM D570 или ISO 62, с указанной продолжительностью и температурой.
Для получения подробной спецификации запросите:
- проверенный сорт и условия отверждения;
- толщина образца;
- Время погружения и температура воды;
- процентное изменение массы;
- Изменение размеров, если важны жесткие допуски;
- Сохранение электрических или механических свойств после обработки.
Низкое водопоглощение не означает нулевую паропроницаемость. Силикон обладает относительно высокой паропроницаемостью. газо- и паропроницаемость По сравнению со многими плотными органическими эластомерами. Это полезно для воздухопроницаемых мембран, но может быть ограничением в упаковке с влагозащитным барьером или корпусах датчиков.
Как покупателям следует указывать плотность силикона?
Используйте плотность в качестве одного из контролируемых свойств в полной спецификации материала.
| Спецификация | Практическое требование |
|---|---|
| Класс материала | Поставщик и точный код соединения |
| Система отверждения | Платина, пероксид или система, специфичная для конкретного сорта |
| Плотность или удельный вес | Номинальное значение и допустимые отклонения согласно утвержденному TDS |
| Метод тестирования | ASTM D792, ASTM D297 или ISO 1183-1 |
| Условия испытания | Температура, состояние образца и степень отверждения |
| Допуск по весу детали | Определяется отдельно от плотности материала. |
| Потребность в воде | Испытание на абсорбцию, погружение, давление, паропроницаемость или IP-тест |
| Изменение управления | Замена состава или наполнителя без согласования запрещена. |
Не следует использовать только плотность для определения пригодности силиконового компаунда. Два материала могут иметь одинаковую плотность, но различаться по прочности на разрыв, сопротивлению истиранию, остаточной деформации при сжатии, требованиям к последующей полимеризации, содержанию экстрагируемых веществ и нормативному статусу.
Часто задаваемые вопросы
Пищевой силикон плавает?
Способность материала контактировать с пищевыми продуктами не определяет его плавучесть. Большинство твердых силиконовых деталей, контактирующих с пищевыми продуктами, тонут, поскольку их плотность превышает 1,00 г/см³. Полые или вспененные конструкции могут плавать.
Силикон тяжелее воды?
Большинство твердых силиконовых каучуков тяжелее пресной воды в пересчете на единицу объема. Типичная плотность компаунда составляет приблизительно 1,05–1,60 г/см³, тогда как плотность пресной воды близка к 1,00 г/см³.
Означает ли более высокая твердость по Шору более высокую плотность?
Не обязательно. Твердость и плотность зависят от состава, но универсального коэффициента пересчета между ними нет. Используйте данные о содержании общего количества твердых веществ (TDS) для каждого значения.
Границы проектирования
Для расчета веса укажите готовый объем CAD-модели, вес вставки, утвержденную плотность компаунда и допуск по весу детали. Для расчета плавучести укажите полную массу сборки, внешний вытесненный объем, метод герметизации полости и рабочую жидкость. Для расчета водостойкости укажите давление, время, температуру, геометрию соединения и применимый тест.
Без этих данных утверждения “силикон плавает” и “силикон водонепроницаем” являются обобщениями характеристик материалов, а не производственными спецификациями.
