Большая часть механических характеристик силикона теряется в информационном шуме — общих прилагательных вроде “гибкий” и “прочный”, без каких-либо цифр и методов испытаний. Если вы заказываете прокладку, клавиатуру, уплотнение или формованную деталь, этот пробел отнимает время и создает риск неправильного выбора твердости по дюрометру или прочности на разрыв до начала изготовления оснастки.
Силиконовая резина (ВМQЭтот материал имеет более низкую прочность на разрыв, чем нитрил или натуральный каучук — обычно 4–11 МПа — но обладает удлинением 200–800% и сохраняет эти механические свойства в диапазоне температур от −60 °C до +230 °C. Именно этот компромисс, а не пиковая прочность, является причиной его использования в качестве материала для производства.
В разделах ниже приведены рабочие значения, метод ASTM, лежащий в основе каждого из них, и области, где эти значения перестают применяться.
Краткий обзор механических свойств силикона.
Это универсальные линейки силиконовой резины, которые входят в более широкий ассортимент силиконовых изделий. оболочка физических свойств — см. полное руководство по недвижимости Для получения полной картины. Фактические значения зависят от базового полимера, содержания наполнителя, системы отверждения и последующего отверждения. Рассматривайте их как исходные данные, а не как замену данным из технической документации.
| Свойство | Типичный диапазон (силикон общего назначения) | Стандарт тестирования |
|---|---|---|
| Предел прочности | 4–11 МПа (высокопрочные марки до ~13 МПа) | ASTM D412 |
| Удлинение при разрыве | 200–800% | ASTM D412 |
| Модуль упругости 100% (M100) | 0,5–3 МПа | ASTM D412 |
| Прочность на разрыв | 10–55 кН/м | ASTM D624 |
| Сжатие | 10–40% (ниже после полного отверждения) | ASTM D395 |
| Твердость | Берег А 10–80 | ASTM D2240 |
Предел прочности
Предел прочности на растяжение — это напряжение, которое выдерживает силиконовая деталь до разрушения при растяжении, измеряемое на образце в форме гантели. ASTM D412. Универсальный силикон поступает в продажу по цене... 4–11 МПа. Высокопрочные и износостойкие марки достигают примерно 13 МПа.
Это значение ниже, чем у натурального каучука или нитрила, и на практике оно редко является ограничивающим фактором. Силикон используется для герметизации, изоляции и деталей с мягким покрытием, где удлинение, остаточная деформация при сжатии и температурная стабильность имеют большее значение, чем максимальная прочность на разрыв. Тип и количество наполнителя наиболее эффективное перемещение числа: подкрепление пирогенный диоксид кремния повышает прочность на разрыв, в то время как большие объемы наполнителей снижают ее для уменьшения затрат.
Если деталь действительно испытывает нагрузку на растяжение, то силикон, как правило, не подходит — это конструктивное ограничение, а не марка, которую можно обойти путем настройки.
Удлинение при разрыве (эластичность и гибкость)
Относительное удлинение при разрыве — это величина растяжения силикона до разрушения, выраженная в процентах от первоначальной длины и измеренная на том же образце ASTM D412, что и предел прочности на растяжение. Типичные циклы испытаний силикона. 200–800%, При этом более мягкие сорта с низкой твердостью по шкале дюрометра находятся в верхней части диапазона.
Именно это свойство обуславливает “эластичность и гибкость” силикона. Оно позволяет соске с твердостью 30 по Шору А, эластичной крышке или мехам многократно деформироваться и возвращаться к исходной форме. Удлинение и твердость изменяются обратно пропорционально: чем выше твердость детали, тем меньше ее удлинение.
Модуль упругости 100% (M100 / M300)
Модуль упругости — это напряжение, необходимое для растяжения образца до заданного удлинения — M100 при растяжении 100%, M300 при растяжении 300% — также определяется по результатам испытания D412. Модуль упругости силикона M100 обычно составляет... 0,5–3 МПа.
Модуль упругости важнее прочности на растяжение для деталей, подвергающихся многократному изгибу при малых деформациях, таких как клавиатуры и мембраны. Он описывает усилие, необходимое для деформации, то есть то, что конструктор фактически ощущает и указывает. Два марки стали могут иметь одинаковое значение прочности на растяжение, но вести себя совершенно по-разному в процессе эксплуатации, поскольку их кривые модуля упругости различаются.
Прочность на разрыв
Прочность на разрыв — это сопротивление распространению пореза или надреза, измеряемое в единицах прочности на разрыв. ASTM D624 (обычно обозначается как Die B или Die C) и указывается в кН/м. Диапазон значений для силикона составляет от 10–55 кН/м: универсальные марки находятся внизу списка, в то время как силиконовые составы с высокой степенью разрыва занимают верхнюю границу.
Прочность на разрыв, а не прочность на растяжение, — это характеристика, определяющая, выдержат ли тонкостенные детали и детали с острыми внутренними углами извлечение из формы и эксплуатацию в полевых условиях. Детская продукция, тонкие мембраны и детали с малыми радиусами должны рассчитываться на основе высокого класса прочности на разрыв. Небольшая зазубрина, которая на толстой детали была бы чисто декоративной, на тонкой детали становится точкой начала разрыва.
Набор сжатия
Остаточная деформация при сжатии измеряет величину остаточной деформации, сохраняющейся после сжатия силиконовой детали и последующего её снятия — испытания проводятся в соответствии с... ASTM D395 (Метод B, постоянное отклонение). Чем ниже процент, тем лучше. Силиконовые затяжки. 10–40%, а полное последующее отверждение снижает этот показатель до нижнего предела.
Это свойство определяет свойства силикона. прокладка или уплотнение. Низкая остаточная деформация является основной причиной того, почему силикон превосходит большинство эластомеров по статическим герметизирующим свойствам в широком диапазоне температур: он остается сжатым и продолжает герметизировать, а не деформируется и протекает.
Система отверждения и последующая обработка определяют эти параметры. Платиновый силикон с надлежащей последующей обработкой обеспечивает низкую остаточную деформацию при сжатии; недоотвержденный или перекисный материал без адекватной последующей обработки этого не обеспечивает. Если требуется долговременная герметизация, то в технической документации следует указывать значение остаточной деформации после последующей обработки, а не значение, полученное в отлитом виде.
Как твердость связана с механическими показателями
Твердость (по дюрометру) измеряется по ASTM D2240 по шкале Шора А, при этом силикон обычно можно приобрести у... Берег А 10–80. Твердость не является показателем прочности, но это самый быстрый из всех показателей: более мягкие марки растягиваются сильнее (большее удлинение) и кажутся более податливыми (более низкий модуль упругости); более твердые марки сопротивляются деформации, но теряют удлинение.
В большинстве случаев при обсуждении вопросов закупок первым фактором является твердость по шкале Дюрометра. Показатели прочности на растяжение, разрыв и модуля упругости изменяются вместе с ней.
Связанный: Твердость по Шору А: влияние на тактильные ощущения, герметичность и долговечность. — Полное руководство по выбору мягкого и твердого силикона, а также по определению твердости по дюрометру в зависимости от области применения.
Силикон против других эластомеров
Механические характеристики имеют значение только в сравнении. По сравнению с обычными каучуками, силикон жертвует исключительной прочностью ради температурного диапазона, остаточной деформации при сжатии и устойчивости к старению.
| Свойство | Силикон (VMQ) | Натуральный каучук (НР) | EPDM | Нитрил (NBR) |
|---|---|---|---|---|
| Предел прочности | 4–11 МПа | 20–30 МПа | 7–21 МПа | 10–25 МПа |
| Удлинение при разрыве | 200–800% | 400–700% | 200–600% | 300–600% |
| Прочность на разрыв | Низкий–умеренный | Высокий | Умеренный | Умеренный |
| Сжатие | Отлично (низкий) | Бедный | Хороший | Умеренный |
| Рабочая температура | от −60 до +230 °C | от −50 до +80 °C | от −50 до +150 °C | от −30 до +120 °C |
| УФ-излучение / озон / старение | Отличный | Бедный | Отличный | Бедный |
Главный вывод узок: если деталь должна обладать максимальной прочностью на растяжение или разрыв при комнатной температуре, то натуральный каучук (NR) или нитрильный каучук (NBR) выигрывают в механических характеристиках. Если же требуется надежная герметизация, термостойкий Силикон, благодаря своей меньшей прочности, устойчив к воздействию погодных условий и способности сохранять форму на протяжении многих лет, является приемлемым компромиссом.
Где эти цифры перестают действовать
Все указанные выше диапазоны зависят от марки и процесса. Система наполнителя, химический состав отверждения и последующее отверждение могут влиять на прочность на растяжение, разрыв и остаточную деформацию при сжатии по всему диапазону — прочность на разрыв двух деталей, помеченных как “силикон”, может отличаться в 2 раза. Опубликованные данные также отражают результаты лабораторных образцов, а не толщину стенок, геометрию или напряжения при извлечении из формы.
Прежде чем эти показатели станут реальными техническими характеристиками, необходимы три параметра: целевая твердость по Шору А, определяющая функция (статическое уплотнение, динамическое изгибание или структурная прочность) и диапазон рабочих температур. С учетом этих параметров механический класс быстро сужается. Без них любое отдельное значение прочности на растяжение или разрыв является лишь точкой данных, а не технической спецификацией.
Часто задаваемые вопросы
Какова прочность на разрыв силиконовой резины?
Прочность силикона общего назначения составляет 4–11 МПа согласно стандарту ASTM D412, а высокопрочные марки достигают примерно 13 МПа. Она ниже, чем у нитрила или натурального каучука.
Насколько может растянуться силикон, прежде чем разорваться?
Обычно относительное удлинение при разрыве составляет 200–800%. Более мягкие марки с низкой твердостью по дюрометру растягиваются сильнее всего.
Обладает ли силикон хорошей остаточной деформацией при сжатии?
Да. Приблизительно 10–401 ТТ3Т (меньше после полного отверждения) силикон лучше сохраняет свою форму при длительном сжатии, чем большинство эластомеров, поэтому его используют для уплотнений и прокладок.
Что прочнее, силикон или EPDM?
Что прочнее, силикон или EPDM?
Почему силикон обладает низкой прочностью на разрыв, но высоким удлинением?
Гибкая силоксановая (Si–O) основа силикона легко растягивается, обеспечивая удлинение в диапазоне 200–800%, но те же низкие межмолекулярные силы ограничивают прочность на разрыв на уровне 4–11 МПа. Армирующие наполнители, такие как осажденный диоксид кремния, повышают прочность на разрыв без существенного снижения гибкости.
Какой стандарт ASTM используется для определения прочности силикона на разрыв?
Прочность на разрыв измеряется по стандарту ASTM D624 (обычно Die B или Die C) и указывается в кН/м. Для силиконов общего назначения прочность на разрыв составляет 10–55 кН/м, при этом наиболее прочные марки находятся в верхнем диапазоне.
Каков модуль упругости кремния (M100) при 100%?
M100 — это напряжение, необходимое для растяжения образца до 100% удлинения, обычно 0,5–3 МПа для силикона согласно ASTM D412. Оно лучше, чем предел прочности на растяжение, предсказывает требуемую величину деформации для деталей, подвергающихся многократному изгибу при низких деформациях, таких как клавиатуры и мембраны.
