Что определяет, будет ли силиконовое изделие мягким и эластичным или жестким и твердым?
Ответ кроется в твёрдости по Шору. Это стандартный способ измерения твёрдости или мягкости силикона. Независимо от того, обеспечиваете ли вы комфорт, гибкость, долговечность или поддержку, правильный выбор твёрдости по Шору — ключ к эффективности и удовлетворенности пользователя.
В этой статье мы подробно расскажем, что такое твёрдость по Шору для силикона, как она измеряется, о различных шкалах, таких как Шор 00, A и D, а также о том, как выбрать правильный показатель твёрдости для различных целей. Это руководство даст вам чёткое и практичное представление о том, как твёрдость по Шору влияет на силиконовые изделия.
Что такое твердость силикона по Шору?
Твёрдость по Шору — это стандартный способ измерения твёрдости или мягкости силикона. Если вы хотите узнать, насколько твёрдый силикон на ощупь, мы используем Дюрометр ШораЭтот инструмент вдавливает штифт в поверхность с заданным усилием и выдает показания от 0 до 100 в зависимости от глубины погружения штифта.
В силиконовой промышленности мы чаще всего используем шкалы твёрдости по Шору 00, Шору А или Шору D. Чем меньше значение, тем мягче и эластичнее силикон. Чем больше значение, тем он твёрже и менее эластичен.
Твёрдость по Шору — это не просто технический показатель. Она влияет на ощущения от продукта, его эксплуатационные характеристики и соответствие назначению. Именно поэтому выбор и контроль правильной твёрдости так важны при проектировании и производстве силиконовых изделий.
Как классифицируется твердость силикона по Шору?
Силикон имеет широкий диапазон твёрдости: от желеобразной мягкости до пластичной жёсткости. Её можно регулировать, изменяя формулу. Для измерения твёрдости мы в основном используем три стандартные шкалы: Шор 00, Шор А и Шор D. Каждая шкала имеет диапазон от 0 до 100. Чем выше значение, тем твёрже силикон.
Твёрдость по Шору 00: для очень мягких материалов
Твердость по Шору 00 специально разработана для измерения очень мягких материалов.
Типичный диапазон: 10-90 по Шору 00
Приложения: Мягкие медицинские гели, подушечки для снятия давления, грим со спецэффектами
Шор А: наиболее часто используемая шкала
Шкала твёрдости по Шору А — наиболее распространённая шкала твёрдости для силикона. Она охватывает всё: от мягкой резины до полужёстких деталей.
Типичный диапазон: от 10 до 95 по Шору А
Приложения:
- Низкая жесткость (10А – 30А): Детские соски-пустышки, мягкие чехлы для телефонов, медицинские трубки
- Средняя жесткость (40А – 60А): Чехлы для телефонов, кухонные принадлежности, уплотнительные кольца
- Высокая твердость (70А – 90А): Силиконовые кнопки, автомобильные уплотнители, промышленные прокладки
Шор D: для твердых материалов
Для очень твёрдого силикона мы используем шкалу твёрдости по Шору D. Она предназначена для твёрдой резины и пластика.
Типичный диапазон: 20–90 по Шору D
Приложения: Жесткие уплотнения, рукоятки инструментов, промышленные ролики
Какие факторы влияют на твердость силикона по Шору?
Твёрдость по Шору — важная характеристика силикона. Она влияет на ощущения от продукта, его эксплуатационные характеристики и пригодность для конкретных применений. Но что именно определяет мягкость или твёрдость силикона? Несколько факторов, от химического состава до условий реального использования, могут иметь большое значение.
Формула сырья
Химический состав силикона определяет его твёрдость. Даже небольшие изменения в базовой формуле могут привести к заметным изменениям в тактильных ощущениях и эксплуатационных характеристиках конечного продукта.
- Силоксановая основа: Молекулярная масса и плотность сшивки напрямую влияют на твёрдость. Более высокая плотность сшивки увеличивает твёрдость, но может снизить эластичность.
- Наполнители: Тип и количество наполнителей, таких как диоксид кремния и карбонат кальция, помогают регулировать твёрдость. Например, увеличение содержания диоксида кремния может повысить твёрдость примерно до 70 единиц по Шору А, но может снизить прочность на разрыв.
- Отвердители: Системы пероксидного отверждения часто используются для высокотемпературной вулканизации силикона (HTV), подходящего для более твёрдых изделий. Платиновые катализаторы широко используются в жидком силиконовом каучуке (LSR), идеально подходящем для более мягких изделий медицинского назначения.
Производственный процесс
Твёрдость определяется не только составом силикона. Ключевую роль играет и способ его обработки в процессе производства.
- Условия отверждения: Высокотемпературная вулканизация (150–200 °C) усиливает сшивание и повышает твёрдость. Вулканизация при комнатной температуре (RTV) больше подходит для более мягких изделий.
- Процесс смешивания: Недостаточная дисперсия наполнителей может привести к неравномерной твердости и повлиять на качество продукта.
- Пост-отверждение: Вторичное отверждение позволяет точно отрегулировать твердость и снять остаточные напряжения.
Условия окружающей среды и использования
Силикон не существует в вакууме. В процессе эксплуатации под воздействием окружающей среды и нагрузок его твёрдость может постепенно меняться.
- Температура: Силикон может размягчиться под воздействием высокой температуры и стать немного твёрже при низких температурах. Например, силикон твёрдостью 20 по Шору А может ощущаться как силикон твёрдостью 25 А при -40 °C.
- Старение: Длительное воздействие ультрафиолетового излучения или химикатов может изменить твердость и сократить срок службы изделия.
- Стресс: Повторное сжатие или растяжение может изменить твердость, особенно в случае мягких силиконов.
Как твердость связана с эластичностью, прочностью на растяжение и разрыв?
Твёрдость, модуль упругости, прочность на разрыв и сопротивление раздиру силикона взаимосвязаны. Это не изолированные характеристики. Они отражают плотность сшивки молекулярных структур силикона.
Модуль упругости
Это показатель того, насколько материал сопротивляется растяжению и возвращается к своей первоначальной форме.
Более твёрдый силикон обычно имеет более высокий модуль упругости. Он лучше сопротивляется деформации и кажется более жёстким.
Это связано с тем, что более твердый силикон, как правило, имеет более высокую плотность поперечных связей, что ограничивает движение цепей и делает материал менее гибким, но более стабильным.
Предел прочности
Это максимальная нагрузка, которую может выдержать силикон, прежде чем он порвется при натяжении.
Связь между твердостью и прочностью на разрыв не линейна.
С увеличением твердости прочность на растяжение обычно улучшается.
Однако излишняя твёрдость может дать обратный эффект. Материал становится хрупким и может легко сломаться, поскольку напряжение не может равномерно распределяться по слишком жёстким цепям.
Поэтому важно найти правильный баланс. Например, чехол для телефона должен быть достаточно твёрдым для защиты, но при этом прочным, чтобы не порваться и не треснуть.
Прочность на разрыв
Это показывает, насколько хорошо силикон препятствует распространению трещины после ее появления.
Для мягких и средних силиконов (20A–40A) добавление некоторой твердости обычно увеличивает прочность на разрыв.
Однако при слишком высокой твёрдости (выше 60–70 А) прочность на разрыв может снизиться. Цепи теряют гибкость, поэтому после образования пореза они могут быстро порваться.
Прочность на разрыв имеет решающее значение для тонких, чувствительных к краям или гибких изделий, таких как уплотнители, перчатки или детали, которые часто собираются и разбираются.
Что произойдет, если силикон слишком твердый или слишком мягкий?
Что, если силикон слишком твёрдый? Что, если он слишком мягкий? Эти опасения обоснованы. Чрезмерные значения твёрдости, как в одну, так и в другую сторону, могут серьёзно снизить производительность продукта и удобство использования.
Универсального решения не существует. Чехол для телефона, уплотнитель или клавиатура — всё это требует разной балансировки. Слишком высокая жёсткость может снизить комфорт или гибкость, а слишком низкая — привести к нестабильности и износу.
Чтобы помочь прояснить эти риски, в таблице ниже описываются проблемы, которые могут возникнуть, если силикон слишком твердый или слишком мягкий, а также потенциальные компромиссы, которые вам следует учитывать при выборе материала.
| Состояние твердости | Потенциальные проблемы | Влияние на производительность |
| Слишком сложно | Плохие тактильные ощущения и дискомфорт в продуктах, контактирующих с пользователем | Снижение комфорта, особенно для ручных или носимых предметов |
| Слабая амортизация | Менее эффективная защита при падениях и ударах | |
| Недостаточная герметизация на неровных поверхностях | Повышенный риск утечки или шунтирования воздуха/жидкости | |
| Повышенная хрупкость | Склонен к растрескиванию или поломке под действием нагрузки или изгиба | |
| Трудное извлечение из формы | Может порваться или деформироваться в процессе производства | |
| Плохая гибкость при низких температурах | Может затвердевать в холодных условиях, ограничивая функциональность | |
| Слишком мягкий | Отсутствует структурная поддержка | Легко деформируется, теряет устойчивость формы |
| Плохая стойкость к истиранию и разрыву | Быстро изнашивается, сокращается срок службы изделия | |
| Медленный отскок, плохое ощущение нажатия клавиш | Неудовлетворительная тактильная обратная связь для кнопок или переключателей | |
| Трудно поддается обработке во время формования или последующей обработки | Может плохо заполнять форму или быть слишком мягким после затвердевания | |
| Высокая остаточная деформация сжатия | Не восстанавливается после длительного сдавления, что приводит к потере функции | |
| Поверхность легко притягивает пыль | Липкая текстура может собирать пыль, что снижает визуальную и гигиеническую привлекательность. |
Как выбрать правильную твердость силикона?
Выбор правильной жёсткости силикона не случаен. Он зависит от того, как будет использоваться изделие, какими должны быть тактильные ощущения и как его изготовить. Это как выбор подошвы для обуви. Одни должны обеспечивать амортизацию, другие — поддержку.
Ниже приведено руководство по выбору правильной твердости в зависимости от различных вариантов использования.
Изделия, контактирующие с кожей: приоритет «приятных для кожи» ощущений
Для изделий, контактирующих с кожей, комфорт и безопасность стоят на первом месте.
Рекомендуемая твердость силикона обычно составляет от 10А до 40А, иногда даже достигает 00 по Шору.
В детских товарах, таких как пустышки, прорезыватели для зубов и назальные аспираторы, обычно используется силикон жёсткостью от 20 до 30 А. Эта мягкость имитирует ощущение кожи и обеспечивает безопасность и комфорт для нежной ротовой полости и кожи младенца.
Медицинские изделия, такие как катетеры, респираторные маски и протезные вкладыши, имеют более широкий диапазон жёсткости — от 10 до 50 А в зависимости от их назначения. Например, катетерам часто требуется жёсткость около 20 А для обеспечения гибкости, в то время как протезным вкладышам может потребоваться жёсткость до 50 А для лёгкой поддержки. Некоторые ультрамягкие заплаты для рубцов даже используют силикон твёрдостью по Шору 00 для достижения максимальной мягкости и плотного прилегания к коже.
Носимые устройства, такие как ремешки для умных часов и насадки для наушников, обычно рассчитаны на ток силой от 30 до 50 А. Этот диапазон обеспечивает баланс между комфортом и устойчивостью: слишком мягкие насадки могут ощущаться свободно, а слишком жёсткие — вызывать дискомфорт.
Товары повседневного спроса и кухонные принадлежности: баланс между функциональностью и тактильными ощущениями
Для товаров повседневного спроса и кухонной утвари необходим силикон, который был бы практичным, долговечным и удобным в использовании.
Рекомендуемый диапазон твердости для этих изделий обычно составляет от 40А до 70А.
Кухонные принадлежности, такие как лопатки, формы для выпечки и крышки, обычно изготавливаются из силикона с номинальным током от 40 до 60 А. Этот диапазон достаточно прочен для перемешивания и приготовления пищи, но при этом достаточно гибок для удобства использования. Формы также должны легко извлекать продукты и хорошо сохранять форму.
Защитные чехлы для устройств, включая чехлы для телефонов и планшетов, а также чехлы для пультов дистанционного управления, обычно рассчитаны на ток силой от 40 до 60 А. Этот уровень жёсткости обеспечивает достаточную мягкость для амортизации и надёжного захвата, но при этом достаточно жёсткий, чтобы сохранять форму.
Такие предметы домашнего обихода, как ручки зубных щеток, салфетки под приборы и крышки для чашек, имеют номинальную силу тока от 40 А до 70 А в зависимости от необходимого захвата, текстуры и поддержки.
Промышленное применение: акцент на производительности и адаптации к окружающей среде
Промышленный силикон должен выдерживать давление, нагрев, вибрацию и износ.
Рекомендуемая твердость здесь составляет от 50А до 90А, при этом для более жестких деталей используется твердость по Шору D.
Такие уплотнения, как уплотнительные кольца, прокладки и уплотнительные ленты, обычно имеют твёрдость от 50 до 70 А. Для обеспечения герметичности под давлением и предотвращения утечек необходима определённая твёрдость. Более высокая твёрдость предпочтительна для эксплуатации в суровых условиях.
Демпфирующие прокладки и буферы обычно имеют номинал от 50 А до 65 А, обеспечивая достаточную мягкость для поглощения ударов, оставаясь при этом достаточно прочными, чтобы противостоять деформации.
Материалы для кабельной изоляции и электрозаливки значительно различаются по твердости в зависимости от их функции, но основное внимание уделяется изоляции, термостойкости и долговечности.
Промышленные ролики и конвейерные ленты часто требуют твердости 70А или выше, иногда даже по Шору D, чтобы обеспечить отличную прочность, стойкость к истиранию и устойчивость при больших нагрузках.
Конструкционные компоненты и композитные материалы: твердость для поддержки
Если силикон является частью конструкции или покрывается слоями других материалов, он должен оставаться прочным и стабильным.
Для этих целей рекомендуется твердость 70А или выше или по Шору D.
Жесткие кнопки или колпачки клавиш должны обеспечивать четкую тактильную обратную связь и быть долговечными. Обычно для их изготовления используется силикон с твердостью от 70 А до 85 А.
Внутренние опорные компоненты требуют еще более высокой твердости, обычно от 80А до 90А, или по Шору D, чтобы сохранять форму и противостоять нагрузкам.
При литье силикона на инструменты или устройства твёрдость зависит от требуемого сцепления и функциональности. Для ручек инструментов часто используется силикон твёрдостью от 60 до 80 А, что обеспечивает баланс между комфортом, прочностью и долговечностью.
Заключение
Твёрдость по Шору — это не просто число. Это важнейший фактор, определяющий ощущения, эксплуатационные характеристики и функциональность силикона в реальных условиях эксплуатации. Понимая различные уровни твёрдости и их связь с конкретными потребностями, вы сможете сделать более разумный и эффективный выбор материала.
Обладая многолетним опытом производства силиконовых изделий, мы обладаем знаниями и технологиями для производства высококачественных и высокопроизводительных силиконовых изделий, отвечающих вашим потребностям. Создаёте ли вы медицинские приборы, потребительские товары или промышленные компоненты, мы поможем вам воплотить ваши идеи в жизнь с точностью и надёжностью. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы начать разработку вашего индивидуального силиконового решения.
