На испытательном стенде твердость по Шору для кремния выглядит как одно число, которое вы вносите в спецификацию. В производстве это один из первых параметров, определяющих качество оснастки, извлечение детали из формы и примерно половину того, как деталь будет вести себя после отгрузки.
Большинство чертежей, которые к нам поступают, содержат пометки “мягкий силикон” или “по Шору 50”. Ни то, ни другое не является спецификацией. “Мягкий” — это ощущение. “50” без шкалы (A? 00? D?) и без допуска — это предположение, которое мы вынуждены интерпретировать от вашего имени. Выбирайте твердость по дюрометру, исходя из того, как деталь должна герметизироваться, изгибаться или изнашиваться, а не из того, как она должна ощущаться в руке, и всегда подтверждайте шкалу (почти всегда Шор А) с учетом допуска (обычно ±5 Шор А на единицу измерения). Испытание на твердость по стандарту ASTM D2240). Если указать параметры неправильно, вы потеряете не образец, а форму, потому что компаунд, вырезанный для одного коэффициента усадки, редко плавно переносится на более мягкий или более твердый материал.
Управляющее резюме
- Твердость — это параметр, определяющий компромисс, а не показатель качества. Более интенсивное использование обеспечивает структурную прочность и износостойкость, но обходится вам дороже. прочность на разрыв, удлинение и герметизация на неровных поверхностях.
- Большинство силиконовых деталей имеют твердость по Шору А от 20 до 70. Ниже этого значения находится шкала Шора 00 (гели, амортизация); значение Шора D редко встречается у силикона в резиноподобном состоянии и обычно указывает на неправильный выбор материала.
- Самая дорогостоящая ошибка — это изменение твердости по дюрометру после обработки инструмента. Различные соединения дают разную усадку, поэтому позднее изменение твердости часто означает повторную резку стали, а не замену материала.
Шкала твердости по Шору для силиконов: 00, A и D
Показания дюрометра бессмысленны без шкалы. Для силикона важны три параметра, и они намеренно перекрываются.
Шор А — это рабочий диапазон почти для всех формованных силиконовых резин. Дюрометр (на единицу измерения) ASTM D2240, или ISO 7619 / ISO 48 Для измерения сопротивления (IRHD) стандартизированный индентор вдавливается в плоский образец толщиной 6 мм, и показания варьируются от 0 до 100. Шор 00 охватывает все материалы, слишком мягкие для шкалы А — гели, пенопласты, мягкие, как кончики пальцев, амортизирующие материалы. Шор D становится актуальным только выше верхней границы шкалы А, в области жестких пластиков; если вашей силиконовой детали требуется Шор D, вы, как правило, выбрали не тот полимер.
| Шкала | Типичный диапазон | Что входит в комплект | Там, где ему место |
|---|---|---|---|
| Берег 00 | от 00-20 до 00-50 | Гелевые вставки, пена, очень мягкая амортизация. | Виброподушечки, мягкие носимые устройства, гелевая амортизация |
| Берег А | от 10А до 80А | Рабочий диапазон практически для всех формованных силиконовых резин. | Уплотнения, прокладки, трубки, клавиатуры, товары для детей и кухни. |
| Берег Д | Выше 90 берегов А | Твердые резины и жесткие пластмассы | Редко бывает правильно для силикона — обычно это ошибка в выборе материала. |
Ещё один аспект, который большинство технических спецификаций упускают из виду: способ измерения. В первые секунды показания дюрометра снижаются по мере релаксации материала, поэтому мгновенное измерение и измерение с задержкой в 15 секунд на одной и той же детали могут отличаться на несколько пунктов. Укажите, какое измерение вам нужно, используйте образцы толщиной не менее 6 мм (тонкие детали показывают ложно высокую твердость, потому что наковальня оказывает обратное давление) и никогда не складывайте тонкие листы друг на друга, чтобы имитировать толщину — воздушные зазоры искажают результат.
Что меняется при повышении твердости?
Твердость сама по себе не меняется. Если её повысить, то и другие свойства изменятся, чаще всего против вас. Именно это недооценивают покупатели: они рассматривают твердость как свободный выбор, а не как отправную точку для цепочки компромиссов.
| Свойство | Направление по мере повышения твердости | Производственные последствия |
|---|---|---|
| Удлинение при разрыве | Падение напряжения (часто более 600% при 30 А и менее 300% при 70 А) | Меньшая растяжимость для деталей, соединяемых защелками, глубоко вытянутых деталей или деталей, выполненных в виде сильфонов. |
| Прочность на разрыв | Как правило, находится за пределами среднего диапазона. | Тонкие стенки и острые углы разрываются при извлечении из формы. |
| Герметизация шероховатых или неровных поверхностей. | Худший | Требуется более высокая сила зажима или более плоская сопрягаемая поверхность. |
| Износостойкость и жесткость | Лучше | Сохраняет форму под нагрузкой и при износе. |
| Формование тонких или мягких деталей | Легче, когда сложнее | Очень мягкие (<20A) детали застревают и деформируются при извлечении. |
Практический вывод: лучшего варианта не существует. A 70A прокладка Выдерживает экструзию под нагрузкой болта, но не примет форму деформированного фланца. Мембрана 30A герметизирует шероховатую поверхность при небольшом давлении, но рвется, если спроектировать острый внутренний угол. Вы выбираете, с каким видом отказа вы готовы смириться.
Рекомендуемая твердость по Шору для каждого применения
Используйте эти значения в качестве отправной точки, затем скорректируйте их с учетом зазора уплотнения, температуры и срока службы. Они отражают реальные условия эксплуатации, а не являются стандартным диапазоном, указанным в учебнике.
| Приложение | Рекомендуемый берег А | Почему |
|---|---|---|
| Антивибрационные накладки, мягкая амортизация | Берег 00–10А | Поглощение энергии важнее, чем структура. |
| Детские соски, прорезыватели для зубов, мембраны, контактирующие с кожей. | от 20А до 30А | Мягкая текстура и безопасная гибкость; подходит для использования с платиновым покрытием и соответствует требованиям FDA 21 CFR 177.2600 или LFGB. |
| Уплотнительные прокладки общего назначения, кухонная утварь, ручки с мягким покрытием, трубки | от 40А до 50А | Сбалансированная гибкость и восстановление формы; это значение по умолчанию для большинства деталей. |
| Клавиатуры, ручки, структурные уплотнения | от 60А до 70А | Ощущение щелчка и сохранение формы под нагрузкой |
| Уплотнения высокого давления, износостойкие поверхности | от 70А до 80А | Устойчив к экструзии и истиранию. |
Когда деталь находится между двумя рядами — например, трубка, которая должна быть без перегибов, но при этом мягкой на ощупь, — не следует усреднять значения. Определите, какое требование является обязательным, и составьте спецификацию, исходя из него, а затем проверьте второстепенное требование на образцах. Усреднение двух требований приводит к значению твердости по дюрометру, которое не соответствует ни одному из них.
Распространенные ошибки при выборе твердости.
Неправильный показатель твердости по дюрометру редко бывает следствием неверных расчетов. Он возникает из-за нескольких предсказуемых ошибок в оценке ситуации.
Отношение к твердости по шкале дюрометра как к показателю комфорта. Мягкость на ощупь и соответствие функциональным требованиям — это разные вопросы. Мягкая рукоятка, которая должна противостоять проворачиванию, должна иметь более высокую твердость, чем кажется на первый взгляд.
Указание числа без допустимого отклонения. Показания ASTM D2240 имеют реальный разброс. Без указанного допуска рабочим считается ±5 по Шору А; если ваша функция выходит из строя при ±5, проблема заключается в запасе прочности, а не в заводских настройках.
Предполагается, что герметичность определяется исключительно твердостью. Герметизация устанавливается остаточная деформация (ASTM D395), Твердость по дюрометру зависит как от заполнения сальника, так и от качества обработки поверхности. Правильно подобранная твердость в плохо спроектированной канавке все равно приводит к протечке.
Использование слова "Shore D" в значении "прочный".“ Обычно под прочностью подразумевается износостойкость или остаточная деформация при сжатии, которые можно регулировать в пределах диапазона Шора А. Переход к Шору D обычно означает, что деталь вообще не должна быть изготовлена из силикона.
Как твердость влияет на оснастку и производство
Твердость по дюрометру определяется составом стали — базовым полимером, содержанием наполнителя и системой вулканизации — до начала резки стали. Увеличение содержания кремнезема или другого наполнителя повышает твердость, и до определенного предела может также повысить прочность на разрыв; если же наполнитель добавляется слишком сильно, прочность на разрыв и удлинение снижаются. Именно поэтому просьба “просто сделайте его тверже” не является бесплатной.
Стоимость определяется двумя производственными факторами. Во-первых, усадка: компаунды 60A и 40A усаживаются по-разному, поэтому пресс-форма, изготовленная для одного материала, будет соответствовать допускам для другого только по счастливой случайности. Изменение твердости после изготовления оснастки часто приводит к необходимости повторной обработки полостей. Во-вторых, последующая полимеризация: твердость может повыситься на несколько пунктов после полимеризации. постполимеризация при 200 °C Это позволяет удалить летучие вещества, поэтому проверяемое число должно соответствовать числу после отверждения, а не числу, полученному после обработки зеленым цветом.
Что мне нужно, чтобы подтвердить ваш твердомер
Точность оценки твердости напрямую зависит от исходных данных. Для фиксации значения мне необходимы: функция и, для уплотнений, зазор сжатия или целевой процент сжатия; диапазон рабочих температур; любые нормативные целевые значения (FDA 21 CFR 177.2600, LFGB, или Класс VI по Фармакопее США / ИСО 10993); допустимый допуск по твердости, с которым вы можете смириться; качество обработки поверхности сопрягаемой детали; и ожидаемый срок службы. Предоставьте мне эти данные, и я укажу твердость по дюрометру и допуск. Если вы пришлете одно число без указания этих параметров, риск не исчезнет — он просто перейдет к оплате переоснащения, как только первый тираж окажется неудачным.
